精密水准法在南水北调渡槽挠度监测中的应用

2015-02-25赵义春赵立旺艾明明

东北水利水电 2015年11期

赵义春，赵立旺，艾明明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130061）

1 概述

1.1 工程概况

涕河渡槽位于河北省高邑县，是南水北调中线工程总干渠上的一座大型河渠交叉建筑物，渡槽设计流量220 m3/s，加大流量240 m3/s。涕河渡槽主要建筑物为1 级建筑物，次要建筑物按3 级建筑物设计，防洪标准为100年一遇设计，300年一遇校核。渡槽由进口渐变段、进口检修闸段、进口落地槽段、槽身段、出口落地槽段、出口检修闸段和出口渐变段七部分组成。

槽身段起止桩号175+795～176+035，长240 m，分8 跨，每跨长30m，简支型式，槽身断面为三槽一联多侧墙矩形槽，采用三向预应力钢筋混凝土结构。

1.2 涕河渡槽充水情况

本次涕河渡槽充水试验为二次充水，根据充水情况，涕河渡槽充水特征值水位表如表1所示。

1.3 挠度监测点布置

南水北调挠度观测主要是大型渡槽管身段，涕河渡槽槽身第1～8 跨纵梁顶部布置160 个挠度监测点，跨纵梁底部布置96 个挠度监测点，渡槽顶部测点安装方法是在槽身两端及槽身中间混凝土内安装垂直位移观测标点；渡槽底部测点安装方法是在槽身混凝土纵梁底部两端及中间部位固定一根垂直钢管，钢管下部距地面30～40 cm 位置安装垂直位移标点。

表1 涕河渡槽充水特征值水位表

1.4 挠度监测目的及必要性

目的是监测渡槽在充水期间的工作状态；检验渡槽槽身的安全性。

由于充水试验为首次接近正常运行工况，通过挠度监测及时掌握渡槽变化及异常情况。

2 挠度监测原理与误差来源

2.1 挠度监测原理

涕河渡槽外观设施为沉降监测点、挠度监测点和工作基点，采用徕卡精密水准仪进行测量，监测等级采用一等水准观测方法监测要求施测。

挠度监测采用两种方案进行观测，第一种为在各跨槽身顶部人行道板两端、1/4 跨、1/2 跨位置布设沉降测点进行水准测量，通过各测点沉降值进行挠度计算分析；第二种在各跨每根纵梁底部两端、1/2 跨位置布设挠度观测管进行水准测量，对挠度变形进行计算分析。

计算公式为：挠度值=跨中测点沉降值-两端测点沉降值。

2.2 误差来源

水准测量误差有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。

2.2.1 仪器误差

仪器误差主要包括视准轴误差、水准尺误差等。

仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差，因此造成水准仪望远镜视准轴发生倾斜，致使读数误差。这种误差与视距长度成正比，观测时可通过前后视距相等来减弱或消除。

水准尺误差主要包含尺长误差、刻划误差和零点差。控制方法是在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用，并把测段站数目布设成偶数。

2.2.2 观测误差

观测误差包括水准器气泡居中的误差、读数误差和水准尺的倾斜误差。

由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，此误差可以消除。

观测时，尺像与十字丝平面不重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。

水准尺的倾斜误差对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小有关。尺子倾斜总是使尺上读数增大。尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大。

2.2.3 外界条件的影响

由于渡槽底部测点是采用垂直悬挂钢管的方式进行观测，随着观测时间的延长，固定钢管的膨胀螺栓会产生不同程度的松动，在外界风力较大时，很难保证悬挂钢管的稳定性，这就对观测造成很大偏差，因此在观测期间需要对悬挂钢管定期进行检查，以保证钢管的稳定，并选定风力较小时进行观测，以减少误差。

大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7 倍的曲线，使读数减小，视线离地面越近，折射越大。为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时应适当缩短视距。此外，应选择有利的时间，一日之中，上午10时至下午4 时这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。