浅析SK水电站大坝变形监测技术

2019-08-21 10:45:22
水利科学与寒区工程 2019年4期
关键词:监测网边长基线

朱 亮

(新疆伊犁巩留恰甫其海水利枢纽管理处,新疆 伊犁 830000)

1 工程概况

SK水电站为某河干流梯级开发最末一级,其发电原理为利用上游水利枢纽调节后的下泄水量进行发电,在发电的同时对上游水利枢纽工程起到反调节的作用。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)的规定[1],该工程规模属大(2)型。水库大坝采用混合坝,右岸阶地采用黏土心墙坝,桩号为坝0+400~0+900,坝顶高程为910 m,坝顶宽度为8 m,最大坝高38 m,坝长450 m。碾压混凝土重力坝挡水坝位于主河床和左岸阶地、右岸阶地,坝顶高程910 m,最大坝高48 m,坝顶宽度8 m。黏土心墙坝与碾压混凝土重力坝采用较为经济的插入式连接方法。

2 材料与方法

2.1 仪器设备

对使用的仪器,在观测前对仪器应进行了常规的检查和校准,并留有记录。用于高程测量的电子水准仪在观测期间每天观测前对水准仪的i角、水准仪上的概率水准器、水准尺上的圆水准器、进行了检定,并留有记录。投入本项目的主要仪器设备见表1。

表1 主要仪器设备

2.2 主要软件

本文中应用的主要软件有[2]:GNSS基线解算软件:《GAMIT》、Trimble Business Center;GNSS网平差软件:《科傻GNSS处理系统》;水准平差软件:《水准平差》程序;边角交会计算软件:《科傻CODAPS》。

3 主要测量技术

3.1 GNSS网测量

3.1.1 GNSS网观测

GNSS网[3]分为B级基准网和C级变形监测网,其中B级基准网由基准点组成;C级变形监测网由工作基点、变形监测点、联测基准点组成,(见表2、表3)。在GNSS观测作业前通过下载卫星星历文件,选择最佳观测时间,依据设计技术方案进行观测。

表2 B级GNSS网观测计划

表3 C级GNSS网观测计划

GNSS网的测量严格按《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009)相应等级要求进行,基线解算、精度指标也严格按上述规范要求执行;以上测量资料经工地项目负责人在工地百分之百检查;确定测量数据、解算数据均满足规范要求。

3.1.2 GNSS网观测数据的检查

原始数据文件需要转换为Rinex格式时本文主要利用Trimble Business Center转换工具,天线高改化为标石中心到天线相位中心的垂直距离[4]。经过数据检查,B级GNSS网,各站重复架站≥3,累计观测时间均达到69 h以上,满足设计及B级GNSS网的观测时间长度(69 h)要求;C级GNSS网,各站重复架站≥2,累计观测时间均达到8 h以上,满足设计书及C级GNSS网的观测时间长度(8 h)要求。

3.1.3 GNSS网观测数据质量的检查

(1)B级GNSS基准网数据质量的检查。根据设计数据处理要求,基线解算时采用精密星历,从CDDIS网站上下载了9月30日—10月3日的精密星历,并将其导入高精度GNSS解算软件Gamit;然后将调制好的Rinex格式的观测数据导入进行基线向量的解算,解算完成后导出基线向量文件。

利用《科傻GNSS处理系统》数据处理软件提取Gamit基线向量56条,复测基线21组,生成同步环45个,独立闭合环15个。

(2)C级GNSS变形监测网基线数据质量的检查。监测网基线处理使用的是Trimble GNSS接收机随机基线处理软件TBC,该软件比较简单,运行过程中没有涉及到具有相关性的同步观测基线的,仅使用单基线解,使得模型运行结果存在误差,所以使用高精度的GNSS接收机观测变形监测网,标称精度较小,站点间距离也很小,最短的基线仅9 m,从而导致计算的基线测量中误差过小,再根据基线测量中误差计算同步环闭合差限差和同步环坐标分量闭合差限差也不合理,所以基线处理时只进行了复测基线和独立闭合环的检验,未进行同步环检验。

基线解算时采用精密星历,从CDDIS网站上下载了10月3—10日的精密星历,导入TBC解算软件;然后将调制好的Rinex格式的观测数据导入进行基线向量的解算,解算完成后导出基线向量文件。利用《科傻GNSS处理系统》数据处理软件提取基线向量223条,复测基线36组,生成同步环165个,独立闭合环141个。

3.1.4 GNSS网的平差

(1)B级GNSS基准网的平差。通过以上检查确定测量数据合格,将全部56条基线向量都参与平差计算;使用《科傻GNSS处理系统》数据处理软件,以SK101为已知点,进行三维无约束平差结果并输出各点空间直角坐标、大地坐标及其精度指标。经判断较为稳定,图形条件较好的点SK101、SK104、SK106为起算点,平差计算出各点在独立坐标系中的平面直角坐标及其精度指标。

(2)C级GNSS变形监测网的平差。通过以上检查确定测量数据合格,将全部220条基线向量都参与平差计算;使用《科傻GNSS处理系统》数据处理软件,以SK101为已知点,进行三维无约束平差结果并输出各点空间直角坐标、大地坐标及其精度指标。二维平差考虑SK104、SK105离变形监测点较远,其余5个基准点能覆盖变形监测网,因此将本次观测的基准点SK101、SK102、SK103、SK106、SK107的坐标作为起算点数据,进行二维约束平差计算,计算出各点在工程坐标系中的平面直角坐标及其精度指标。

3.2 边角网测量

按设计要求,不能GNSS方法联测的TBG6施测了边角网,采用SOKKIA NET05对水平角和边长按设计书要求进行观测,在仪器中输入气象元素进行改正,内业使用Excel对观测数据进行了加常数、乘常数、边长投影、斜距改平距等改化后,使用《科傻CODAPS》软件进行边角网平差计算[5]。为了检核GNSS施测的质量,按设计书要求施测4条二等边长,内业使用Excel对观测数据进行了气象改正、边长投影、高差改化后,边长划算至900 m高程面和GNSS边长比较,精度良好,具体值见表4。

(1)经过对边角网观测手簿进行100%检查;确定测距边长及水平角观测数据的各项指标均满足规范要求,测量数据质量良好。

(2)将上述测量数据调制成《科傻CODAPS》平差文件;利用《科傻CODAPS》进行边角网平差计算。

3.3 高程控制测量

3.3.1 变形点的高程测量与计算

SK水电站变形监测网首级高程控制为一等水准,对SK103~IS02进行高差检测,检测结果满足规范要求;然后以SK103为起点联测IS01、SK207、SK107、IS06、IS05、SK105、TU1-1、TU2-1、TU2-2、TU1-2、TU1-3、TU2-3、TU3-1、TU3-2、TU3-3、TU3-4、TU3-5、TU2-4、TU1-4、TU1-5、TU2-5、TU2-6、TU1-6、TU1-7、TU2-7、TBG4、TBG5、BM01闭合至SK103。对高差较大的点SK106、SK102、SK104、TBG1、TBG2、TBG3联测,二等水准有“BM01-SK102-SK104-SK104”“IS05-TBG3-TBG2-TBG1-SK101” 2条水准支线。水准测量采用Leica LS10电子水准仪观测,观测完毕对观测手簿进行100%的检查,检查无误后;使用《水准平差》程序,加入了水准尺每米真长误差的改正和闭合差改正进行平差计算。

3.3.2 其它平面点的高程测量

按设计要求,不能水准方法联测的TBG6施测了三角高程,采用SOKKIA NET05对天顶距和边长按设计书要求进行观测,三角高程测量均进行了往返测,在仪器中输入气象元素进行改正,内业使用Excel对观测数据进行了加常数、乘常数、边长投影、斜距改平距等改化后,使用《科傻CODAPS》软件进行三角高程平差计算。

4 监测的成果分析

4.1 边长比较分析

为了验证控制网的可靠性,使用全站仪测了4条边与GNSS平差坐标反算边长进行比较[6-8],见表4。以SK107为起点,TBG5为终点,全站仪测量边长与GNSS测量边长的差值的绝对值最大,为3.8。同时以SK103为起点,SK107为终点全站仪测量边长与GNSS测量边长的差值的绝对值最小,为2.0。

表4 边长检测统计

4.2 监测点成果

监测点成果比较如表5所示,监测网最弱点点位中误差限差为3 mm,以2倍中误差限差±6.0作为判断监测点是否发生位移的参考值,除TU1-2其他点点位差值均在参考值以内,结合水准测量高程成果,各监测点未发生明显位移。

TU1-2本期观测时发现该监测点旁有新设立的路灯建筑物,该物体紧靠TU1-2的观测墩标,见表5。这会对GNSS接收机天线造成遮挡,影响GPS卫星观测数据质量,所以本期TU1-2监测点成果不可靠,不用于变形分析,建议管理站将该点旁边的建筑物移除或挪至别处(距离监测点5 m以上)。

表5 监测点成果对比

5 结 论

SK水电站在已有的监测数据基础上,利用GNSS网测量、边角网测量、高程控制测量3种主要监测技术对已建好的变形监测基准网点、工作基点、监测点进行测量,并将基准点、工作基点、监测点的观测值与初测值进行比较,确定基准网及工作基点稳定性,为后续枢纽运行过程中的变形监测提供准确基准值。

通过变形监测点成果分析比较,各点之间的相对关系基本稳定建议按规范要求定期对水利枢纽工程进行巡检,及内、外观变形监测;也可在下期外部变形监测时将坝顶的监测点纳入到水平位移监测网中,以分析坝综合变形情况,同时结合渗流、地质、水文数据进行综合分析。

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