摘要：大坝在我国水利水电工程中发挥不可或缺的作用。既要承载水库中存储水的压力，又要抵御讯期泄洪时来自水流的巨大冲击力。因大坝多采用钢筋混凝土结构建筑而成，其在长期自重及诸多因素影响下易发生变形，加强大坝变形的监测非常关键。本文结合实例，介绍了平面变形的控制网布设情况及其稳定性分析。
关键词：平面控制网；外业观测；稳定性；分析
琅琊山抽水蓄能电站的建筑主要包括上水库的主坝、副坝、地下厂家、水道及下水库等，整个工程及很多建筑物的等级为二级。基于对主、副坝工作基点的稳定性了解的需求，布设了平面控制网，定期展开观测活动，确保大坝的安全运行。
1大坝平面变形的控制网
1.1概况
平面监测网共设9个控制点，呈边角网状（参见下图），外业依据国家一等三角网的精度观测。平面控制点的观测墩为钢筋混凝土材料，每年监测一次，截止2017年，已观测九期数据，本文对第八、第九的数据加以对比。
图1-平面网示意图
1.2外业观测
观测仪选用瑞士Leica TM30高精度的智能全站仪，标称精度：测边（0.6+1×D×10－6）mm；测角0.5″，观测前，分别检验了仪器补偿设备的指标差、纵横误差、横轴倾斜误差等指标，且将检测数值设于仪器内自动改正。
（1）观测水平角
测量控制网的水平角度时，应达到国家一等观测精度，用全圆方向观测方法观测12回，共50个方向。全网以标石的中心为基准，观测水平角的方向均在同一时段完成，优选成像清晰的天气作业。
（2）观测边长
边长用对向观测法，一条边单向观测4测回，各个测回读取四次数据，至0.1mm，中数读取到0.O1mm，全网共观测25条边长。按照相关的技术标准。边长观测的时候，用干湿温度计、空盒温度气压表，对测站点和镜站点的干湿温度与气压进行测量，取平均值为气象改正参数。依次从测站、镜站的三个方向，对测量仪及棱镜的高进行观测，读到0.1mm。
（3）观测天顶距
各条边对向观测时皆应观测天顶距，共观测50个方向。每一方向的天顶距盘左、盘右分别观测12次，观测限差及技术指标参照相关图表。
1.3 数据的预处理
（1）校核水平角
全网全部方向可形成29个三角形，104个极条件。三角形的闭合差皆<±12.5〞允许的限差；根据
公式计算，得到测角误差是±0.43″，小于精度指标；形成的104个图形极条件均在限差指标范围内，证明水平方向的观测数据皆达到一等测角的精度标准。
（2）改正边长结果
由全站仪观测的距离，应进行气象、仪器乘常数、仪器加常数的改正。野外距离测量期间，测站、镜站的高程不一样，计算时，需将其转化成平距。不同的高程面，平距值也存在差异。椭球面的距离投影到高斯面，会发生长度变形，应要对其改正。斜距化平、测距边高程归化及测距边投影改化依次根据以下三个公式计算。
（1）
（2）
（3）
本工程各个边长经过改正，其投影到160 m的吴淞高程面上。每条边长对向观测的数值互差皆小于允许限差。证明边长观测数据达到国家一等三角网的精度测边精度。
（3）计算天顶距
将观测的边长、天顶距、仪器高、目标高，采用三角高程法算出不同方向的高差，取各条边对向观测的平均高差值，为每边两端点之间的高差。根据相关的设计要求，用三角高程对高差进行测定，三角形三条边的高差闭合差要<
，全网形成29个三角形，分析计算结果，全部三角形的三边高差闭合差皆小于限差标准。经计算、检验，可确定外业成果的可靠性，达到国家一等精度设计要求。
1.4 平差计算
（1）粗差检验
平差前，对全部观测数据，用U检验法进行粗差检验，查考有关函数，可得X=1.95是检验的临界值，经检验发现，6个方向有粗差，1条边长有粗差。观测值的粗差可能影响平差的精度，故平差前，需剔除有粗差的几个方向及1条边长。
（2）控制网平差
平面监测网的平差，用观测边长、方向观测数值采取最小二乘法。平差的时候，将网视为一个独立的边角网，以第8期复测的平面坐标为网的坐标，用秩亏自由网的平差方法计算。选择新研发的平差软件，以LES点坐标为起算数据，分析平差结果：最弱边LS2-LS1，边长相对中误差1/311 000，最弱点LS2点，点位中误差10.39 mm；最弱点对LS2-LE2，相对点位中误差是0.59 mm，达到混凝土大坝的监测规范要求。
2点位稳定性分析
2.1 平均间隙法
总体思想：先用统计检验法，对控制网做几何图形进行整体检验，判断该网在两期观测间是否有明显变化。若通过检验，则证明网点很稳定。相反，认为网中含有位移点，需通过“尝试法”对动点进行逐一寻找，直到图形一致性通过检验。
假设对监测网第j期与第i期进行检验，先将两期的观测值按同一基准依次平差，再通过计算，求出网点位移向量及协因数阵d。根据点坐标的变化值，可得单位权方差的估值：
（4）
两期观测的单位权方差，通过同一性检验时，可得到综合方差估值
（5）
可得：
（6）
对网图形一致性进行检验，若
，则原假设成立，证明监测网点很稳定，坐标变化是两期观测误差所致；相反，则可认为网中存在点位变动。
2.2 单点位移分量法
由荷兰Delft大学提出，主要依据巴尔达粗差的探测原理。认为在先验方差因子已知的情况下，要先对监测网图形进行一致性检验，检验统计量：
（7），若
，认为有不稳定点。再用“尝试法”逐点做位移分量检验，统计量：
（8）式中e为一向量，表明需检验的L点在某个方向的位移分量。一维、二维或三维网，其统计量均为一维。若
，则L点是动点。若存在多个ωi，满足（7）式，则认为值最大的是动点，将其从观测网中剔除，重新检验。
2.3 形变参数显著性检验
形变参数显著性检验[[A]的原理是将两期观测放到一起来平差，但每次假定有一个点发生了位移，导入两个位移参数（dx } dy），通过平差求出位移参数并对其显著性进行检验。
3 点位的稳定性分析
两次成果对比应采取相同基准，尤其平面变形网对基准的统一性极为重视。所以，检验中分别对第9期、第8期的平差成果做了检验。以上三种方法即为动点、单点及参数的检验法。检验中用秩亏自由网平差，显著性水平皆取0.05。检验动点时，一次性检验未通过，继续进行检验，LES点除外，其余均可认为是稳定点。单参数检验中，仅找出LES、LS1、LS2及LS4四个动点。参数的检验结果均不显著，认为平面变形网点都很稳定。具体检验结果参见下表：
本期琅娜山平面变形网中只有LES、LS1、LS2及LS4四点发生位移，
且除LES点位移较大外，其余几点均较小，其他都是稳定点。该网可做大坝变形监测的基准，具有良好的可靠性。
表1-点位稳定性检验结果
4 结论
（1）大坝外部变形采用平面变形网进行观测，各项技术指标均达到相关要求，平差计算严谨、科学。
（2）平面控制网平差前，应剔除观测值粗差，边长观测时，要进行斜距化平、投影归化及测距边高程归化的处理后才可平差。
（3）该水电站的外部控制网，观测的稳定性较好，计算简单，分析合理，在大坝外部控制中具有重要价值。
参考文献：
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论文作者:李云春,李伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：边长论文; 大坝论文; 平面论文; 位移论文; 高程论文; 方向论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第15期论文;