和川引水枢纽工程大坝垂直位移监测网设计

李殿龙

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概述

和川引水枢纽工程地处临汾市安泽县和川镇岭南村附近，工程主要是为解决临汾市的工农业及生活用水问题。工程由引水枢纽工程和输水工程两部分组成。测区位于安泽县东北部，测区内平均海拔900m左右。测区附近有第安公路通过，交通较为便利，测区内村庄稀少，交通较为困难，断面桩又布设在淹没高程之上，作业高差大，工作难度较大。大坝垂直位移监测网于2009年10月27日开始，2009年11月取得首次观测，至2010年11月已观测两次，为大坝及边坡提供了垂直位移监测基准，同时为坝下岩体沉降特征评价提供了监测依据。

2 垂直位移监测网设计

2.1 布网原则

二等水准路线是国家高程控制的基础，应在一等水准环内布设。二等水准路线尽量沿省、县级公路布设，如有特殊需要可跨铁路、公路及河流布设。二等水准环线周长在平原和丘陵地区应不大于750 km，山区和困难地区可酌情放宽。本次为二等水准路线，工程施工期利用施工控制网进行工程变形监测的重要临时沉降工作基点纳入网中，确保监测数据的连续性。监测网的高程系统与工程施工控制网的高程系统一致，监测网垂直位移量中误差±2 mm。

2.2 布网精度

各等级每千米水准测量的偶然中误差M△和每千米水准测量的全中误差Mw不应超过相关规范规定的数值。

2.3 布网设计

本次大坝位移监测基准点及工作基点应选在比较稳定且方便使用的位置。考虑到工程的实际情况，大坝左右岸各布设1个工作基点。

根据工程要求，在大坝排水沟里布设11个大坝监测点。高程控制起算数据采用2008年3月所测的临汾市引沁入汾输水线路二等水准成果高程起算数据Ⅱ坝右高程910.127m；Ⅱ坝右高程900.085m。通过现场踏勘，标石均保存完好，经检测可以使用，统计结果见表1。

表1 起算数据检测统计表

3 垂直位移监测网监测技术

3.1 观测仪器

水准观测使用TRIBMLE的DINI12电子水准仪，仪器经中测国检（北京）测绘仪器检测中心鉴定，鉴定结果合格。采用二等水准精度施测，详见《国家一、二等水准测量规范》相关部分。

3.2 监测网线路、点布设

本次测量布设为闭合水准线路：以Ⅱ坝右为起算点，沿水准线路布设11个水准点，编号为11号垂监、10号垂监、9号垂监、8号垂监、7号垂监、6号垂监、5号垂监、4号垂监、3号垂监、2号垂监、1号垂监，长约9 km。两次监测时间分别为2009年11月3—20日，2010年11月5—25日。

3.3 观测要求

外业水准测量检验：在作业期间，自动安平光学水准仪每天检校一次i角，气泡式水准仪每天下午各检校一次i角，作业开始后的7个工作日内，若i角较为稳定，以后每隔15 d检校一次。数字水准仪整个作业期间应每天测前进行i角测定。经i角测量均小于《国家一、二等水准测量规范》规定的15″，符合规范要求。测段往返侧不符值、环闭合差、每千米水准测量的偶然中误差和每千米水准测量的全中误差等按二等水准精度进行检验，全长9.0 km，由1个闭合环组成。两次监测路线的每公里全中误差规范规定在环线为20个时才进行计算，本次监测1个闭合环小于20个，因此没有计算线路的每公里全中误差。

两次监测的线路闭合差见表2。

表2 工作基点环水准路线闭合差

3.4 数据采集

水准主路线采用闭合路线监测。使用同一类型的仪器和转点尺承，沿同一道路进行。每一测段的站数均为偶数站。由往测转向返测时，两支标尺应互换位置，并重置仪器。测站视线长度小于或等于50m，前后视距差不大于0.3m，视距差累积不大于1.5m，视线高要求2.8~0.3m。同一测段的往测（或返测）与返测（或往测）基本上在上午或下午分别进行。每一周期应使用相同的监测路线和监测方法、同一仪器和设备及固定的监测人员。监测前30 min将仪器置于露天阴影下使仪器与外界温度趋于一致；设站时用测伞遮蔽阳光，迁站时罩以仪器罩。测站往测时的监测顺序是奇数站为后前前后，偶数站为前后后前；返测时，奇、偶测站照准标尺的顺序与往测时偶奇站相同。

3.5 平差计算

二等垂直位移监测网路线长度所测高差进行水准标尺长度误差改正、温度改正、路线闭合差改正等项改正后，采用南方2005平差易软件对该水准线路进行严密平差。结果表明：第一次测量每公里偶然中误差为0.54 mm，小于规范1 mm的精度要求；相对于起算点的最弱点（1号垂监）高程中误差为±0.25 mm，小于2 mm；第二次测量每公里偶然中误差为0.61 mm，小于规范1 mm的精度要求；相对于起算点的最弱点（1号垂监）高程中误差为±0.41 mm，小于2 mm的精度要求，各项精度指标均符合规范要求。

4 大坝岩体沉降分析

和川引水枢纽工程系混凝土坝监测点累计沉降统计见表3。

表3 和川引水枢纽工程系混凝土坝监测点累计沉降统计表

从2010年成果可以看出，相对于2009年，从上表监测点环水准闭合路线的，高程最大差为+0.7 mm，小于限差±5.6 mm（±5.6 mm为沉降标准），说明和川引水枢纽工程系混凝土坝测量时间范围内整体上稳定。

和川引水枢纽工程系混凝土坝垂直监测控制网的建网从设计、选点、埋设到观测，历时一个月，工作过程中严格遵守规范和设计要求，数据成果精度较高，确保测量基础数据质量可靠，最终实现项目工程按质按时完成。经平差计算，监测网两次观测的初始值成果具有较高的精度水平，为今后大坝安全运行、建筑物变形监测和边坡安全监测奠定了基础。

5 结语

水库大坝工程坝址附近顺河流向一般有较大的监测范围，对监测网及时进行复测是确保边坡、建筑物沉降的关键，同时监测点沉降与水库水位升降存在关联性，因此监测网的合理复测周期综合库水位特征考虑极为必要。

水库大坝工程垂直位移监测网基准点应设置在蓄水影响范围之外，为同时满足其最弱点垂直位移中误差不大于±2 mm的要求，应综合工程特性，合理控制监测网的结构与规模。当监测网规模较大时，将网内水准路线特别是关键水准路线设置为固定水准路线，可对提高观测效率与确保观测精度起到关键作用。