黑河水利枢纽工程导流洞出口高边坡位移监测方案探讨

摘要：叙述了黑河水利枢纽工程导流洞出口高边坡位移监测的工程概况、原有成果的分析、变形监测技术方案、变形监测的数据处理和分析，着重讨论了监测方案及监测数据管理。变形监测技术方案主要阐述了坐标及高程系统的选择、变形监测网点的布设、工作基点的联测、变形点平面测量、变形点高程测量，而变形监测的数据处理分析主要介绍了基本算法和对变形分析。

关键词：变形监测；技术方案；程序设计；数据处理分析

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：

前沿：变形是指地表、岩石和建(构)筑物之间或岩体、建(构)筑物内部点与点之间的三维空间的位移。变形观测主要是研究工程建(构)筑物的沉陷、水平位移、挠度、倾斜和滑坡体的滑动，变形观测的目的是要查明它们的稳定性。进行变形分析，并建立变形模型，结合应力、水位、渗流、渗压等测量，对引起变形的原因分析解释，并对发展趋势进行预报。

1.概述：金盆水利枢纽地处西安市周至县马召乡武兴村，金盆村东，毛家湾黑河口河谷地带。枢纽建(构)筑物主要有大坝、泄洪洞、引水洞、导流（泄洪）洞及电站等。施工区域内地形陡峻、山高谷深、地质条件复杂。该工程是以向西安市城区供水为主，兼顾发电、农田灌溉等综合利用的（∏）型水利工程，是陕西重点建设项目之一。

导流（泄洪）洞出口高边坡位于下游左岸，处在施工区内，护坡施工区为坡度50度左右的陡崖，护坡南北宽约160米，下起约490米的高程范围，其周边基本上为风化残积岩。河床两侧山体间约250米以上的开阔地带，右岸至山脚有不规则的台地展布，均处于施工开挖阶段。

2.变形监测

2.1作业依据：《工程测量规范》（GB50026-2007）、《精密工程测量规范》（GB/T 15314-2007）、《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-2007）、《全球定位系统（GPS）测量规范》（CH 2001-2007）

2.2坐标及高程系统与基本监测网一致。坐标系统为1954年北京系统，投影面高程为600米；高程系统为1956年黄海高程系统。

2.3变形测量点可分为控制点和观测点（变形点）。控制点包括基准点、工作点以及联系点、检核点、定向点。基准点选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。使用时，应作稳定性检查或检验，并应以稳定或相对稳定位置作为测定变形的参考点。工作基点应选设在靠近观测目标且便于测观测点的稳定位置。测定总体变形的工作点，当按两个层次布网观测时，使用前应利用基准点或检核点对其进行稳定性检测。测定区段变形的工作点可直接用作起算点。当基准点与工作基点需要进行连接时，应布设联系点，选设其点位时，应顾及连接的图形条件。对需要定向的工作基点或基准点应布设定向点，并应选择稳定且符合照准要求的点位作为定向点。对需要单独进行稳定性检查的工作基点或基准点应布设检核点，其点位应根据使用的方法成组地造设在稳定位置处。观测点应选设在变形体上能反映变形特征的位置，可从工作基点或邻近的基点和其它工作点对其进行观测。基点、监测点埋设时，均应设置强制对中基座，考虑施工过程的不确定因素，基点有可能变更，为了便于观测的连续性，应与原基本网联测，在联测中采取措施，以保证其衔接的精度。

2.4工作基点的联测

工作基点高程测量。采用二等水准技术要求与高程基本网组成符合线路联测。平面测量由于地形限制，两点分别与平面基本网组成单三角形，按三等边角网测量技术要求实施联测。

点位布设之后，连续观测二次，两次平差值较差符合限差，取均值作为首次观测值。每次观测之前，都要对工作基点进行检测。此后每年复测一次，遇异常情况及时复测。

2.5观测仪器

徕卡全站仪TA30，测角标称精度±0.5″，测距精度0.6mm+1PPM。

徕卡数字水准仪NA3003，标称精度0.4mm/km。均按规范规定进行有关项目的检定。

2.6变形点平面位移测量

按两点极坐标法施测，采用徕卡全站仪TA30，测角中误差±0.5″，测距中误差±2mm，由两个工作基点上所测的坐标互差不超过1.2mm。水平角按方向法观测4测回，每次观测不能超过6个方向，每次零方向保持不变。以后按原组合进行观测。垂直角观测4个测回，距离和高差在测垂直角时同时进行测量。仪器和棱镜的高度丈量各要量取两次，取其均值；做到每一个变形点配一个插杆，其误差不应超过±1mm。仪器及棱镜的架设要保证接触面的严密吻合，且棱镜整置时必须与光轴线垂直。

测前凉置仪器30分钟，使其与外界气温相一致。仪器要打测伞。使用测量机器人按程序观测。测回之间，应进行温度和气压的改正。在呈成像清晰和稳定的条件下进行观测。，太阳中天前后，风力不得在日出后或日落前约半小时大于四级，气温突变时以及目标模糊或跳动而难以照准时进行观测。

有关技术要求

变形点高程测量按三等水准要求实施测量。为了便于开展工作，在基点与变形点之间应埋设固定的仪器安置站和转点尺桩。观测的水准路线往返测站应为偶数站。同一马道变形点与相近之一基点构成闭合路线实施水准测量。工作基点至变形点、变形点至变形点为观测段，测段间往返测不符值要满足三等的要求，根据测段间往返测不符值公式：

M=±√[/R]/4N）

计算每公里高差中数的偶然中误差，且要满足相应的限差要求。

3.变形监测的数据处理

算法概要说明：单点单站极坐标法计算，X、Y公式：

X=X0+S*cosα;Y=Y0+S*sinα;α=α0+b±180°;其中X0，Y0，分别为测站点纵、横坐标；α为方位角；α0为测点到测站的方位角（已知）； b为观测值水平角； S为观测值平距；以上公式为单点计算公式，在以上公式的基础上，取两个测站对同一个点的观测计算值的平均值作为一次观测的结果。满足不符值不大于8mm。

水准网按间接平差方法求待定点高程平差值及其中误差。

每期观测后，利用计算机程序进行数据处理和全站仪随机软件及时进行数据处理。当变形量接近预警值或变形速率出现异常，立即对变形分析。检查观测成果的可靠性，变形体累计变形量和近期相对变形对比，分析荷载、气象、地质和应力应变等相关因素，做回归分析。做到不误报不漏报。

4.变形监测的发展趋势：

随着安全意识的提高，变形监测在工程中越被重视。测量仪器精度在提高，综合应用地面测量、空间测量、摄影测量、激光雷达技术和方法，提高测量精度和可靠性。变形监测的数据处理和分析，运用多学科知识交叉配合，才能做到合理分析和解释。监测技术和手段正向多样化、自动化、多学科化快速发展。