大坝变形监测布网与数据分析.doc

1、1大坝变形监测布网与数据分析摘要：大坝的外部变形监测是整个水利枢纽安全监测的重要组成部分，其主要由基准点网、工作基点网、监测网三级观测组成。目前主要采用大地测量方法，遵循分级布网逐级控制的原则进行平面控制网和高程控制网设计。本文对黑河大坝安全监测网进行研究分析，并对坝体视准线平面和高程的监测数据进行了分析处理。 关键词：变形监测；监测网；数据处理与分析 Abstract: The dam external deformation monitoring is an important part of the whole dam safety monitoring, which is mainly

2、 composed of reference point network, basic network, monitoring network composed of class observation. At present mainly by geodetic methods, follow the grading network step by step control principle of plane control network and elevation control network design. This paper carries on the research an

3、alysis to the Heihe dam safety monitoring network, monitoring data and collimation plane and elevation of the dam are analyzed. Keywords: deformation monitoring; monitoring network; data processing and analysis 2中图分类号：X84 文献标识码：文章编号： 一、引言 黑河金盆水库，是西安市黑河引水系统的主水源，是一项以城市供水为主，兼有农灌、发电、防洪等综合效益的大型水利枢纽工程。工程由

4、拦河坝、泄洪洞、溢洪洞、引水洞、坝后电站、坝后河道砌护、左岸单薄山梁防渗及副坝等建筑物组成。大坝为均质土坝。 二、监测网组成 1、水平位移的监测设计 （1）近坝区岩体水平位移监测 方案布置：大坝外部变形监测及近坝区岩体水平位移监测，采用大地测量的方法建立平面位移控制网，大坝外部变形监测控制网覆盖整个面板堆石坝，溢洪道、导流洞、引水洞进口、坝下近坝区岩体变形区。 网形设计：根据坝区地形岩体监测部位及水工建筑物布设情况，水平位移监测控制网由 8 点组成，坝下线两岸对称分布。由于受地形限制，少数点间高差较大，网中最大边长 1160 米，最小边长 476 米，平均边长750 米。最大垂直角 7 度 3

5、0 分。具体网形如图 1 图 1 大坝安全监测网图 基准设计：平面监控网基准采用常规的固定基准设在稳定的基岩上，并尽量远离压力区。 3观测量设计：根据规范要求，布设专用全边角监测网以保证网的可靠性，设计时考虑的观测量较多，以确保平差时有足够的筛选余地。 精度设计：监测控制网最弱点点位中误差小于等于。各点的点位精度控制按最小二乘法进行估算，先验权按 估算结果如表 1: 表 1 精度估算 单位:mm 从估算结果看，满足设计精度要求 （2）坝体表面横向水平位移监测 方案布置：坝体表面横向水平位移采用视准线法观测，共设置五条视准线，分别布置在坝上游坡、坝下游坡和坝顶。 视准线基点设置：每条视准线均设置

6、两个工作基点，工作基点要定期用平面监测网进行校测，采用精密导线或边角交会法进行各线工作基点的校测。 测点设置：变形监测点的具体设置见图 2： 图 2 大坝变形监测点的具体设置 监测精度设计：工作基点，相对于监测网点的点位中误差应小于；监测点，相对于工作基点的横向中误差应小于。 （3）坝体表面纵向水平位移监测 4观测横向水平位移的同时，采用 TCA2003 全站仪测量各位移测点相对坝轴线方向的变化。 精度指标:边长单向观测测回间读数较差应小于 2.5mm。 2、沉降变形的监测设计 （1）近坝区岩体竖向位移监测 方案布置：近坝区岩体竖向位移监测，采用一等精密水准测量方法。在坝区和坝址下游区约一公里

7、范围内建立一等精密水准网，根据枢纽区建筑物和地质情况 ,选设了 6 个垂直位移监测工准基点。 精度指标：每公里水准测量的偶然中误差，相对基准点的高程中误差应小于。 （2）坝体竖向位移监测 方案布置：坝体竖向位移监测是把视准线上的水平位移测点同时作为竖向位移测点，在每条视准线上以竖向位移工作基点为起闭点，布置二等精密水准附合路线，竖向位移测点的点号与水平位移测点的点号相同，工作基点的校测采用二等精密水准，从一等水准点起测作附合或闭合路线。 精度指标：每公里水准测量的偶然中误差，相对工作基点的高程中误差应小于。 3、监测网的组成 监测网采用 TCA2003 边坡自动监测系统，主要由 TCA2003

8、 测量机器人、基点、参考点、目标点组成，是基于一台测量机器人的有合作目标（照准棱镜）的变形监测系统，可实现全天候的无人值守监测。 5(1)工作基点 监测前，首先依据坝体上目标点及参考点的分布情况，合理安置TCA2003 测量机器人，要求具有良好的通视条件,一般应选择在稳定处,特殊情况下也应选在相对稳定处，使所有目标点与全站仪的距离均在设置的观测范围内，且避免同一方向上由两个监测点，给全站仪的目标识别带来困难。为了仪器的防护、保温等需要，并保证通视良好，应专门设计，建造监测站房。 (2)基准点（参考点） 。 基准点是进行大坝变形观测的起算基准点，因而应布设为控制网，至少保证在 3 个点以上。基准

9、点(三维坐标已知)应位于变形区以外，选择适当的稳定的基准点，用以在监测变形点之前首先检测基点位置的变化，以保证监测结果的有效性。 (3)目标点（变形点） 。 根据需要，在变形体上选择若干变形监测点，这些监测点分布在变形体上，到基点的距离应大致相等，且互不阻挡。每个监测点上安置有对准监测站的反射单棱镜。在坝体的主要变形部位，例如最大高度处、合龙段、坝内有泄水底孔部位、坝基地形和地质变化较大的地段，沿横向布设的变形点要适当增多 三、变形监测的数据处理与分析 1、垂直坝轴线方向变形数据处理分析 此次进行处理分析的观测数据为坝顶高程为 600 的视准线 SA3，观测时间为 2006 年 1 月 14

10、日至 2007 年 11 月 29 日，共有 12 期观测数据，6其中 2007 年 4 月 4 日观测数据有明显错误，可用 11 期观测数据。视准线 SA3 共有变形监测点 17 个，SA3-2 至 SA3-17，对其中的 8 个变形点的数据进行了处理。通过各变形点的变形趋势图可知各变形点并无明显的变形规律，坝体有些点变形起伏较大也体现了土石坝变形较大的特点。通过分析可知大坝在垂直坝轴线方向的稳定性较好，坝体的平面变形正常，运行良好。 2 坝体沉降变形资料的处理与分析 此次进行处理与分析的沉降数据为坝顶高程 600 的观测数据。观测时间为 2004 年 6 月 8 日至 2005 年 12

11、月 13 日，共有 12 期观测数据，坝顶共设置有沉降变形监测点 17 个，SA3-2 至 SA3-17，对其中的 7 个沉降变形点的数据进行了处理。通过各沉降监测点的沉降趋势图可知坝体存在缓慢下沉的规律，在观测初期坝体下沉速率明显大于观测后期。随着时间的推移大坝沉降越来越缓慢逐渐趋于稳定。通过分析可知大坝在垂直方向沉降正常稳定性较好。 四、结论 外部变形监测系统，所确立的精度指标是作为施工期，蓄水期和正常运营期的作业标准。经过实践认为，施工期填筑骨料过程中平面和竖向位移都比较大，而且施工干扰大，对精密测量影响很大，所以把施工期，蓄水期，正常运营期分三个档次确立精度指标。通过坝体垂直于坝轴线方向的平面位移和坝体的垂直位移分析结果可知坝体平面没有明显7位移且沉降正常，坝体处于正常的变形范围内，运行状态良好。 参考文献： 方卫华,王润英.大坝变形监测自动化系统进展J.水利水电科技进展,2000,(12). 王晓芳.十陵景区青龙湖水库大坝变形监测方案设计.城市勘测,2007(3). 罗天文.贵阳市花溪水库大坝水平变形监测控制网的优化设计.2007(6). 蒋波,徐昌寿.用测量方法监测大坝变形的几个问题.大坝与安全2007(2).