[水利工程管理]小浪底水利枢纽外部变形观测

1、（水利工程）小浪底水利枢纽外部变形观测II20XX年XX月多年的企业咨询顾问经验，经过实战验证以落地执行的卓越畫理方盘 值得您下戟拥有小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网王海滨（黄委会勘测规划设计研究院测绘总队475002）【摘要】本文简述了小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网的布 设方案,分别叙述了为取得基准值连续进行的俩次观测和为验证控制网 点的稳定性先后进行的俩次复测，以及为确保成果精度和可靠性、可比 性所采取的措施,最后用数理统计中的F检验方法对控制网点的稳定性 作了简要分析。壹、概述小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网（以下简称首级水平控制 网）由黄委会勘测规划设计研究院

2、测绘总队负责设计、造埋和观测工作， 自1991年9月开始投入此项工作于1992年上半年完成设计工作,1993 年上半年完成了造埋工作，1994年9月至11月为取得基准值连续进行 了俩次观测。为验证首级水平控制网点的稳定性,1996年12月至1997 年1月进行了第壹次复测,1997年10月至11月进行了第二次复测。二、首级水平控制网的设计1 首级水平控制网的布网方案设计小浪底首级水平控制网，是该项工程水平位移监测的基础和依据，其作 用是为整个工程的外部变形监测提供壹定数量的平面基准点，作为测量 水平绝对位移的参照基准。而平面基准点选设的稳定性和测量成果的精 确性，将直接决定整个水平外部变形监测

3、系统是否能监测出在各种应力 作用下各建筑物可能出现的最小变形值,以确保整个工程的安全运营。选设首级水平控制网,主要应考虑控制网点的稳定性和控制网的高精度。 从控制网的精确性、可靠性、经济性、可检测性4个方面出发，结合小 浪底水利枢纽工程地质条件复杂、工程建筑物多、工程量大且布置范围 广的特点，对最初提出的多个布设方案进行了优化设计，最后决定,首 级水平控制网分主体建筑物区和滑坡体区分别布设。其中，主体建筑物 区首级水平控制网由固1、固2、固3、固4组成边角全测的大地四边形 （见图1）；滑波体区首级水平控制网由HG01、HG02、HG03组成边角 全测的完全三角形（见图2）。2. 首级水平控制网

4、观测方案设计首级水平控制网均按壹等边角网观测，精度指标为：测角中误差：0.7测边中误差：(0.2mm+0.6xl0-6D) 天顶距观测中误差：1.0具体观测技术要求为，水平角采用方向观测法,用T3000(0.5)电子经纬 仪观测24测回，且在俩个之上时间段完成，各时段测回数之差不应大于 2测回。边长观测采用方向观测法，用ME5000激光测距仪(0.2mm+0.2xl0-6D)观测4测回,每条边对向观测,且在俩个时 间段内完成。天顶距观测采用中丝法每边用T3000电子经纬仪对向观测 9测回。图1主体建筑物区控制网图图2滑坡体区控制网图三、基准值的取得 首级水平控制网首次观测为取得基准值,于199

5、4年9月至11月连续进 行了俩次观测(表1 ,表2)。表1第壹次观测成果(平差后)测边中误差(0.15mm+0.15xl0-6D)最大点位误差Ms= 1.06mm最弱边边长相对中误差1/557万表2第二次观测成果（平差后）测角中误差M = 0.68测边中误差 (0.19mm+0.19 x 10-6D)最大点位误差Ms= 1.39mm最弱边边长相对中误差1/509万经过对上述成果分析比较,得出下列数据方向观测值较差：Aamax二0.5, Aa允二+1.4边长观测值较差：ADmax=1.3mm , AD允二2.24mm点位较差：ASmax=1.4mm , AS 允二 3.5mm经验证,上述俩次观测

6、成果均能满足设计精度要求。为提高基准值的精度，将俩次观测值迭加壹起进行联合平差，方向、边 长均取俩次观测的加权平均值（表3）。表3联合平差成果测角中误差M二0.52测边中误差(0.20mm+0.20xl0-6D)最大点位误差Ms= 1.51mm最弱边边长相对中误差1/348万最后，主体建筑物区首级水平控制网各点的坐标取用俩次观测值的联合 平差成果,滑坡体区首级水平控制网各点的坐标取用俩次观测平差结果 的平均值。四、首级水平控制网的复测为监测各平面基准点的稳定性，于1996年12月至1997年1月进行了 第壹次复测，于1997年10月至11月又进行了第二次复测,复测结果 如表4、表5所Tjx。表

7、4第壹次复测成果（平差后）测角中误差M 二 0.40测边中误差 (0.13mm+0.13 xlO-6D)最大点位误差Ms= 1.70mm最弱边边长相对中误差1/705万表5第二次复测成果（平差后）测角中误差M 二 0.25,测边中误差(0.12mm+0.12xl0-6D)最大点位误差Ms= 0.64mm最弱边边长相对中误差1/374 万五、确保成果质量的措施1. 为达到各基准点稳定的要求，之上7个平面基准点均设置为基岩标。2. 为了减小仪器和觇牌的安置误差,在观测墩顶面设置了强制对中设备。3. 为了保证基准点的安全,在观测墩的外部加设了保护钢管,在观测墩的 顶部加设了钢质专用保护帽。4为预防观

8、测墩受阳光直射产生扭曲变形,影响平面测量的精度,建造了 保护房或遮阳亭。5在观测中,为提高观测精度，均采取了许多相应措施，如：在ME5000 测距中，为减小气象元素的测定误差,我们规定，温度计应尽量悬挂在 和仪器同高且通风的观测棚口，且不让阳光直射,湿度计加水时，为消 除水源的影响，应提前lOmin加水且通风,读数时要平视。另外，为减 小外界温度和仪器内部温度不壹致所引起的测量误差，我们规定，观测 时应提前30min把仪器置于测站附近阴凉处。6为减小首级水平控制网边长投影时长度变形，主体建筑物区控制网边长 投影至小浪底工区平均高程面（200m面）。7.为增加成果的可比性,每次观测所采用的仪器、

9、设备、观测方法及观测 精度指标均相同,平差计算方法相同。&为保证边长的改平精度，技术设计阶段对各边所需的高差精度进行了估 算,且依此对各平面基准点的高程进行了相应等级的水准联测,斜距改 平时采用已知高程时的改平模式,且顾及了仪器高和棱镜高。每次复测 斜距改平时，经检测各基准点的高程的变化量在限差范围内。为增加成 果的可比性，第壹、第二次复测斜距改平所用各基准点高程仍采用基准 值观测斜距改平时所用高程。六、首级水平控制网稳定性分析1 各期观测秩亏自由网平差结果由于我们事先无法预知哪些点是稳定的，因此，讨论水平基准点的稳定 性，应采用秩亏自由网平差方法处理。为使各期观测成果具有可比性, 平差时，各

10、期网点近似坐标均采用同壹数据，平差计算结果见表6、表7。表6各期观测秩亏自由网平差结果/mm点 名测次固1固2固3固4HG01HG02HG03XYXYXYXYXYXYXY首次23.020.842.563.652.333.285.033.039.655.487.884.519.144.1复123.321.744.662.251.333.483.533.239.356.488.384.218.943.4复222.221.746.463.851.331.883.033.239.555.588.084.519.044.0表7各期复测各点位移量统计表/mm占 / 名 测 次固1古2固3固4HG01HG0

11、2HG03AXAYAXAYAXAYAXAYAXAYAXAYAXAY复1+0.3+0.9+2.1-1.4-1.0+0.2-1.5+0.2-0.3+ 1.0+0.5-03-0.2-0.7复2-0.8+0.9+3.9+0.2-1.0-1.4-2.0+0.2-0.1+0.1+0.20.0-0.1-0.12 首级水平控制网稳定性检验从表7可见出,滑坡体区水平基准网点HG01、HG02、HG03位移量较 小，另外，从实际情况知道，3个基准点均在大坝上游5km之上，在施 工沉陷区以外,可判定为无位移现象。这3个基准点目前是稳定的。主体建筑物区水平基准网点位移量较大，为弄清这些差值是观测过程中 测量误差带入的

12、，仍是水平基准网点本身的变形所致，下面用F检验方 法来验证主体建筑物区首级水平控制网点的稳定性。设俩期成果的坐标差矩阵为d二Xi-X。其中：由坐标差可按下式计算单位权方差：式中，Pd二Q（Qd为控制网点未知坐标的协因数矩阵），f为独立的d的 个数。另外由于俩期观测采用同样的仪器和方法，且网形不变，由观测值的改 正数计算单位权方差的公式如下：作统计量选取置信水平,以第壹自由度f和第二自由度2（n-）为参数，从F分布 表中查得分位值Fa。若FFa ,则控制网中存在动点；否则各控制网点均 无显著位移。本网中第壹自由度f二8 ,第二自由度2（n-r）=18，选取a二0.05 ,计算及 查表结果见表8。

13、表8主体建筑物区首级水平控制网点稳定性检验项目测次02M2FF检验结果复1首次1.0520.6291.672.51FFa由表8检验结果可知,第2次复测时,主体建筑物区首级水平控制网中 存在有动点。现剔除位移量较犬的固2点,重新对第2次复测和首次观测作F检验, 计算得21.14。此时以第壹自由度f=6f第二自由度2(n-r) = 18 f选 取a = 0.05查表得分位值Fa = 2.66 , FFa ,则网中不再存在有动点。七、结论和建议根据之上检验分析，固2有明显位移现象,变形方向为向北位移。从实 际情况知，固2由于受4号公路开挖岩体卸荷及山体滑坡的影响，基础 岩体亦随之下滑，滑坡方向为西北方向，这和F检验分析得出的结论基 本吻合，因此，可判定固2有明显位移。主体建筑物区其余三个固定点以及滑坡体区三个固定点可判定为是稳定 占/WXO根据我们的工作经验特提以下俩点建议：1. 小浪底水利枢纽外部变形观测