摘要：我国20世纪50～60年代建造的大坝，经过几十年的运营，大部分已处于危险期，需进行加固，通过对大坝进行变形监测，给加固设计方案提供理论依据。对新建大坝的变形监测作为其运营管理阶段的一项必要任务。根据不同的大坝类型，布设不同图形的控制网和变形观测点，以便更好的服务于大坝运营。对控制网的强度和精度，必须根据被监测对象的特性要求和客观条件利用计算机进行优化设计，按最小二乘法进行估算，保证控制网的可靠。
关键词：大坝平面变形；控制网观测；稳定性分析
1、工程概况
某某水库的正常蓄水位为142.00m，总库容为18.24亿m3，电站装机容量为200MW。主要建筑物由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、泄洪洞、发电隧洞及厂房等组成，其中钢筋混凝土面板堆石坝最大坝高132.5m，坝顶长度448.0m，坝顶高程156.80m。
2、控制网的布置
水平位移平面变形控制网由S1-1、S1-2、S2-1、S2-2、S3、S4、S5、S6共8点组成，左右岸各4点，其中S1-1、S1-2、S2-1、S2-2点距大坝较近(约120～260m不等)，下游最远点S6位于鲤鱼山，距大坝约1.32km，网中共有43个方向，22条观测边，最大边长约1.21km，最短边长约0.75km，平均边长0.86km，网点平均高程约135.80m，相对下游河边高差平均约82m，网形见图1。
图1
3、控制网监测及其精度
自2001年1月—2015年12月共监测10期，分别在2001年1—2月、2001年11—12月、2002年12月、2003年12月、2005年11月、2007年11—12月、2009年11—12月、2011年10—11月、2013年12月、2015年12月共10个时段。为了满足高精度要求，采用徕卡TPS1000全站仪对控制网进行测边和测角，水平角采用全组合测角法测量，方向权P=n×m=42(40)，其中n为方向数，m为测回数，所有测回数平均分配在两个不同时段内;边长观测时记录气压和气温，在计算时进行气象改正和常数改正计算;垂直角按平面变形监测网网形进行观测，观测时观测目标的两个位置，每个位置观测2测回，往返高差平均后得到高差观测值，计算得的三角形高差闭合差W满足W≤0.0136(L21+L22+L23)1/2，式中L1、L2、L3为三角形三边长，以m计，三角形高差闭合差W以mm计;改正后的边长用三角高程网平差后的高程进行改平，改平后的边长投影至135.80m高程面。
为了对每一期监测精度进行评价，每期均进行经典平差计算，以S6为起始点、S6S5方向为起始方向(每期均取相同值)，采用±(0.2mm+1ppm)和±0.5″精度指标作为边长和方向观测的先验中误差进行边角网严密平差，平差后各期的单位误差分别为±0.43″、±0.45″、±0.39″、±0.44″、±0.43″、±0.46″、±0.44″、±0.42″、±0.38″、±0.41″，均小于±0.5″、最弱点S1-1(或S1-2)的点位精度分别为±0.93mm、±0.94mm、±0.85mm、±0.93mm、±0.94mm、±0.99mm、±0.94m、±0.93mm、±0.85mm、±0.89mm，均小于±1.0mm，说明各期监测精度高，控制网布设合理。
4、稳定分析
在观测了多期平面变形控制网以后，总是希望能在网中发现一定数量的稳定点，使得观测成果的计算有一个比较稳定可靠的基准。
4.1利用拟稳平差成果进行稳定分析
拟稳平差时边长先验中误差取±(0.2mm+1ppm)、方向先验中误差取±0.5″、单位权先验中误差取±0.5，分别对首期(2001年1—2月)、第9期(2013年2月)、第10期(2015年12月)的观测数据进行拟稳平差，平差时三期共同点作为拟稳点并取相同的坐标作为近似坐标。平差后可以得到这些共同点的坐标差、坐标差中误差，另外计算坐标差与坐标差中误差的比值，其结果见表1、表2，从表1和表2中可以看出，除S1-1、S2-1点外，其余各点比值都小于2。
表1
下面剔除S1-1点，以第一次拟稳平差成果为起算点进行第二次拟稳平差，结果见表3、表4，从表3、表4中可以看出，剔除S1-1点后，S2-1点比值仍然较大，其余各点比值都小于2;下面剔除S2-1点，再次以第一次拟稳平差结果为起算点进行第二次拟稳平差，剔除S2-1点后，S1-1点比值仍然较大，其余各点比值都小于2。经过以上拟稳平差分析可以看出，S1-2、S2-2、S3、S4、S5、S6六个点保持稳定状态，而其余两个点S1-1和S2-1存在不同程度的位移。按上面相同方法，分别对其余各相邻二期和首期之间的资料进行各自拟稳分析，经分析，S1-2、S2-2、S3、S4、S5、S6点自首期(2001年1—2月)开始至今始终保持稳定，可视为基准点;S1-1、S2-1点在首期(2001年1—2月)至第5期(2005年11月)时间段内存在不同程度的位移，而自第5期(2005年11月)开始至今时间段内保持相对稳定状态，可视为工作基点。
表3
4.2以平差后的坐标差进行稳定分析
每期均以S6为起始点、S6S5方向为起始方向(有关数据的选取同前3控制网监测及其精度中所述)进行边角网严密平差，计算出各控制点在第1、第10两期间的坐标差。用t检验法对各控制点点位进行分析，在检验前先将差值所在两期的监测精度作F检验，以检验是否来自方差μ2的同一母体，F=μ21/μ210=0.432/0.412=1.10，选定显著性水平α=0.05，按分子、分母自由度均为75查F分布表得Fα/2=1.61，由于F＜Fα/2，故可以认为第1、第10两期的监测精度是相同的，然后根据坐标差绝对值d，对下面的t变量进行检验:
式中Qxx、Qyy为各相应坐标的协因数，本网两期的协因数相同，可由平差成果的协因数阵查出，按显著性水平α=0.05，自由度为75，由t分布表查得tα=1.6，如果t＞tα，认为位移显著可信，否则认为变形不可信。经检验，S1-2、S2-2、S3、S4、S5点保持稳定，S1-1、S2-1点存在位移。每期以S5点为起始点，S5S6方向为起始方向进行边角网严密平差，按上述相同的方法，同样得到S1-2、S2-2、S3、S4、S6点保持稳定，S1-1、S2-1点存在位移。同理，以平差后的坐标差对其余各期间资料进行稳定分析，经检验分析同样可以看出，S1-2、S2-2、S3、S4、S5、S6点自首期(2001年1—2月)开始至今始终保持稳定，可视为基准点;S1-1、S2-1点在首期(2001年1—2月)至第5期(2005年11月)时间段内存在不同程度的位移，而自第5期(2005年11月)开始至今时间段内保持相对稳定状态，可视为工作基点。
5、结语
通过对某某面板堆石坝平面变形控制网10期实测资料进行数据处理和稳定性分析，控制网网型结构合理，各期监测精度高，能满足大坝安全监测要求;平面变形控制网点S1-2、S2-2、S3、S4、S5、S6位移量甚小，一直保持稳定，可视为基准点;其他网点S1-1、S2-1与运行初期相比，存在不同程度的位移，而自第5期(2005年11月)开始至今，保持相对稳定状态，可视为工作基点;为了进一步掌握基准点的稳定状况和工作基点的变形情况，建议今后每3～5年进行复测。
参考文献
[1]姜晓东.浅谈城市工程测量平面控制网坐标系统投影带、投影面的选择[J].中国电子商务，2010(3):171.
[2]张勤，张菊清，岳东杰.近代测量数据处理与应用[M].北京:测绘出版社，2011:125.
论文作者:吴成菊
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/16
标签：边长论文; 大坝论文; 稳定论文; 坐标论文; 位移论文; 比值论文; 方向论文; 《防护工程》2019年第5期论文;