小角法在渡槽变形监测中的应用

2016-07-16董燕枫

工程与建设 2016年2期

关键词：渡槽基准点

董燕枫

(安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽蚌埠　233000)

小角法在渡槽变形监测中的应用

董燕枫

(安徽省水利水电勘测设计院勘测分院，安徽蚌埠233000)

摘要：小角法是常用的监测建筑物水平位移的方法，文章以温州赵山渡引水工程沙门渡槽变形监测为例，介绍小角法的基本原理，简述小角法的具体实施过程，对两端设站法的2种观测方法进行比较，并对观测数据进行精度分析。结果证明，采用该方法能使监测数据达到较高的精度。

关键词：渡槽；视准线；小角法；基准点

0引言

温州赵山渡引水工程是飞云江干流中游河段上控制性的水利工程,以供水、灌溉为主,兼顾发电,工程由引水枢纽工程和输水渠系工程两部分组成,于2002年竣工投入使用[1]。

沙门渡槽位于瑞安市陶山镇沙门村,是输水渠系工程的一部分。渡槽建于山间洼地,地基为砂砾石及淤泥与淤泥质黏土,本身存在不稳定性,再加上建筑物自身的荷载作用及输水流量不断增加,从而导致渡槽沉降与位移,甚至出现裂缝[2],因此,有必要对渡槽进行变形监测。

1小角法基本原理

通过建筑物轴线(例如大坝、桥梁轴线)或平行于建筑物轴线固定不动的铅直平面为基准面,根据它来测定建筑物水平位移的方法称为视准线法。小角法是视准线法的一种常用方法,利用精密经纬仪精确地测出基准线方向与测站点到观测点的视线方向之间所夹的小角,从而计算观测点相对于基准线的偏离值[3],如图1所示。

图1　小角法测偏离值

由图1可见,AB为基准线,i为观测点,i′为点在AB上的投影,Δi为偏离值,利用精密经纬测量小角αi,并测量A到i′的距离Si,可计算出偏离值为

(1)

其中,ρ=206 265″。将历次计算所得Δi值加以比对,即可得各监测点的水平位移情况。这种方法的优点是布点和观测方法简捷快速、降低观测误差、观测时间短及处理数据速度快,提高了监测效率[4]。

2监测实施

2.1平面控制网布设

在渡槽轴线延长线的基岩上,分别埋设2个基准点B1、B4,在渡槽左侧2个山包的基岩上分别埋设2个基准点B2、B3,点与点之间两两通视。B1、B2、B3、B4构成平面控制网,采用GPS观测,等级为二等。根据工程实际情况,直接利用B1、B4作为工作基点,进行水平位移观测。

为减少误差,提高观测精度,基准点埋设采用观测墩,并埋设具有强制对中装置的对中盘。基准点埋设时基础开挖至弱风化层或者规范规定的深度,观测墩埋设方法及大小尺寸按照规范规定进行,观测墩建成后至少将15天时间作为稳定期[5]。

2.2监测点埋设

水平位移监测点埋设同样采用观测墩,并埋设具有强制对中装置的对中盘。监测点偏离工作基线的角度不超过30″,以尽可能地发挥小角法观测的优势[6]。渡槽跨度较大,在渡槽跨与跨的连接处分别布设2个监测点,每2个监测点间距离基本相等[7]。共布设水平位移监测点34个,编号为C1、C2…C34。

2.3小角法测量

使用索佳NET05X全站仪,测角精度为0.5″,标准单棱镜的测距精度为(0.8+10-6)mm。在仪器安置在B1后视 B4,构成一条固定的视准线,然后在C1、C2…C17等监测点上安置活动觇牌,以测定角度偏离值和垂直角、斜距。通过垂直角、斜距加入气压、温度等,改正得出B1到各点的平距,代入(1)式得出各点与视准线的偏离值。同样仪器安置在B4后视B1,在C18、C19…C34上安置觇牌,测定出偏离值。观测水平角时,分别将盘度盘配置在0°、30°、60°、90°附近,观测4个测回。

3精度分析

由(1)式得水平位移观测误差公式为

(2)

(3)

(4)

文献[5]对变形观测水平位移观测点坐标中误差要求为:一级±1 mm,二级±3 mm,取本次变形监测等级为二级。观测点坐标中误差是指观测点相对测站点(如工作基点)的坐标中误差,等价于观测点相对基准线的偏差值中误差[7],即二级需满足|mΔi|≤3 mm。在使用全站仪观测水平角时,仪器对中误差、目标偏心误差和观测误差相互独立,而基准点和监测点都采用具有归心装置的观测墩和有强制对中装置的对中盘,仪器对中误差和目标偏心误差可忽略不计[8-9]。

由于渡槽较长,基准线长度为685.125 m,给后视照准带来了困难。同时,经过分析,随着基准点与监测点之间距离增大,测角中误差整体也呈增大趋势。因此,本次监测采用在两端设站法。

(1) 在基准线两端设站,每站只观测靠近这一端监测点的偏离值。

(2) 基准线两端设站,每站都观测各个监测点的偏离值,然后数据做加权平均[10]。

本次采用方法1可以减小仪器的照准误差,简化数据处理过程,而精度方面则通过增大测回数弥补。

首期监测时应进行2次独立观测,共观测角度8测回,作为监测对象的初始观测值,以后各期监测观测4测回。

首次观测后,通过计算每个水平角的测量中误差,监测点C18处的测角中误差最大约为0.7″,此次监测最大测距B4C18=347.314 m, mΔi在C18处最大。此时由(1)式得mΔi约为1.18 mm,满足规范要求。

4结束语

本次监测通过埋设强制对中观测墩、使用高精度的全站仪、增加测回数等方法,使观测数据达到较高精度。首次观测后,应每月观测一次,分析观测数据的变化,掌握渡槽的变形规律。此外,应定期检校基准网,随时检查工作基点的稳定性。

〔参考文献〕

[1]王育满，郭文明.赵山渡引水工程建设管理[J].水利水电技术,2001,32(2):1-4.

[2]金松兰，林孝亮.赵山渡引水工程沙门渡槽不均匀沉降修复技术方案研究[J].水利建设与管理，2014(6):22-24.

[3]李青岳,陈永奇.工程测量学[M].北京:测绘出版社,2008.