亭子口水利枢纽变形监测方法及其优劣分析

隋　斌，林向阳

（1.大唐四川电力检修运营有限公司，四川 成都 610091；

2.嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

亭子口水利枢纽变形监测方法及其优劣分析

隋斌1，林向阳2

（1.大唐四川电力检修运营有限公司，四川 成都 610091；

2.嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

对亭子口水利枢纽常用的几种变形监测方法进行了比较分析，列出了几种方法的测量原理、特点、优点以及不足等内容，对水利工程的变形检测具有一定的指导意义。

水平位移；垂直位移；引张线；垂线；静力水准

亭子口水利枢纽变形监测主要包括水平位移、垂直位移、挠度监测以及岸坡稳定监测，本文主要对水平位移和垂直位移两类变形监测加以叙述。

1　水平位移监测

亭子口水利枢纽工程采用的水平位移监测方法主要分三种测量方法。分别是边角网交会法，引张线法和垂线法。

（1）亭子口水利枢纽工程左岸缆机平台、大园包崩滑体及抗滑挡墙水平位移变形监测主要使用全站仪（TS30）进行边角网交会法测量。分别以TZ01、TJ02为基准点，采用分组观测，每组监测点不大于8个测点，对水平位移监测点进行9个测回的角度与距离测量。测量过程中进行温度与气压观测，用以修正计算成果。

优点：该测量方法可以有效地确定监测对象的变形范围和绝对位移量，通过组网的形式进行测量结果的校核和精度评定，灵活性较大。

不足：边角网交会法由于受测角误差、测边误差、交会角及基线长度、外界条件的变化等因素影响，精度较低，受视线条件影响较大。

亭子口水利枢纽水平位移监测网由8个监测点组成，左岸4个，从上游向下游编号为：TJ01、TJ03A（TJ03破坏后恢复重建点）、TJ05A、TJ07；右岸4个，从上游向下游编号为：TJ02、TJ04、TJ06、TJ08。同时将亭子口水利枢纽原施工平面控制网点TZ01纳入控制网内，按照一等三角网要求进行测量。

平面控制网点三角高程采用三等光电测距测定，组成三角高程网，以水准高程点TJ01、TJ03高程为起测点，再推算其它6个点的三角高程。平面控制网点三角高程的测定不用于变形监测工作，只作为平面控制网计算时投影高程的数据使用（见图1）。

图1　亭子口水利枢纽平面控制网

（2）亭子口水利枢纽大坝廊道水平位移采用引张线法、垂线法测量。

1）引张线法：在两固定点间以重锤和滑轮拉紧的铟钢丝作为基准线，定期测量观测点到基准线间的距离，以求定观测点水平位移量。

优点：这种方法所需设备简单，测量方便，速度快，精度高，成本低，可以在建筑物廊道内进行观测，不受气候影响。

不足：环境温湿度对仪器造成一定影响，需要经常性维护。

亭子口水利枢纽工程在大坝廊道EL353.0m 17号～36号坝段、EL460.0m 1号～20号坝段、EL460.0m 37号～50号坝段和EL465.0m 20号～36号坝段分别布置有四条引张线。

2）垂线法：以坝体或坝基的铅垂线作为基准线，通过测出沿垂线不同高程的测点相对于垂线固定点的水平投影距离，来求算出各测点的水平位移值。这种方法适用于各种形式的混凝土坝。上端固定于观测对象上部或顶部、下端用重锤张紧钢丝的，称为正垂线；下端固定于水工混凝土建筑物底部或基岩深处（视为相对不动点）、上端用浮体装置将钢丝张紧的，称为倒垂线。

亭子口水利枢纽在大坝基础廊道等各观测房内布置有9条倒垂线，在大坝EL352.0m、EL399.2m、EL428.0m、EL460.0m廊道观测房内布置有12条正垂线。在垂线观测中，正垂线所测得的是相对位移，倒垂线所测得的是绝对位移，通过倒垂线来获得正垂线最低点的绝对位移，然后将正垂线上的各观测点的相对位移转化为绝对位移。

优点：这种方法所需设备简单，不需精密的测量仪器，可以在建筑物廊道内进行观测。

不足：空气对流对线体会造成一定的扰动，影响测量精度。

2　垂直位移观测

对亭子口水利枢纽大坝垂直方向的位移变化采用两种方法进行监测，一种是水准测量法；另一种是静力水准法。

（1）水准测量法：是利用电子水准仪和水准尺从水准基点开始测量各点位高程，通过各点位高程变化求得其垂直位移的方法。

亭子口水利枢纽大坝上、下游采用附合水准的方法，以垂直位移基准网点LS01-1、LS02-1为起算点，进行一等水准测量。由于亭子口水利枢纽廊道的局限性，廊道的垂直位移监测网采用基础廊道里的基准点DS01BD31、DV01BD31（双金属标）为起算点，进行支水准测量，测量过程采取往返均上点的方法，计算往返差对测量数据进行检查（基准点高程采用固定值加上由于温度变化双金属标的变化值）。测量仪器采用徕卡DNA03电子水准仪（每公里往返测高差误差为±0.3～±0.4mm），可以显著提高工作效率。

亭子口水利枢纽垂直位移监测网由一座基准点LE01（双金属标），2个工作基点（LS01、LS02），7个垂直位移基准网点（LR01、LR02、LR03、LR04、LR05、LR06、LR07）组成，同时在原LR07、LR06、LS01、LR05以及LS02附近修建了新的水准点，其编号为LR07-1、LR06-1、LS01-1、LR05-1以及LS02-1，新建的水准点与原水准点联网统一测量，基准网点采用附合水准测量的方法按照一等水准测量的技术要求进行测量。高程网以双金属标点LE01-1（H=422.2603m）作为起算点进行平差计算。图2为水准网线路图。

图2　亭子口水利枢纽水准网线路图

（2）静力水准法：在建筑物内布置多个静力水准仪连成系统，并选一稳定不动的测点做为基准点，来观测各测点相对基准点的垂直位移（沉降量）。

亭子口水利枢纽工程在EL399.2m 15号～40号坝段、基础帷幕灌浆廊道EL352.0m 17号～36号坝段、封闭帷幕廊道EL352.0m 17号～36号坝段布置有3条静力水准线路，共计72个测点。采用固定设置的液体静力水准仪，根据起测基点的高程，通过连通管测得的高差，来引测标点的高程。根据亭子口水利枢纽廊道结构特点，应用固定设置的液体静力水准仪是合适的。

优点：该设备具有高精度、高稳定性、高可靠性、安装简便等特点，测量方法不受大气折光的影响，传感器很容易实现读数及传输的自动化，测量精度优于±0.1mm，在垂直位移监测中有着广泛的应用。

不足：温度的影响较大，不够稳定，而且各测点基本上要处于同一水平位置，高差测量范围较小。

3　测量过程中的误差来源

通过对亭子口水利枢纽近几年变形测量数据误差分析，测量误差有三个主要来源：1）测量仪器：一方面是由于每种仪器只具有一定限度的准确度；二是仪器本身的误差；2）观测者：由于观测者感觉器官的鉴别能力有限，所以在仪器的安置、照准、读数等方面都会产生误差。同时，观测者的技术水平和工作态度，也是对观测数据质量有直接影响的重要因素；3）外界条件：观测时所处的外界条件，如温度、湿度、风力、大气折光等因素和变化都会对观测数据直接产生影响。

随着现在仪器的逐渐进步以及观测方法的改进，观测者只要认真按照规程规范操作，与观测者有关的误差可以降至很小，而与外界相关误差如果能精确测定环境温度，气压及湿度，再避免在大气环境剧烈变化等不利环境下观测，与环境相关的误差同样可以降到可以接受的程度。当前，制约观测精度提高的瓶颈仍然是观测仪器自身的稳定性及精度。

[1]李悦.亭子口水利枢纽大坝变形观测布置[J].四川水利，2014（5）.

[2]李宗春，李广云.我国大坝变形监测技术现状与进展[J].测绘通报，2002（10）.

[3]韩太海.谈谈水库大坝外部变形的监测技术[J].中国科技信息，2011（15）.

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B

1672-5387（2016）11-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.014

2016-09-09

隋斌（1974-），男，高级工程师，从事大坝安全管理工作。