小浪底水利樞紐外部變形觀測

1、.;/othermap測繪信息網(wǎng)：.；小浪底水利樞紐外部變形觀測首級(jí)程度控制網(wǎng)王海濱(黃委會(huì)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研討院測繪總隊(duì)475002)【摘要】本文簡述了小浪底水利樞紐外部變形觀測首級(jí)程度控制網(wǎng)的布設(shè)方案，分別表達(dá)了為獲得基準(zhǔn)值延續(xù)進(jìn)展的兩次觀測和為驗(yàn)證控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性先后進(jìn)展的兩次復(fù)測，以及為確保成果精度和可靠性、可比性所采取的措施，最后用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的F檢驗(yàn)方法對控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性作了簡要分析。;/othermap測繪信息網(wǎng)一、概述小浪底水利樞紐外部變形觀測首級(jí)程度控制網(wǎng)(以下簡稱首級(jí)程度控制網(wǎng))由黃委會(huì)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研討院測繪總隊(duì)擔(dān)任設(shè)計(jì)、造埋和觀測任務(wù)，自1991年9月開場投入此項(xiàng)任務(wù)，于199

2、2年上半年完成設(shè)計(jì)任務(wù)，1993年上半年完成了造埋任務(wù)，1994年9月至11月為獲得基準(zhǔn)值延續(xù)進(jìn)展了兩次觀測。為驗(yàn)證首級(jí)程度控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性，1996年12月至1997年1月進(jìn)展了第一次復(fù)測，1997年10月至11月進(jìn)展了第二次復(fù)測。;/othermap測繪信息網(wǎng)二、首級(jí)程度控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)1. 首級(jí)程度控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案設(shè)計(jì)小浪底首級(jí)程度控制網(wǎng)，是該項(xiàng)工程程度位移監(jiān)測的根底和根據(jù)，其作用是為整個(gè)工程的外部變形監(jiān)測提供一定數(shù)量的平面基準(zhǔn)點(diǎn)，作為丈量程度絕對位移的參照基準(zhǔn)。而平面基準(zhǔn)點(diǎn)選設(shè)的穩(wěn)定性和丈量成果的準(zhǔn)確性，將直接決議整個(gè)程度外部變形監(jiān)測系統(tǒng)能否能監(jiān)測出在各種應(yīng)力作用下各建筑物能夠出現(xiàn)的最小變

3、形值，以確保整個(gè)工程的平安運(yùn)營。;/othermap測繪信息網(wǎng)選設(shè)首級(jí)程度控制網(wǎng)，主要應(yīng)思索控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性和控制網(wǎng)的高精度。從控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可檢測性4個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合小浪底水利樞紐工程地質(zhì)條件復(fù)雜、工程建筑物多、工程量大且布置范圍廣的特點(diǎn)，對最初提出的多個(gè)布設(shè)方案進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后決議，首級(jí)程度控制網(wǎng)分主體建筑物區(qū)和滑坡體區(qū)分別布設(shè)。其中，主體建筑物區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)由固1、固2、固3、固4組成邊角全測的大地四邊形(見圖1)；滑波體區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)由HG01、HG02、HG03組成邊角全測的完全三角形(見圖2)。2. 首級(jí)程度控制網(wǎng)觀測方案設(shè)計(jì)首級(jí)程度控制網(wǎng)均按一等邊角網(wǎng)觀

4、測，精度目的為：測角中誤差：0.7測邊中誤差：(0.2 mm+0.610-6D)天頂距觀測中誤差：1.0詳細(xì)觀測技術(shù)要求為，程度角采用方向觀測法，用T3000(0.5)電子經(jīng)緯儀觀測24測回，且在兩個(gè)以上時(shí)間段完成，各時(shí)段測回?cái)?shù)之差不應(yīng)大于2測回。邊長觀測采用方向觀測法，用ME5000激光測距儀(0.2mm+0.210-6D)觀測4測回，每條邊對向觀測，且在兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)完成。天頂距觀測采用中絲法每邊用T3000電子經(jīng)緯儀對向觀測9測回。;/othermap測繪信息網(wǎng)圖1主體建筑物區(qū)控制網(wǎng)圖圖2滑坡體區(qū)控制網(wǎng)圖三、基準(zhǔn)值的獲得http;/othermap測繪信息網(wǎng)首級(jí)程度控制網(wǎng)初次觀測為獲得基準(zhǔn)

5、值，于1994年9月至11月延續(xù)進(jìn)展了兩次觀測(表1，表2)。表1第一次觀測成果(平差后)測角中誤差M0.51測邊中誤差(0.15 mm+0.1510-6D)最大點(diǎn)位誤差MS1.06 mm最弱邊邊長相對中誤差1/557萬表2第二次觀測成果(平差后)測角中誤差M0.68測邊中誤差(0.19 mm+0.1910-6D)最大點(diǎn)位誤差MS1.39 mm最弱邊邊長相對中誤差1/509萬經(jīng)過對上述成果分析比較，得出以下數(shù)據(jù)方向觀測值較差：amax=0.5，a允1.4邊長觀測值較差：Dmax=1.3 mm，D允2.24 mm ;/othermap測繪信息網(wǎng)點(diǎn)位較差：Smax=1.4 mm，S允3.5 mm閱

6、歷證，上述兩次觀測成果均能滿足設(shè)計(jì)精度要求。為提高基準(zhǔn)值的精度，將兩次觀測值迭加一同進(jìn)展結(jié)合平差，方向、邊長均取兩次觀測的加權(quán)平均值(表3)。 表3結(jié)合平差成果測角中誤差M0.52測邊中誤差(0.20 mm+0.2010-6D)最大點(diǎn)位誤差MS1.51 mm最弱邊邊長相對中誤差1/348萬最后，主體建筑物區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)各點(diǎn)的坐標(biāo)取用兩次觀測值的結(jié)合平差成果，滑坡體區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)各點(diǎn)的坐標(biāo)取用兩次觀測平差結(jié)果的平均值。四、首級(jí)程度控制網(wǎng)的復(fù)測為監(jiān)測各平面基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，于1996年12月至1997年1月進(jìn)展了第一次復(fù)測，于1997年10月至11月又進(jìn)展了第二次復(fù)測，復(fù)測結(jié)果如表4、表5所示。

7、;/othermap測繪信息網(wǎng)表4第一次復(fù)測成果(平差后)測角中誤差M0.40測邊中誤差(0.13 mm+0.1310-6D)最大點(diǎn)位誤差MS1.70 mm最弱邊邊長相對中誤差1/705萬表5第二次復(fù)測成果(平差后)測角中誤差M0.25測邊中誤差(0.12 mm+0.1210-6D)最大點(diǎn)位誤差MS0.64 mm最弱邊邊長相對中誤差1/374萬五、確保成果質(zhì)量的措施1. 為到達(dá)各基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定的要求，以上7個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)均設(shè)置為基巖標(biāo)。2. 為了減小儀器與覘牌的安頓誤差，在觀測墩頂面設(shè)置了強(qiáng)迫對中設(shè)備。;/othermap測繪信息網(wǎng)3. 為了保證基準(zhǔn)點(diǎn)的平安，在觀測墩的外部加設(shè)了維護(hù)鋼管，在觀測墩的

8、頂部加設(shè)了鋼質(zhì)公用維護(hù)帽。4. 為預(yù)防觀測墩受陽光直射產(chǎn)生扭曲變形，影響平面丈量的精度，建造了維護(hù)房或遮陽亭。;/othermap測繪信息網(wǎng)5. 在觀測中，為提高觀測精度，均采取了許多相應(yīng)措施，如：在ME5000測距中，為減小氣候元素的測定誤差，我們規(guī)定，溫度計(jì)應(yīng)盡量懸掛在與儀器同高且通風(fēng)的觀測棚口，且不讓陽光直射，濕度計(jì)加水時(shí)，為消除水源的影響，應(yīng)提早10 min加水并通風(fēng)，讀數(shù)時(shí)要平視。另外，為減小外界溫度與儀器內(nèi)部溫度不一致所引起的丈量誤差，我們規(guī)定，觀測時(shí)應(yīng)提早30 min把儀器置于測站附近陰涼處。6. 為減小首級(jí)程度控制網(wǎng)邊長投影時(shí)長度變形，主體建筑物區(qū)控制網(wǎng)邊長投影至小浪底工區(qū)平均

9、高程面(200 m面)。7. 為添加成果的可比性，每次觀測所采用的儀器、設(shè)備、觀測方法及觀測精度目的均一樣，平差計(jì)算方法一樣。8. 為保證邊長的改平精度，技術(shù)設(shè)計(jì)階段對各邊所需的高差精度進(jìn)展了估算，并依此對各平面基準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)展了相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)聯(lián)測，斜距改平常采用知高程時(shí)的改平方式，并顧及了儀器高和棱鏡高。每次復(fù)測斜距改平常，經(jīng)檢測各基準(zhǔn)點(diǎn)的高程的變化量在限差范圍內(nèi)。為添加成果的可比性，第一、第二次復(fù)測斜距改平所用各基準(zhǔn)點(diǎn)高程仍采用基準(zhǔn)值觀測斜距改平常所用高程。;/othermap測繪信息網(wǎng)六、首級(jí)程度控制網(wǎng)穩(wěn)定性分析1. 各期觀測秩虧自在網(wǎng)平差結(jié)果由于我們事先無法預(yù)知哪些點(diǎn)是穩(wěn)定的，因此，討

10、論程度基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，應(yīng)采用秩虧自在網(wǎng)平差方法處置。為使各期觀測成果具有可比性，平差時(shí)，各期網(wǎng)點(diǎn)近似坐標(biāo)均采用同一數(shù)據(jù)，平差計(jì)算結(jié)果見表6、表7。 表6各期觀測秩虧自在網(wǎng)平差結(jié)果/mm點(diǎn)名測次固1固2固3固4HG01HG02HG03XYXYXYXYXYXYXY初次23.020.842.563.652.333.285.033.039.655.487.884.519.144.1復(fù)123.321.744.662.251.333.483.533.239.356.488.384.218.943.4復(fù)222.221.746.463.851.331.883.033.239.555.588.084.519.0

11、44.0表7各期復(fù)測各點(diǎn)位移量統(tǒng)計(jì)表/mm點(diǎn)名測次固1固2固3固4HG01HG02HG03XYXYXYXYXYXYXY復(fù)1+0.3+0.9+2.1-1.4-1.0+0.2-1.5+0.2-0.3+1.0+0.5-0.3-0.2-0.7復(fù)2-0.8+0.9+3.9+0.2-1.0-1.4-2.0+0.2-0.1+0.1+0.20.0-0.1-0.12. 首級(jí)程度控制網(wǎng)穩(wěn)定性檢驗(yàn)從表7可看出，滑坡體區(qū)程度基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)HG01、HG02、HG03位移量較小，另外，從實(shí)踐情況知道，3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)均在大壩上游5 km以上，在施工沉陷區(qū)以外，可斷定為無位移景象。這3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)目前是穩(wěn)定的。主體建筑物區(qū)程度基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位

12、移量較大，為弄清這些差值是觀測過程中丈量誤差帶入的，還是程度基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)本身的變形所致，下面用F檢驗(yàn)方法來驗(yàn)證主體建筑物區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性。設(shè)兩期成果的坐標(biāo)差矩陣為d=Xi-X0其中：;/othermap測繪信息網(wǎng)由坐標(biāo)差可按下式計(jì)算單位權(quán)方差：式中，pdQ-1d(Qd為控制網(wǎng)點(diǎn)未知坐標(biāo)的協(xié)因數(shù)矩陣)，f為獨(dú)立的d的個(gè)數(shù)。另外由于兩期觀測采用同樣的儀器和方法，且網(wǎng)形不變，由觀測值的矯正數(shù)計(jì)算單位權(quán)方差的公式如下：;/othermap測繪信息網(wǎng)作統(tǒng)計(jì)量http;/othermap測繪信息網(wǎng)選取置信程度，以第一自在度f與第二自在度2(n-r)為參數(shù)，從F分布表中查得分位值F。假設(shè)FF，那么控制

13、網(wǎng)中存在動(dòng)點(diǎn)；否那么各控制網(wǎng)點(diǎn)均無顯著位移。本網(wǎng)中第一自在度f=8，第二自在度2(n-r)=18，選取0.05，計(jì)算及查表結(jié)果見表8。;/othermap測繪信息網(wǎng)表8主體建筑物區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)工程測次22FF檢驗(yàn)結(jié)果復(fù)1初次1.0520.6291.672.51FF由表8檢驗(yàn)結(jié)果可知，第2次復(fù)測時(shí)，主體建筑物區(qū)首級(jí)程度控制網(wǎng)中存在有動(dòng)點(diǎn)?，F(xiàn)剔除位移量較大的固2點(diǎn)，重新對第2次復(fù)測與初次觀測作F檢驗(yàn)，計(jì)算得F1.14。此時(shí)以第一自在度f6，第二自在度2(n-r)18，選取0.05查表得分位值F2.66，F(xiàn)F，那么網(wǎng)中不再存在有動(dòng)點(diǎn)。七、結(jié)論與建議根據(jù)以上檢驗(yàn)分析，固2有明顯位移景象，變形方向?yàn)橄虮蔽灰?。從?shí)踐情況知，固2由于受4號(hào)公路開挖巖體卸荷及山體滑坡的影響，根底巖體亦隨之下滑，滑坡方向?yàn)槲鞅狈较?，這與F檢驗(yàn)分析得出的結(jié)論根本吻合，因此，可斷定固2有明顯位移。主體建筑物區(qū)其他三個(gè)固定點(diǎn)以及滑坡體區(qū)三個(gè)固定點(diǎn)可斷定為是穩(wěn)定點(diǎn)。;/othermap測繪信息網(wǎng)根據(jù)我們的任務(wù)閱歷特提以下兩點(diǎn)建議：1. 小浪底水利