瑞麗江水電站變形監(jiān)測方案和精度分析

1、<p>　　瑞麗江水電站變形監(jiān)測方案和精度分析</p><p>　　摘要：本文主要介紹幾種常見測量儀器及觀測方法在緬甸瑞麗江一級水電站運行期間主體建筑物及滑坡體安全監(jiān)測中的應(yīng)用，以及誤差控制方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：測量控制網(wǎng)、工作基點、監(jiān)測點、水準測量、全站儀、GPS、觀測方法、測量精度、誤差控制 </p><p>　　Abstract: T

2、his paper describes several common measuring instruments and methods of observation in Myanmar the Shweli during operation of a hydropower station the safety of the main building and landslide monitoring, and error contr

3、ol method.Keywords: measurement and control network, working basis points, monitoring points, leveling, total stations, GPS, observation, measurement accuracy, error control </p><p>　　中圖分類號：TK01+2文獻標識碼：A 文章編

4、號：2095-2104（2012） </p><p><b>　　概述 </b></p><p>　　瑞麗江自南畹河口進入緬甸國境后，即由瑞麗盆地進入山區(qū)，江面突然變窄，河床變陡，江水流速加快，電站流域內(nèi)地貌以高山深谷為主。緬甸瑞麗江一級水電站位于緬甸北部撣邦境內(nèi)緊鄰中緬邊界的瑞麗江干流上。瑞麗江主體工程所處位置河段兩岸山坡陡峭，河床深切，水流湍急，植保良好。 <

5、;/p><p>　　緬甸瑞麗江一級水電站變形監(jiān)測項目分為內(nèi)部觀測和外部觀測兩部份。內(nèi)部觀測包括應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、收斂、裂縫、地下水位等傳感器觀測，所有傳感設(shè)備均已經(jīng)在建設(shè)期間埋設(shè)在建筑物內(nèi)部，觀測時只需在接口處用專門的儀表在接口處讀取數(shù)據(jù)即可。外部觀測主要為平面位移與沉降觀測，在電站施完成后在大壩兩岸邊坡、廠房后邊坡、廠區(qū)進場公路滑坡體埋設(shè)有大量監(jiān)測點，需要對監(jiān)測點每月進行一次觀測；在壩區(qū)和廠區(qū)監(jiān)測點周圍穩(wěn)定區(qū)域各埋

6、設(shè)一組控制網(wǎng)，控制網(wǎng)點包含水準基準點、水準工作基點、平面基準點、平面工作基點，控制網(wǎng)作為監(jiān)測點觀測的首級控制點和對位移進行判別的基礎(chǔ)需要每年復核一次，以確保監(jiān)測點的觀測數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。 </p><p>　　方案選擇和誤差來源 </p><p>　　高程傳遞方法主要有三角高程、水準高程、GPS高程、重力高程等幾種，工程上經(jīng)常采用三角高程和水準高程，三角高程大多用于精度要求不高的施工控

7、制測量，水準高程則用于精度要求較高的控制網(wǎng)，變形觀測控制網(wǎng)高程控制基本采用水準高程。水準高程可采用光學水準或電子水準方案，目前多數(shù)單位均采用電子水準方案，電子水準相對于光學水準的優(yōu)點是讀數(shù)快、自動計算、無需手工記錄。電子水準能加快水準測量速度，同時也避免了人為讀數(shù)誤差，在容易產(chǎn)生沉陷的軟土地段能快速通過，減小儀器和尺墊沉陷引起的誤差。 </p><p>　　較高等級水準測量時需要采用支架支撐水準尺、嚴格整平汽泡、

8、松軟土質(zhì)地段采用尺釘、嚴格控制前后視距差、往返測量分別在不同溫度條件下進行、限制水準尺最小讀數(shù)、縮小視距等措施，可有效提高觀測精度。 </p><p>　　平面控制網(wǎng)的精度主要與控制網(wǎng)形和觀測方法有關(guān)，因水電站選址的特殊性，控制網(wǎng)基本采用三角形連接而非導線連接，網(wǎng)形可優(yōu)化的空間比較小，提高控制網(wǎng)精度的辦法主要是選擇合適的觀測方案和合適的觀測儀器，通常采用GPS靜態(tài)測量或全站儀邊角測量方案，兩種方案均為成熟的技術(shù)方

9、案，在多數(shù)情況下可任選一種進行平面控制網(wǎng)的觀測，但兩種方案均有一定的局限性，特殊情況下需要根據(jù)外部環(huán)境選擇其中一種觀測方案。 </p><p>　　平面控制測量的誤差來源比較多，不論是采用GPS還是全站儀測量，對于變形監(jiān)測項目而言均應(yīng)采用強制對中方式安裝儀器或覘標，安置基坐時要嚴格整平，量取儀器高和覘標高時應(yīng)注意卷尺零點誤差并盡可能量取直高而非斜高，觀測過程中要盡量避免外部環(huán)境干擾。 </p>&l

10、t;p><b>　　高程控制測量 </b></p><p>　　水準測量是目前精度最高的高差測定方法，工作基點在有條件時應(yīng)當盡量采用水準測量的方法與水準點聯(lián)測，在通過河流或太陡的山坡時可采用三角高程傳遞。變形監(jiān)測點基本上都是布置在開挖后的高邊坡上，無法采用傳統(tǒng)的水準測量方法直接測定，監(jiān)測點一般采用三角高程方法從工作基點測定高程。少數(shù)處于廊道內(nèi)的監(jiān)測點可采用傳統(tǒng)的水準測量方法進行高程測量

11、。 </p><p>　　瑞麗江變形監(jiān)測項目在廠區(qū)和壩區(qū)遠離工程影響的區(qū)域分別埋設(shè)了三個水準基點，每年對三個水準基準點及監(jiān)測工作基點的高程穩(wěn)定性進行一次復測。首先對三個水準基點之間高差進行檢查，將三個基準點之間高差與初始測量值或上一期復測的測量值進行對比，排除產(chǎn)生沉降的基準點，如有基準點產(chǎn)生沉降則采取補救措施，重新埋設(shè)基準點并測定高程，確定未產(chǎn)生沉降的基準點可作為控制網(wǎng)計算的起算點，確定好起算點后再測量各工作基點

12、和水準基準點之間的各段高差。高程控制網(wǎng)采用電子水準測量方案，按二等水準要求施測，當各測段往返限差和水準環(huán)閉合差符合要求后進行水準網(wǎng)平差。在平面控制網(wǎng)測量時測定儀器高和覘標高，數(shù)據(jù)處理時可以得到各控制點的三角高程或GPS擬合高程，將三角高程或GPS擬合高程進行對比可以估算GPS擬合和三角高程的誤差范圍，在以后的測量過程中可以根據(jù)需要選擇合適的高程測量方式。 </p><p>　　表1 廠區(qū)水準網(wǎng)平差精度統(tǒng)計與GPS

13、高程擬合對照表 </p><p>　　表1是瑞麗江一級電站廠區(qū)控制網(wǎng)測量水準網(wǎng)平差結(jié)果和GPS靜態(tài)測量擬合高程對照表，水準平差和GPS高程擬合時均以Ⅲ20點作為起算點，水準網(wǎng)平差后點的高程精度在2mm以內(nèi)，可認為水準高程為準確值，從GPS網(wǎng)擬合高程與水準高程之間對比來看，兩者差異十分明顯，最大差值接近100mm，可以肯定GPS擬合高程誤差很大，筆者認為GPS擬合高程不能代替等級水準進行較高精度高程傳遞。 <

14、/p><p>　　表2 壩區(qū)水準網(wǎng)平差精度統(tǒng)計與三角高程對照表 </p><p>　　表2是瑞麗江一級電站壩區(qū)控制網(wǎng)測量水準網(wǎng)平差結(jié)果和三角高程平差結(jié)果對照，起算點均為Ⅲ1點，控制點水準高程精度在1mm左右，三角高程與水準高程最大差值約5mm，從對照表可以看出三角高程代替三等水準進行高程控制是完全可行的。在日常的施工控制網(wǎng)中三角高程的精度足以滿足使用要求，除部份對高差要求較高的安裝工程外可以用

15、三角高程代替水準測量進行高程傳遞。 </p><p><b>　　三、平面控制測量 </b></p><p>　　廠區(qū)邊坡及進場公路處于山體同一邊坡上，高差將近450m，公路由多個回頭彎組成，廠房與公路監(jiān)測點遍布不同高度的范圍，山體整體呈“凸”字形，加之樹木高大，各控制點之間相互通視困難，無法構(gòu)成傳統(tǒng)的邊角網(wǎng)，但可以做到每一個控制點都有另一個控制點與之通視，監(jiān)測點日常

16、觀測時全站儀只要有一個后視點定向即可，加之廠區(qū)控制點天頂方向視野比較開闊適合采用GPS測量，最終確定在廠區(qū)采用靜態(tài)GPS觀測方案。平面控制網(wǎng)觀測采用雙頻GPS接收機進行多時段全組合觀測，每個組合觀測2~4個時段，每個時段連續(xù)觀測2小時，基線解算前人工剔除少量信號質(zhì)量不好的數(shù)據(jù)，基線解算合格后按城市二等GPS網(wǎng)指標對重復基線、同步環(huán)和異步環(huán)限差進行檢查，檢查合格后進行網(wǎng)平差。為了避免約束平差時約束邊本身的誤差對觀測邊平差精度造成不利影響，

17、只對控制網(wǎng)進行無約束二維平差，采用一個已知點Ⅲ20坐標作為起算數(shù)據(jù)，平差完后再利用兩個已知點方向?qū)ζ讲畛晒M行坐標系旋轉(zhuǎn)，使平差成果坐標系與已知點坐標系保持一致。表3為廠區(qū)控制網(wǎng)GPS靜態(tài)測量平差后的的精度統(tǒng)計，平差后的點位誤差為2mm左右。 </p><p>　　表3 廠區(qū)GPS平面網(wǎng)平差精度統(tǒng)計表 </p><p>　　壩區(qū)變形監(jiān)測點分布于大壩兩岸邊坡上，故控制點也應(yīng)分布于兩岸，因壩區(qū)

18、地形狹窄、山體高大，兩岸邊坡均比較陡，不利于GPS信號的接收，如將工作基點全部布置在山頂則可以解決信號遮擋影響，但不利于日常對變形監(jiān)測點觀測。狹窄的兩岸地形導致兩岸控制點距離過短，GPS靜態(tài)測量很難提高精度，最終采用全站儀邊角測量方案。 </p><p>　　壩區(qū)邊角網(wǎng)采用全站儀自動觀測方案，觀測采用方向法9測回觀測，一次照準后同時測量斜距、水平角和垂直角，觀測開始與結(jié)束時觀測氣像元素，觀測完成后將斜距進行氣像改

19、正，然后計算平均高程投影面上的水平距離及高差，因測區(qū)范圍小不再進行邊長的高斯投影改正。經(jīng)概算外業(yè)數(shù)據(jù)合格后進行平差，平差時起算點為J01，以J01、J02方位角為起算方向，表3為平差后的精度統(tǒng)計，可看到控制點平差后點位誤差在2mm以內(nèi)。 </p><p>　　表4 壩區(qū)邊角網(wǎng)平差精度統(tǒng)計表 </p><p>　　通過廠區(qū)全站儀測量與壩區(qū)GPS測量的精度統(tǒng)計表可以看出兩種方案在平面控制網(wǎng)測量

20、中都能達到很高的精度，在沒有地形條件限制時平面控制網(wǎng)測量可以采用任一方案作業(yè)。當控制點之間通視困難或邊長較長時適合選用GPS靜態(tài)測量方案，控制點之間通視條件好且邊長較短時適合采取全站儀觀測。 </p><p><b>　　監(jiān)測點觀測 </b></p><p>　　監(jiān)測點觀測的精度要求相對于基準網(wǎng)要低，但是監(jiān)測點數(shù)量較多，觀測頻率也比基準網(wǎng)點高，監(jiān)測點測量占整個觀測項目

21、大部份工作量，因此需要采用測量速度快、比基準網(wǎng)觀測精度稍低的測量方法。目前監(jiān)測點測量一般采用全站儀正倒鏡測三維坐標，衛(wèi)星信號好的地方也可采用GPS RTK測定三維坐標，兩種方法測定坐標時根據(jù)精度要求對監(jiān)測點坐標進行單次或平均值測量，監(jiān)測點誤差大小主要與儀器精度、距離工作基點遠近、測量次數(shù)有關(guān)，基本可達到cm級甚至是mm級。除了全站儀和GPS RTK進行監(jiān)測點坐標采集方案，現(xiàn)階段有些項目已采用三維激光掃描儀對監(jiān)測區(qū)域表面進行數(shù)據(jù)采集，可對

22、地表或建筑物進行整體位移分析。也有些項目采用實時動態(tài)GPS對監(jiān)測點進行全天候不間斷監(jiān)測。兩種方法需要投入的成本比較高，目前采用這兩種方案的項目還不多。這兩種方案將是以后變形監(jiān)測手段的發(fā)展方向，隨著未來技術(shù)發(fā)展和制造成本降低，相信會有越來越多的項目運用這些新技術(shù)監(jiān)測方案。而攝影測量方法因為精度難以控制和內(nèi)業(yè)工作量較大，已很少在變形監(jiān)測項目中使用。 </p><p>　　瑞麗江一級水電站變形監(jiān)測點測量采用全站儀進行自

23、動觀測，在工作基點架設(shè)好全站儀后對邊坡上的多個監(jiān)測點進行重復測量，正常情況下對20個目標點進行4次正倒鏡測量所需時間在一小時左右。多年觀測數(shù)據(jù)表明廠房后邊坡、大壩兩岸邊坡無明顯位移，說明這些部位巖體很穩(wěn)定；廠區(qū)公路邊坡則存在很大沉降和平面位移，最大位移速度每月5cm以上，距初始觀測時總位移量達到3m多，產(chǎn)生位移的主要原因為公路邊坡的土質(zhì)為高嶺土及當?shù)爻渑娴慕涤炅浚硪粋€原因為周圍邊坡上有大量農(nóng)田，農(nóng)戶在水稻栽種期間對邊坡排放多余灌溉用水

24、引起邊坡地下水位升高，為穩(wěn)定公路邊坡業(yè)主方采取在公路邊坡上修建多處截溝和構(gòu)建多個排水孔降低地下水位，在采取這些措施后邊坡位移速度明顯下降。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　變形監(jiān)測控制網(wǎng)的精度要求因項目而異，當高程精度要求較高時應(yīng)當采用水準測量方式進行高程控制網(wǎng)的測量，精度要求不高時可以采用三角高程測量。平面控制網(wǎng)則需要根據(jù)通視條件、

25、網(wǎng)形、衛(wèi)星信號接收條件不同采用全站儀測量方式或GPS靜態(tài)測量方式進行觀測，兩種方式均滿足要求時可優(yōu)先采用GPS靜態(tài)測量方式，以降低對氣像條件要求和觀測人員的勞動強度。監(jiān)測點觀測可根據(jù)項目精度要求及自身技術(shù)設(shè)備情況選擇經(jīng)濟實用的觀測方案。我們在利用現(xiàn)有成熟技術(shù)方案完成項目的同時應(yīng)極積嘗試新技術(shù)、探索新的技術(shù)方案，以提高工作效率和擴大應(yīng)用范圍。 </p><p>　　由于本人學知有限，若本文內(nèi)容有何不妥之處，敬請各位

26、指正。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]工程測量規(guī)范GB50026-2007 </p><p>　　[2]國家一、二等水準測量規(guī)范GB12897-2006 </p><p>　　[3]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范 GB18314-2009 </p><p