紧水滩水电站位于浙江省云和县境内的瓯江支流大溪上游,1981年动工兴建,1986下闸蓄水,1988年7月大坝封顶,坝型为混凝土三心双曲变厚拱坝,最大坝高102 m,坝顶高程194 m,坝顶厚5 m,坝顶弧长350.598 m,坝底最大厚度24.610 m,正常蓄水位高程184 m,死水位高程164 m,装机容量300MW。坝址地质为花岗斑岩,两岸山高大于250 m,坡度在45°以上。为了校测水准工作基点和取得绝对位移基准数据,专门在拱坝下游100~1 500 m范围内布设了变形监测水准网。下面就监测网的布设和观测进行讨论并对外业观测质量和监测网点精度进行评定,供同类监测网设计、观测时参考。
1 建立变形水准网
变形监测水准网由13个水准点组成,在坝下游约1 km处的左右岸分别布设I1、I2 2个水准点组,I1水准点组由I1-1、I1-2、I1-3 3点组成,I2水准点组由I2-1、I2-2、I2-3 3点组成,各点之间的距离为30~40 m。离坝较近处布设I3、I4 2个水准点,距大坝直线距离约500 m。靠近大坝布设I3-1、I5、Y、Z4个水准点,距大坝直线距离约100 m,监测网起始值通过联测国家二等水准点"石金基2"(简称SJJ2)获得,其距大坝直线距离为1125 m。在上述13个水准点中,I3-1、I5及Y和Z分别用来直接监测100 m高程的基础廊道、153 m高程检查廊道及坝顶等处的垂直位移。监测网点之间的最大高差值约为60 m,所有水准点均建在出露的新鲜基岩上,施工时先在基岩上凿出约0.5×0.5×0.5 m3的小坑,用钢筋与基岩拉住,坑内回填混凝土,埋设铜头水准标志,上设保护盖。整个高程监测网由5个独立的闭合环组成,如图1所示。上述高程监测网布设过程中,应顾及下列问题:
(1)水准点距大坝的直线距离,按规范要求,水准基点应设置在大坝下游1~3 km处。从摆脱水库蓄水对周围地下水位和山体的影响来说,基点应离水库越远越好,但距离远,从基点到工作基点的水准线路长度增加,观测误差也将随之增大,如3 km一等水准,观测中误差也将达±1 mm;太近又易受水库蓄水的影响,一般情况下,水库蓄水对周围明显影响一般不超过1 km,另外间隔一条山谷还要衰减,从而基点应选在距坝1 km左右,且至少间隔一条山谷为宜。
(2)基准点组至少应由3点组成闭合环形,以检核基点本身的稳定性和观测质量。
(3)基点应选在基岩上,且尽可能分布在不同岩体上,以避免受相同影响。基点相距4~6站为宜,高程大体相近,可以减少观测误差和尺长系统误差影响。另外,基点还应避开交通线和施工区,有利于保存和避免意外变位的发生。
(4)整个水准网尽可能组成网形,至少要组成1个闭合环线,以加强网的强度和检验观测质量。
2 外业观测
自1986年6月~1998年12月水准网共监测过8次,分别在1986年6~8月、1986年12月~1987年1月、1987年7~9月、1987年12月~1988年1月、1988年7~8月、1991年12月、1994年12月和1998年11月8个时段进行,其中在第五期监测时大坝才封顶,从而大闭合环SJJ2→I4→Y→Z→I5→I3→I1-2→I2-1→SJJ2自第六期开始才形成。作业中主要按照《混凝土大坝安全监测技术规范》和《国家水准测量规范》中有关规定。要求变形监测水准网工作基点高程中误差不超过±1.0 mm,为此采用N3水准仪和铟钢标尺对每个测段按一等水准要求进行往返测量。
就高精度监测工作而言,为了客观地反映被监测体的位移状况,消除或减弱测量作业过程中的偶然误差和系统误差是必须要重视的问题。通过对监测网各期观测成果的分析,找到了影响测量精度的一些因素,从而明确了在今后作业中应注意的以下几个方面的问题。
(1)就整个监测网而言,水准路线大都沿水泥、混凝土台阶布设,在天气晴朗时观测,折光影响是明显的,在观测的往返测高差不符值上,符号相同的较多。检测时同是上午观测的成果,几乎一样,同是下午观测成果也很相近,而往返测之间却相差较大。这种情况在视距比较长,地面和周围热幅射强的测段比较明显,而视线比较短的测段却不明显,原因是视线短,空气梯度小,折光变化很小。因此在观测时,一是要选择良好的观测时间,二是每站视距不要贪长,宁可多几站,也不要硬减少站数。
(2)由于爬山水准路线较多,测段高差较大(最大约60 m),如果铟钢尺存在尺长误差f=0.01 mm,影响也将达0.6 mm,所以应重视这个误差的影响,仔细检验尺子的每m真长,并对高差加尺长改正是必要的。如果在两次观测中使用相同的水准尺,尺长误差可在测得的水准点之差中消除。
(3)从实践情况分析,利用尺桩比利用尺台观测的成果明显整齐,所以应尽量埋设固定尺桩,以有效地防止尺子下沉影响。
(4)两岸水准点间的水准路线测量时,要经过大桥,此时大桥必须保持稳定,禁止一切车辆通行。
(5)监测网观测是否成功,很大程度取决于高差大、坡度陡的测段的观测效果,主要是坝上工作基点和坝下工作基点之间的测段。这些路线只能沿工作台阶布设,仪器至尺子的距离只有3~5 m,而每站高差均在2 m左右,选仪器站和尺站都不容易,且要十分仔细,还要选用最短视距小的仪器来观测。
3 精度评定
3.1 外业观测质量评定
外业观测质量评定是平差计算中必不可少的一步,它是衡量外业观测质量优劣和精度可靠性的依据。在各期一等水准测量成果中,各测段往返测和环形闭合差均小于允许值。每km水准测量高差中数的偶然中误差mkm和每测站平均高差中误差m站见表1。表1反映出有二期精度指标mkm、m站已分别超过了±0.5 mm和±0.1 mm的规范要求,原因是这几期野外观测时正值工地施工高峰,线路上人员、车辆来往频繁,干扰大,作业条件要比正规的一等水准测量差得多,从而导致这二期野外观测质量达不到正规一等水准测量的要求,但其它六期观测成果很好,达到了预期的效果。
3.2 监测网点精度评定
前5期因观测期间大坝尚未施工到顶等原因未能构成闭合环,不进行水准网平差计算;后3期取得的观测资料较完整,从而进行经典自由网平差,每期均以SJJ2点作为已知点观测值的权由公式P=C/S计算(C取1 km,S为各测段路线长度,以km计),最终计算出各点的中误差。3期监测网平差后的单位权中误差分别±0.9 mm、±1.0 mm、±0.4 mm;网中高程精度最弱点为I3-1,其高程中误差分别为±0.8 mm、±1.0 mm、±0.3 mm,由此可见监测网的观测精度是相当高的。
4 结 语
不同水电站枢纽区域的地形、地质情况很不一样,工程布局和规模也不相同,对监测网的要求也就有区别,因此,在贯彻技术规范时,要根据具体情况,考虑与解决监测网布设、观测纲要等诸多问题。
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