瑞麗江水電站變形監(jiān)測(cè)方案和精度分析

1、<p>　　瑞麗江水電站變形監(jiān)測(cè)方案和精度分析</p><p>　　摘要：本文主要介紹幾種常見(jiàn)測(cè)量?jī)x器及觀測(cè)方法在緬甸瑞麗江一級(jí)水電站運(yùn)行期間主體建筑物及滑坡體安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，以及誤差控制方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：測(cè)量控制網(wǎng)、工作基點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水準(zhǔn)測(cè)量、全站儀、GPS、觀測(cè)方法、測(cè)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(hào)：TK01+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編

4、號(hào)：2095-2104（2012） </p><p><b>　　概述 </b></p><p>　　瑞麗江自南畹河口進(jìn)入緬甸國(guó)境后，即由瑞麗盆地進(jìn)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(jí)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(jí)水電站變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為內(nèi)部觀測(cè)和外部觀測(cè)兩部份。內(nèi)部觀測(cè)包括應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、收斂、裂縫、地下水位等傳感器觀測(cè)，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(cè)時(shí)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(cè)主要為平面位移與沉降觀測(cè)，在電站施完成后在大壩兩岸邊坡、廠房后邊坡、廠區(qū)進(jìn)場(chǎng)公路滑坡體埋設(shè)有大量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月進(jìn)行一次觀測(cè)；在壩區(qū)和廠區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍穩(wěn)定區(qū)域各埋

6、設(shè)一組控制網(wǎng)，控制網(wǎng)點(diǎn)包含水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)、水準(zhǔn)工作基點(diǎn)、平面基準(zhǔn)點(diǎn)、平面工作基點(diǎn)，控制網(wǎng)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的首級(jí)控制點(diǎn)和對(duì)位移進(jìn)行判別的基礎(chǔ)需要每年復(fù)核一次，以確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。 </p><p>　　方案選擇和誤差來(lái)源 </p><p>　　高程傳遞方法主要有三角高程、水準(zhǔn)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(zhǔn)高程，三角高程大多用于精度要求不高的施工控

7、制測(cè)量，水準(zhǔn)高程則用于精度要求較高的控制網(wǎng)，變形觀測(cè)控制網(wǎng)高程控制基本采用水準(zhǔn)高程。水準(zhǔn)高程可采用光學(xué)水準(zhǔn)或電子水準(zhǔn)方案，目前多數(shù)單位均采用電子水準(zhǔn)方案，電子水準(zhǔn)相對(duì)于光學(xué)水準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)快、自動(dòng)計(jì)算、無(wú)需手工記錄。電子水準(zhǔn)能加快水準(zhǔn)測(cè)量速度，同時(shí)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(guò)，減小儀器和尺墊沉陷引起的誤差。 </p><p>　　較高等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)需要采用支架支撐水準(zhǔn)尺、嚴(yán)格整平汽泡、

8、松軟土質(zhì)地段采用尺釘、嚴(yán)格控制前后視距差、往返測(cè)量分別在不同溫度條件下進(jìn)行、限制水準(zhǔn)尺最小讀數(shù)、縮小視距等措施，可有效提高觀測(cè)精度。 </p><p>　　平面控制網(wǎng)的精度主要與控制網(wǎng)形和觀測(cè)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(dǎo)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(cè)方案和合適的觀測(cè)儀器，通常采用GPS靜態(tài)測(cè)量或全站儀邊角測(cè)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(jìn)行平面控制網(wǎng)的觀測(cè)，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(cè)方案。 </p><p>　　平面控制測(cè)量的誤差來(lái)源比較多，不論是采用GPS還是全站儀測(cè)量，對(duì)于變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目而言均應(yīng)采用強(qiáng)制對(duì)中方式安裝儀器或覘標(biāo)，安置基坐時(shí)要嚴(yán)格整平，量取儀器高和覘標(biāo)高時(shí)應(yīng)注意卷尺零點(diǎn)誤差并盡可能量取直高而非斜高，觀測(cè)過(guò)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(cè)量 </b></p><p>　　水準(zhǔn)測(cè)量是目前精度最高的高差測(cè)定方法，工作基點(diǎn)在有條件時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法與水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，在通過(guò)河流或太陡的山坡時(shí)可采用三角高程傳遞。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本上都是布置在開挖后的高邊坡上，無(wú)法采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法直接測(cè)定，監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般采用三角高程方法從工作基點(diǎn)測(cè)定高程。少數(shù)處于廊道內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行高程測(cè)量

11、。 </p><p>　　瑞麗江變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在廠區(qū)和壩區(qū)遠(yuǎn)離工程影響的區(qū)域分別埋設(shè)了三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，每年對(duì)三個(gè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)的高程穩(wěn)定性進(jìn)行一次復(fù)測(cè)。首先對(duì)三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)之間高差進(jìn)行檢查，將三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間高差與初始測(cè)量值或上一期復(fù)測(cè)的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，排除產(chǎn)生沉降的基準(zhǔn)點(diǎn)，如有基準(zhǔn)點(diǎn)產(chǎn)生沉降則采取補(bǔ)救措施，重新埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)并測(cè)定高程，確定未產(chǎn)生沉降的基準(zhǔn)點(diǎn)可作為控制網(wǎng)計(jì)算的起算點(diǎn)，確定好起算點(diǎn)后再測(cè)量各工作基點(diǎn)

12、和水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的各段高差。高程控制網(wǎng)采用電子水準(zhǔn)測(cè)量方案，按二等水準(zhǔn)要求施測(cè)，當(dāng)各測(cè)段往返限差和水準(zhǔn)環(huán)閉合差符合要求后進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)平差。在平面控制網(wǎng)測(cè)量時(shí)測(cè)定儀器高和覘標(biāo)高，數(shù)據(jù)處理時(shí)可以得到各控制點(diǎn)的三角高程或GPS擬合高程，將三角高程或GPS擬合高程進(jìn)行對(duì)比可以估算GPS擬合和三角高程的誤差范圍，在以后的測(cè)量過(guò)程中可以根據(jù)需要選擇合適的高程測(cè)量方式。 </p><p>　　表1 廠區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)與GPS

13、高程擬合對(duì)照表 </p><p>　　表1是瑞麗江一級(jí)電站廠區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量水準(zhǔn)網(wǎng)平差結(jié)果和GPS靜態(tài)測(cè)量擬合高程對(duì)照表，水準(zhǔn)平差和GPS高程擬合時(shí)均以Ⅲ20點(diǎn)作為起算點(diǎn)，水準(zhǔn)網(wǎng)平差后點(diǎn)的高程精度在2mm以內(nèi)，可認(rèn)為水準(zhǔn)高程為準(zhǔn)確值，從GPS網(wǎng)擬合高程與水準(zhǔn)高程之間對(duì)比來(lái)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(rèn)為GPS擬合高程不能代替等級(jí)水準(zhǔn)進(jìn)行較高精度高程傳遞。 <

14、/p><p>　　表2 壩區(qū)水準(zhǔn)網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)與三角高程對(duì)照表 </p><p>　　表2是瑞麗江一級(jí)電站壩區(qū)控制網(wǎng)測(cè)量水準(zhǔn)網(wǎng)平差結(jié)果和三角高程平差結(jié)果對(duì)照，起算點(diǎn)均為Ⅲ1點(diǎn)，控制點(diǎn)水準(zhǔn)高程精度在1mm左右，三角高程與水準(zhǔn)高程最大差值約5mm，從對(duì)照表可以看出三角高程代替三等水準(zhǔn)進(jìn)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(duì)高差要求較高的安裝工程外可以用

15、三角高程代替水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行高程傳遞。 </p><p><b>　　三、平面控制測(cè)量 </b></p><p>　　廠區(qū)邊坡及進(jìn)場(chǎng)公路處于山體同一邊坡上，高差將近450m，公路由多個(gè)回頭彎組成，廠房與公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(diǎn)之間相互通視困難，無(wú)法構(gòu)成傳統(tǒng)的邊角網(wǎng)，但可以做到每一個(gè)控制點(diǎn)都有另一個(gè)控制點(diǎn)與之通視，監(jiān)測(cè)點(diǎn)日常

16、觀測(cè)時(shí)全站儀只要有一個(gè)后視點(diǎn)定向即可，加之廠區(qū)控制點(diǎn)天頂方向視野比較開闊適合采用GPS測(cè)量，最終確定在廠區(qū)采用靜態(tài)GPS觀測(cè)方案。平面控制網(wǎng)觀測(cè)采用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行多時(shí)段全組合觀測(cè)，每個(gè)組合觀測(cè)2~4個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段連續(xù)觀測(cè)2小時(shí)，基線解算前人工剔除少量信號(hào)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(biāo)對(duì)重復(fù)基線、同步環(huán)和異步環(huán)限差進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)行網(wǎng)平差。為了避免約束平差時(shí)約束邊本身的誤差對(duì)觀測(cè)邊平差精度造成不利影響，

17、只對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行無(wú)約束二維平差，采用一個(gè)已知點(diǎn)Ⅲ20坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)，平差完后再利用兩個(gè)已知點(diǎn)方向?qū)ζ讲畛晒M(jìn)行坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，使平差成果坐標(biāo)系與已知點(diǎn)坐標(biāo)系保持一致。表3為廠區(qū)控制網(wǎng)GPS靜態(tài)測(cè)量平差后的的精度統(tǒng)計(jì)，平差后的點(diǎn)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(jì)表 </p><p>　　壩區(qū)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布于大壩兩岸邊坡上，故控制點(diǎn)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(hào)的接收，如將工作基點(diǎn)全部布置在山頂則可以解決信號(hào)遮擋影響，但不利于日常對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。狹窄的兩岸地形導(dǎo)致兩岸控制點(diǎn)距離過(guò)短，GPS靜態(tài)測(cè)量很難提高精度，最終采用全站儀邊角測(cè)量方案。 </p><p>　　壩區(qū)邊角網(wǎng)采用全站儀自動(dòng)觀測(cè)方案，觀測(cè)采用方向法9測(cè)回觀測(cè)，一次照準(zhǔn)后同時(shí)測(cè)量斜距、水平角和垂直角，觀測(cè)開始與結(jié)束時(shí)觀測(cè)氣像元素，觀測(cè)完成后將斜距進(jìn)行氣像改

19、正，然后計(jì)算平均高程投影面上的水平距離及高差，因測(cè)區(qū)范圍小不再進(jìn)行邊長(zhǎng)的高斯投影改正。經(jīng)概算外業(yè)數(shù)據(jù)合格后進(jìn)行平差，平差時(shí)起算點(diǎn)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(jì)，可看到控制點(diǎn)平差后點(diǎn)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(jì)表 </p><p>　　通過(guò)廠區(qū)全站儀測(cè)量與壩區(qū)GPS測(cè)量的精度統(tǒng)計(jì)表可以看出兩種方案在平面控制網(wǎng)測(cè)量

20、中都能達(dá)到很高的精度，在沒(méi)有地形條件限制時(shí)平面控制網(wǎng)測(cè)量可以采用任一方案作業(yè)。當(dāng)控制點(diǎn)之間通視困難或邊長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)適合選用GPS靜態(tài)測(cè)量方案，控制點(diǎn)之間通視條件好且邊長(zhǎng)較短時(shí)適合采取全站儀觀測(cè)。 </p><p><b>　　監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè) </b></p><p>　　監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的精度要求相對(duì)于基準(zhǔn)網(wǎng)要低，但是監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多，觀測(cè)頻率也比基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)高，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量占整個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目

21、大部份工作量，因此需要采用測(cè)量速度快、比基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)精度稍低的測(cè)量方法。目前監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量一般采用全站儀正倒鏡測(cè)三維坐標(biāo)，衛(wèi)星信號(hào)好的地方也可采用GPS RTK測(cè)定三維坐標(biāo)，兩種方法測(cè)定坐標(biāo)時(shí)根據(jù)精度要求對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行單次或平均值測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)誤差大小主要與儀器精度、距離工作基點(diǎn)遠(yuǎn)近、測(cè)量次數(shù)有關(guān)，基本可達(dá)到cm級(jí)甚至是mm級(jí)。除了全站儀和GPS RTK進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)采集方案，現(xiàn)階段有些項(xiàng)目已采用三維激光掃描儀對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域表面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可對(duì)

22、地表或建筑物進(jìn)行整體位移分析。也有些項(xiàng)目采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全天候不間斷監(jiān)測(cè)。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(xiàng)目還不多。這兩種方案將是以后變形監(jiān)測(cè)手段的發(fā)展方向，隨著未來(lái)技術(shù)發(fā)展和制造成本降低，相信會(huì)有越來(lái)越多的項(xiàng)目運(yùn)用這些新技術(shù)監(jiān)測(cè)方案。而攝影測(cè)量方法因?yàn)榫入y以控制和內(nèi)業(yè)工作量較大，已很少在變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中使用。 </p><p>　　瑞麗江一級(jí)水電站變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量采用全站儀進(jìn)行自

23、動(dòng)觀測(cè)，在工作基點(diǎn)架設(shè)好全站儀后對(duì)邊坡上的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，正常情況下對(duì)20個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行4次正倒鏡測(cè)量所需時(shí)間在一小時(shí)左右。多年觀測(cè)數(shù)據(jù)表明廠房后邊坡、大壩兩岸邊坡無(wú)明顯位移，說(shuō)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(cè)時(shí)總位移量達(dá)到3m多，產(chǎn)生位移的主要原因?yàn)楣愤吰碌耐临|(zhì)為高嶺土及當(dāng)?shù)爻渑娴慕涤炅?，另一個(gè)原因?yàn)橹車吰律嫌写罅哭r(nóng)田，農(nóng)戶在水稻栽種期間對(duì)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(gè)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(yǔ) </b></p><p>　　變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的精度要求因項(xiàng)目而異，當(dāng)高程精度要求較高時(shí)應(yīng)當(dāng)采用水準(zhǔn)測(cè)量方式進(jìn)行高程控制網(wǎng)的測(cè)量，精度要求不高時(shí)可以采用三角高程測(cè)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(hào)接收條件不同采用全站儀測(cè)量方式或GPS靜態(tài)測(cè)量方式進(jìn)行觀測(cè)，兩種方式均滿足要求時(shí)可優(yōu)先采用GPS靜態(tài)測(cè)量方式，以降低對(duì)氣像條件要求和觀測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)可根據(jù)項(xiàng)目精度要求及自身技術(shù)設(shè)備情況選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的觀測(cè)方案。我們?cè)诶矛F(xiàn)有成熟技術(shù)方案完成項(xiàng)目的同時(shí)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(kuò)大應(yīng)用范圍。 </p><p>　　由于本人學(xué)知有限，若本文內(nèi)容有何不妥之處，敬請(qǐng)各位

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