丰满大坝重建工程施工期坝区垂直位移监测及资料分析

李作光

（丰满发电厂 ， 吉林省吉林市 132108）

0 引言

丰满大坝重建工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、城市及工业供水、生态环境保护、水产养殖和旅游等综合利用，供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。水库正常蓄水位263.50m，汛限水位260.50m，死水位242.00m，校核洪水位268.50m，水库总库容103.77亿m3。

枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝+坝身泄洪系统+泄洪兼导流洞+坝后式引水发电系统+利用的原三期电站组成。新建大坝坝轴线位于原丰满大坝坝轴线下游120m。

新建大坝由左岸挡水坝段、溢流坝段、厂房坝段及右岸挡水坝段组成，共分56个坝段，坝顶高程269.50m，最大坝高94.50m，坝顶全长1068m。溢流坝段布置于主河床， 其上布置9孔开敞式溢流堰。厂房坝段布置于主河床偏右岸，布置6孔坝式发电引水进水口。6台水轮发电机组布置于右岸坝后厂房内。

丰满大坝坝区精密水准网始建于1963年，水准网的范围为6km，编号从BM0至BM8，每套基点组都有3个呈三角形分布的基点。为了分析研究丰满大坝重建工程施工期坝区垂直位移的变化情况，2016年开始对其进行加密监测工作。通过加密监测及资料分析能够进一步了解坝区垂直位移变化规律，掌握新大坝的施工对老坝的影响情况，以保证施工期老坝的安全运行。

1 国内外研究现状

由于丰满大坝重建工程在下游120m建新坝在国内外尚属首例，国内外没有类似的工程实践经验，监测施工期坝区垂直位移变化情况的研究尤为重要，所以施工期对其进行了加密监测工作。通过加密监测及资料分析能够进一步了解坝区垂直位移变化规律，掌握新大坝的施工对老坝的影响情况，为保证大坝重建工程施工期内坝区范围的安全提供可靠的数据支持。同时也为国内外相近工程提供工程实践经验。

2 监测工作的实施

对丰满坝区水准网的工作基点进行复测，依照水准监测路线施测一等水准，以获取水准网24座水准工作基点的最新高程值，同历次复测结果进行对比分析，得出新坝的施工对坝区垂直位移的影响。并对各水准点的稳定性进行分析评价。

大坝坝区水准网是以水准点BM0-1、BM0-2和BM0-3为基准点组，采用BM0-1作为起测基准。本次水准网复测通过对基准点组的校测检查及成果分析，以BM0-1作为高程起算基准，以该水准点高程239.70922m为高程起算值。水准路线图见图1。

3 平差计算

3.1 外业高差概略高程

在外业监测完成后，统计出外业高差与概略高程，并进行水准标尺长度改正、正常水准面不平行改正、重力异常和固体潮改正。

3.2 内业成果检验 [2, 4, 7]

进行往返测不符值检验、每千米水准测量的偶然中误差检验、水准环闭合差检验。

（2）大坝坝区水准网共有测段数26段，通过计算每千米高差偶然中误差M∆=±0.43mm，满足《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）规定的M∆≤±0.45mm的要求。

（3）大坝坝区水准网共包括7个闭合环，通过各测段高差（测段高差已加入标尺长度误差的改正）分别计算各闭合环的环闭合差。通过计算，各水准闭合环的环闭合差均小于限差（限差为；其中：F为环线长度，km），满足规范要求。

3.3 水准网平差计算 [3, 4]

各项成果检验合格后，进行水准网的平差计算。已知点高程采用BM0-1水准基点的高程（H=239.70922m）作为起算高程，采用间接平差方法进行计算，按距离定权进行平差。软件计算过程中，各测段的往返测高差自动加入了环闭合差改正。最终得出各水准点平差后的高程。平差后各水准点的高程及高程中误差见表1。

表 1 平差后各水准点高程及高程中误差Table 1 Errors in the elevation and elevation of each standard point after leveling

续表

4 各水准工作基点垂直位移及稳定性分析[1][3][5][6]

将历年水准网下各水准点高程值（新建基点除外）及历年垂直位移（以1975年第一次测量高程值作为基准值）进行比较，通过各水准基点的垂直位移量（下沉为正，上升为负）对水准基点的稳定性进行分析。统计出水准网各水准基点历年高程值和各水准基点历年垂直位移值，并对监测次数多于四次的BM0-2、BM0-3、BM7、BM2-2原、BM4、J1、J2、BM8-1、BM8-2和BM8-3共10个点进行各点历年垂直方向变化量趋势线图的绘制，见图2～图5，各点位于0值均线上方的值，代表抬升，位于0值均线下方的值代表沉降。

通过图2～图5可以看出：

（1）大坝坝区水准网基点组BM0-1～BM0-3，其中BM0-2和BM0-3两点，本次测量高程值与基准值分别相差0.23mm、0.12mm，通过这三点之间两两高差检核，并结合趋势线图的结论：此两点历年振幅均小于0.5mm，且变幅很小。说明原点组受水库水位及外界影响较小，点位稳定，可以作为整个水准网的起算基准。

图2 坝区精密水准网工作基点BM0-2、BM0-2垂直位移过程线Figure 2 Vertical displacement process lines of BM0-2 and BM0-2 base points of work of precision horizontal network in dam area

图3 坝区精密水准网工作基点J1、J2垂直位移过程线Figure 3 Vertical displacement process lines of J1 and J2 base points of work of precision horizontal network in dam area

（2）BM4、BM7、BM2-2（原）三点本次测量高程值与基准值分别相差1.30mm、-0.93mm、2.22mm。通过趋势线图可以看出，BM4和BM7基本沿0值均线上下小幅震动，说明此两点点位基本稳定，各期监测误差导致点位坐标值变化；从1992年以后的数据来看，BM2-2（原）大约有2mm左右的沉降量，且沉降值基本稳定，这说明此点相较于建立之初，有一定的沉降，但目前点位已趋于稳定。

（3）J1、J2、BM8-1、BM8-2、BM8-3五点均为2012年建造，本次测量高程值与基准值（2012年监测值）分别相差 -0.45mm、0.5mm、-0.71mm、-0.44mm、-0.39mm。从趋势线图来看，此5点除在2014年点位有异常抬升外，其余年份坐标值变化量值，基本和一等水准点位精度匹配，说明此5点基本稳定。由于建造时间较晚，监测次数较少，无法判断此5点的变形规律。

图4 坝区精密水准网工作基点BM2-2原、BM4、BM7垂直位移过程线Figure 4 Vertical displacement process lines of BM2-2， BM4 and BM7 base point of work of precision horizontal network in dam area

图5 坝区精密水准网工作基点BM8-1、BM8-2、BM8-3垂直位移过程线Figure 5 Vertical displacement process lines of BM8-1、BM8-2、BM8-3 for precision level network in dam area

（4）2016年新建的12座水准点，BM1-1（新）、BM1-2（新）、BM1-3（新）、J3（新）、J4（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM3-2（新）、BM3-3（新） BM4-1（新）、BM4-2（新），因只有两期监测数据，故未绘制趋势线图。与2016年的初始监测值比较，J3（新）、J5（新）、BM2-1（新）、BM3-1（新）、BM4-1（新）、BM4-2（新）均产生了一定的沉降，沉降量分别为1.75mm、9.53mm、3.03mm、3.29mm、1.90mm、1.82mm，由于2016年建造水准点和初始监测之间间隔不到一个月，产生一定的沉降量属正常现象。其余6点垂直方向变化量在按两期水准精度统计的限差内，且变化量较小，这说明此6点基本稳定。

（5）通过本次水准网复测，2016年新建的水准点中，部分标点存在大小不等的沉降，但大坝原有水准点点位基本稳定。

（6） 通过以上分析可知，丰满大坝重建工程施工期坝区垂直位移变化不大，未发现危及大坝安全的异常现象。

5 结束语

（1） 本次大坝坝区水准网复测经过对各项指标的检验，外业监测及数据整理全部合格，各项精度指标均优于《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）相应限差的要求，说明外业监测质量良好。

（2） 2016年新埋设的水准点中，部分点尚未完全稳定。建议新坝施工期内每年进行1～2次大坝坝区水准网进行复测，进一步了解新坝施工对水准工作基点垂直位移的影响，及时掌握施工期工作基点的变化规律，为新大坝的施工期内坝区的安全提供保障。