某水电站平面变形控制网稳定性评价

张伟狄　杨磊

摘 要：针对某水电站平面控制网第9次复测成果反映出的网点出现“位移”的情况，通过对平面控制网复测成果中测边距的对比分析、网点稳定性的分析以及前方交会法与垂线测值的对比分析，得出测边距引入的系统误差造成个别网点“假动”的结论。

关键词：平面控制网；稳定性分析；对比分析

中图分类号：TV74 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170815001

1 工程概况

某水电站位于浙江省云和县瓯江上游大溪支流龙泉溪上，距丽水市66km。电站以发电为主，兼有航运、放木（竹）及防洪等综合效益。坝址以上流域面积为 2761km2，水库正常蓄水位184.00m，校核洪水位192.70m，总库容13.93亿m3，属不完全年调节水库。坝后式厂房内设6台发电机组，总装机容量300MW。紧水滩水电站属一等工程，枢纽主要建筑物有拦河坝、溢洪浅孔和中孔、引水系统、发电厂房、过坝设施等。

拦河坝为混凝土三心双曲变厚拱坝，最大坝高102m，坝顶高程194.00m，坝顶弧长350.60m，坝顶宽5m，拱冠粱断面最大底宽24.60m，厚高比0.24。坝体分20个坝段，河床中部8～13#坝段为引水管坝段，溢洪中孔布设在6#和14#坝段，溢洪浅孔布设在5#和15#坝段，7#坝段坝后设有电梯塔。坝区位于峡谷段，河床宽度约100m，河谷宽高比3.06，岸坡40～60°，两岸地形对称。坝址基岩为花岗斑岩，岩层完整，岩性均一、坚硬，风化较浅。坝址区未发现重大地质构造，水文地质条件简单。

2 平面变形测量布置

2.1 平面控制网

平面变形监测控制网（简称平面控制网）是大坝水平位移监测的基准网，前7期控制网复测时均由B0、A0、B1、B2、B4、拱9、拱10、拱11共8个点组成，其中B4、拱9、拱10、拱11为工作基点，布置情况见图1（左）。2005年第8期开始，取消了拱10、拱11 2点，网形由原来的8个点变为图1（右）的6个点形式，改变后控制网仍为边角网，共30个方向，15条边，最大边长约1.06km，最短边长约0.26km，平均边长0.6km，网点平均高程约200m。

网点均浇筑了钢筋混凝土观测墩，采用强制对中装置。拱9、拱10、拱11为原有施工控制网点，建在出露的基岩上，采用水电十二局自制的强制对中底盘，1993年换成和其它网点相一致的飞翔仪器厂生产的强制对中底盘，提高了对中精度。B0、B1、B2、A0、B4为86年初所建的观测墩。

2.2 水平位移测点

2.2.1 前方交会法

1993年工程竣工时共布设9个前方交会水平位移观测墩，位于3#、4#、7#、9#、10#、11#、12#、13#、15#坝段的坝顶。1997年5月开始，减少了前方交会观测点数量，现观测的有AL4、AL7、AL9、AL13、AL15共5个测点，以拱9和B4作为工作基点，按全圆方向观测法进行观测。

各点的X、Y坐标方向及正负号规定为：X沿上下游方向，以向上游方向为正；Y沿左右岸方向，以向左岸方向为正。

2.2.2 正、倒垂线

紧水滩拱坝共布置正倒垂线5组、21个测点。正垂线从坝顶194m高程经坝体内预埋的Φ300mm的垂线管向下悬挂。4#坝段和17#坝段的垂线悬挂到153m经向廊道，长42m，在153m和177m高程各设有测站（测点）。7#、11#和13#坝段的垂线长75m，悬挂到120m廊道，在120m、150m 和177m 高程各设有测站。正垂线测站共13处（即13 个测点）。倒垂线下端锚固在深入基岩30m（7#、11#和13#坝段）和40m（3#和17#坝段）的倒垂孔（护管直径为200mm）底部。上端高程和正垂线相衔接。两坝肩的垂线仅在上部153m 处设有测站，中间3条垂线分别在120m和100m（或105m）处设有测站。倒垂线长55～65m，测站共8处。

正、倒垂线均采用直径1mm的不锈钢丝，用CG-2A型垂线坐标仪进行X、Y2个方向的观测，2004年后实现了自动化采集。各点的X、Y坐标方向及正負号规定为：X方向为径向，以向上游（径外）为正；Y方向为拱切线方向，以指向左侧为正。

大坝水平位移测点布置图如图2所示。

2.3 观测方法

平面控制网共观测了9期，复测具体时间与施测单位信息见表1。1986年6月—1988年8月期间观测了5期，其后1993年3月观测了第6期，第1次大坝定检后1997年12月观测了第7期。前7期均由华东勘测设计院测量队承担，水平角观测用Wild T3经纬仪，除第1期采用全圆观测法外，第2期开始均采用全组合法观测，边长观测采用ME3000测距仪，从第2期开始采用双时段观测，每时段观测往返边长。

第8期平面控制网水平角观测采用TCA2003全站仪，按全圆法进行施测，测值精度较高。第九期观测仪器采用瑞士Leica TM30高精度智能型全站仪，仪器测边精度为（0.6+1×D×10-6）mm、测角精度为0.5″。

3 平面控制网分析

3.1 问题描述

鉴于B2、B4以及拱9（拱9）于第6期（1993年）之前进行了对中底盘重新安装，第6～9期观测数据与第1～5期观测数据没有可比性，因此上述表中第2～5期累积变化量以第1期为首期，第6～9期累积变化量以第6期为首期。

各期平面监测网平差后的网点间隔位移量（当期与上期之差）见表2，过程线见图3。由图表数据可见：

拱9、B4在第9期时X向间隔位移相对较大（超过3mm），但Y向很小；

B2在第7期和第9期时Y向间隔位移较大，但X向并不明显；

从2向叠加计算后的间隔位移看，拱9、B4、B2近3期的间隔位移都呈正值，尤其是第9期相比第8期的位移较大；不过，从单向的位移来看，这3个点都看不出持续的位移变化。endprint

3.2 观测边长分析

鉴于历次观测采用的人员和方法有变化，为进一步分析网点“变形”的原因，找出可能存在误差的来源，对各次的观测边长进行了进一步的分析。

第1～5期观测边长变化量以第1期为首期，第6～9期观测边长变化量以第6期为首期，统计成果见表3。由表中数据结果可见：

B2～B1边长从第5期开始，存在持续减小的趋势，这与前述B2存在向河谷方向的位移的判断一致，第3次定检时专家组认为B2不稳。为真实反应仪器观测边长本身的变化情况，因此在统计边长差值之和时，不计入B2～B1观测边长；

前8期的观测边长变化量均较小，各条边长变化正负相间，边长差值之和仅为数mm，可见观测边长精度有保证，测量结果较为可靠；

第9期的测距边变化量较大，与第6期相比，各条边的差值均为正值（变长），30条边差值之和达到了27.2mm，平均每条边偏长了近2mm。观测边长如此明显的整体变化，说明存在着系统误差，如果直接计算网点位移，必然会带来较大的趋势性误差；

拱9和B4作为交会法的工作基点，是否发生位移最受关注。从第9期的平差结果看，拱9向上游产生了5～6mm的较大位移，B4亦向上游产生了3～4mm的较大位移。分析其原因，并非是拱9和B4本身的位移，只是在以B0、A0、B1、B2拟稳的平差條件下，观测边长系统偏长，导致了拱9和B4所谓的“向上游位移”。

3.3 前方交会法与垂线测值对比分析

垂线自动化观测（坝顶绝对位移）与坝顶前方交会法测值（已转换为径切向位移）对比过程线见图4，由图可见：

对应坝段2种方法测得的径向位移变化一致，测值规律相同，变化幅度接近，观测精度均较好，可相互印证；

对应坝段2种方法测得的切向位移也基本一致，但由于切向位移变化小、前方交会法观测精度相对垂线低，因此交会法的过程线测值波动略大；

针对个别年份前方交会法切向位移极值偏大的问题，如图4.3-5所示（圆圈中标明），在个别年份前方交会法测值向下游极值时刻，与之对应的垂线测值亦出现极值，且变幅基本一致，是由低温高水位工况引起的。

交会法与垂线的测值规律一致，变幅接近，观测精度均较好，2种方法的过程线均较稳定，未见任何测点有趋势性的时效变化。从交会法的测值结果，可判断认为，交会法的工作基点B4和拱9应该是稳定的。

4 结论

拱9和B4作为交会法的工作基点，是否发生位移最受关注。从第9期的平差结果看，拱9向上游产生了5～6mm的较大位移，B4亦向上游产生了3～4mm的较大位移。分析其原因，并非是拱9和B4本身的位移，只是在以B0、A0、B1、B2拟稳的平差条件下，观测边长系统偏长，导致了拱9和B4所谓的“向上游位移”；

对比垂线与交会法的观测成果，两者基本一致，均未见时效变化，作为交会法工作基点的拱9、B4应该是稳定的。

参考文献

[1]顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学M.

[2]沈静，付青萍.水电站平面控制网网点稳定性分析及位移修正[J].大坝与安全，2010（6）：35-37.

作者简介：张伟狄（1981-），男，浙江象山人，高级工程师，从事水电设计工作。endprint