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大坝工作基点实测数据结构分析及变形监测点的建立
曾振华1，王炎2
）（1.江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000；2.江西环境工程职业学院，江西赣州341000
[摘要]大坝位移监测是水电行业的一个重要领域，它关系到大坝安全和生产。笔者通过对赣南某水利枢纽工程大坝位移工作基点和水准基点的实测数据结构分析及变形监测点的建立；提出了大坝位移工作基点使用TCA1800全站仪进行监测的方法；并对"观测方法改变后，采用TCA1800全站仪测量的数据与之前采用T3经纬达到了全站仪进行监测的效仪测量数据基本一致，但经过平差处理后，所得最终成果相差较大"现象进行研究；果；解决了大坝位移监测工作基点和水准基点的实测数据结构分析及变形监测点建立的相关问题。
[关键词]大坝位移监测；工作基点；水准基点；结构分析[中图分类号]P258
[文献标识码]B
[文章编号]1007-3000（2010）02-3
赣南某水利枢纽工程于1953年兴建，1957年投入使用，集发电、防洪、航运、渔业、等综合效益于一体。该工程由拦河大坝、溢洪道、泄洪洞、坝内式厂房和过木栈道组成。自建成投产以来。安全运行52年。大坝原为千年设计、万年校核。1968年复核降为两级运用，即百年设计、千年校核。经1988年和1998年两次大坝安全定期检查，评定为正常坝。该水利枢纽工程自建成以来，一直有大坝位移工作基点和水准基点进行大坝位移监测。大坝左岸堆积层位于大坝左坝肩至上游300m范围内，高程介于150m至345m之间，与右岸泄洪隧洞隔水相对，面积约77000m，平均
2
计算得到水平位移和垂直位移。观测方法改变后，经过平差计算处理后，所得最终坐标成果相差较大。相关成果见以下各表。1.1
点位基本情况
表中的罗马字注记IIIⅢⅣⅤⅥ是坝区的工作校测基点，堆积层布置20个位移观测点，监测其水平和垂直位移。各测点测站及后视情况见表1和表2
表1堆积层水平角测点分组(2004年5月前用T3测量
仪器)
组别
一二三四五六
观测点-2、1、29、9、158、18、19、282、16、10、20、1123、24、2621、5、12、6、134、17、3、30
测站
ⅣⅤⅣⅤⅢⅤⅢⅤⅢⅤⅥⅤ
备注
1：基点Ⅴ为测站时，后视基点为Ⅳ；2：基点Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ为测站时，后视均为后视
基点Ⅴ。
总体积约100万m3，是一顺层斜坡的滑动厚度15m，
并伴有崩塌所形成的滑坡堆积层。地形大致由南向北西方向倾斜，倾角约30°。
拦河大坝为一坝内式厂房的钢筋混凝土重力坝，由十个坝段组成，中间五个坝段为溢洪洞，总长80米，坝顶高程202.5米，最大坝高67.5米，最大泄洪量每秒930立方米。大坝建在河流峡谷，两边山势较高，给大坝堆积层位移监测工作基点和水准基点的建立带来选址上的不便。1
堆积层相关观测成果初步分析
堆积层布置了20个位移观测点，监测其水平和垂直位移。采用独立坐标、国家黄海高程，首次观测于1963年5月完成，至2004年3月，均采用T3经纬仪前方交会法观测水平位移、四等水准观测垂直位移。2004年5月，购进TCA1800全站仪，在原前方交会测站半自动观测各位移观测点的水平角、边长、垂直角，
［收稿日期］［作者简介］
2009-01-08
堆积层水平角测点分组(2004年5月起改用TCA1800全站仪测量)表2
表2堆积层水平角测点分组(2004年5月起改用
TCA1800全站仪测量)
组别
一二三四
观测点测站备注-2、29、15、19、28ⅢⅤ1：基点Ⅴ为测站16、2、3、20、10、11、23ⅢⅤ时，后视基点为Ⅲ；
17、4、12、24ⅢⅤ2：基点Ⅲ为测站21、5、6、13ⅢⅤ时，后视基点为Ⅴ。
1.2水平位移分析
就平面位移而言，由于认为工作基点稳定可靠，
曾振华（1959—），男，江西吉安人，高级实验师，现主要从事大地测量仪器使用与教学研究。
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理论上边长观测应该是提高观测精度，不存在衔接的问题。但根据计算发现，
4个工作基点间的相对精度不高，特别是尺度根据计算公式表明，2004年3月前的计算将前方交会的观测角度与初始观测角度的秒值差，通过公式计算得到观测点在坝轴线坐标系统中的位移值。用前方交会计算公式，计算得到有记录以来各观测点的初始坐标和2004年3月22日角度观测值用前方交会计算公式计算得到各观测点的坐标(以上用T3经纬仪进行角度交会)及2004年5月27日(用TCA1800全站仪进行角度交会)计算三组坐标。2
2004年5月27日测站Ⅲ及测站Ⅴ坐标成果2004年5月27日开始，在测站Ⅲ及测站Ⅴ设站，直接测坐标，表2及为2004年5月27日测站Ⅲ及测站Ⅴ坐标成果。
点名测站Ⅲ坐标成果测站Ⅴ坐标成果X(m)Y(m)X(m)Y(m)-234.572648.498634.509048.50612993.1943
40.2166
93.129340.22351575.605255.32331929.495969.160029.432169.17142896.173163.547696.108663.55761796.652558.966896.585658.9757442.335270.978642.270170.98821287.819464.123587.754964.13282477.150743.771877.086243.78001689.832831.145389.766531.1594282.167695.947382.101995.9600357.857535.090957.793235.10252037.417822.687037.351422.69691034.964302.919634.899802.92981109.612731.686009.548931.69802304.094210.053804.030110.06512148.848534.002748.780134.0156517.470400.320517.404000.3338692.429140.711692.359740.726913
59.0913
06.3482
59.0253
06.3596
2004年5月27日测站Ⅲ及测站Ⅴ坐标成果坐标差比较
对2004年5月27日两测站坐标成果进行比较，Δx、Δy分别为Ⅴ的坐标X、Y减Ⅲ的坐标X、Y，从中可以发现，Δx、Δy中存在着系统性，计算Δx、Δy的平均值分别为-65.4mm；+10.9mm。
在坐标差中扣除Δx、Δy的平均值后，对点位观测精度进行分析，计算得到单站极坐标点位实测精度
为±1.88mm，说明两站平均后实测精度为±1.33mm。
注:vx=△x-[△x]/n;vy=△y-[△y]/n;v=姨xyM=
姨
2n
=±1.88mm3变形监测国家坐标控制点的建立
由于工作基点目前的相对关系较差，因此需要将这4个点组网进行一次高精度的测量，
确保相对精度能满足位移观测。在假设工作基点多年稳定的情况下，可以通过重新计算得到修正的水平位移值，这样才能使水平位移数据真正一致起来。再有坝区观测工作基点一直是独立坐标，从长远发展来看，坝区观测工作基点应该和国家坐标相联。基于上述考虑，今年初在坝区建立国家一等控制网，由于坝区地形特点，
坝区国家1等控制网布设成大地四边形。具体方案：1、
（21）坝区两边各布两个点，建立钢筋混凝土观测墩，中
心螺旋预埋；（2）在四个点位上同时用Trim－ble5700GPS两个时段各观测两个小时，内业用江西省测绘局CORS系统进行解算，得出1954年北京坐标、1980年西安坐标、2000年国家坐标；（3）大地四边形网再用TCA2003全站仪按一等三角网精度要求，进行边角观测。内业用平差程序进行解算，成果见表3
表3一等三角网精度表
点名误差cmEcmFcm误差方位角B0.160.160126.222325C0.210.180.11147.000081
D0000A
0.19
0.16
0.10
92.101267
方向观测（单位权）中误差M0=0.41秒；平均点位误差0.19厘米；最大点位误差0.21厘米；最小点位误差0.16厘米；平均方位角误差0.73秒；最大方位角误差1.21秒；
最小方位角误差0.50秒；平均相对精度1/310232；
最弱边精度1/248742.3、4
4坝区观测工作基点坐标边长的重新测定
由通过平差计算后得到的一等三角网的各点，通
过TCA2003全站仪用交会法测角、测边、直接测出各工作基点坐标，常用的工作基Ⅲ点和V点间边长直接用TCA2003全站仪测出，成果见下表：
表4
TCA2003全站仪Ⅲ点和V点两测站间边长比较表
（2009年5月9日
）测站镜站平距(m)测站镜站平距(m)VⅢ290.0439ⅢV290.0443VⅢ290.0443ⅢV290.0441VⅢ290.0445ⅢV290.0439V
Ⅲ
290.0437Ⅲ
V
290.0438单向平均290.0441
单向平均
290.0440
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表52004年5月27日TCA1800全站仪Ⅲ点和V点两
测站间测边成果
测站VVVV
镜站ⅢⅢⅢⅢ
平距(m)290.0418290.0423290.0418290.0417290.0419290.0418
测站ⅢⅢⅢⅢ
镜站VVVV
平距(m)290.0419290.0421290.0412290.0413290.0416289.9766
量数据基本一致，但经过平差处理后，所得最终成果
6
现象。我们建议可采用以下技术方案：（1）相差较大”
对使用的T3经纬仪和TCA1800全站仪进行检核，从而检校仪器；（2）对所有原始观测数据进行检查，从而可判断原始数据是否有误；（3）仪器视线应离开建筑物一定距离（防止由于热辐射而引起旁折光影响）；（4）对观测数据重新进行平差处理，从而可判断数据计算是否有误；（5）在以上分析的基础上对监测资料进行定量与定性分析；（6）根据以上各方面的实际情况采取相应的措施，使大坝左岸堆积层位移监测资料我们认为大坝位移监测使衔接起来。针对以上分析，
用TCA1800全站仪，或以上精度的全站仪较好，坝区监测，气象条件也是重要的，关键是要重视起来，确保大坝的安全和生产。致谢：本文的相关数据，来自生产一线，在这里一并向大家表示感谢！
单向平均往返平均
单向平均坐标反算
65.2mm
实测边长和坐标反算边长差
由以上两个表中的数据可以看出，全站仪测边两次的数据还是比较接近，由此可以看出T3经纬仪交会法测角，计算出坐标边长有误差6
测角前方交会法误差分析5
测角前方交会法测定观测点水平位移主要误差）、测角误差来源有如下四个方面：（1
前方交会时测角中误差是位移测定时误差的主要来源之一，测角精度除与仪器精度等级、测回数和作业人员的水平有关外，还与仪器的对中精度、觇牌的图案等因素有关。（2）、交会角及图形的影响（3）、交会基准线丈量精度的影响（4）、外界条件的影响在坝区前方交会中，应该特别注意旁折光的影响，一定要保证视线离开障碍物有一定距离并尽量选取有利的观测时间进行观测工作，这对提高交会精度有很大的实际意义。7
结束语
坝区位移监测是关系大坝平稳安全运行的重要工作，合理建立坝区观测工作基点，是坝区位移监测的关键。针对该水电厂“观测方法改变后，采用TCA1800全站仪测量的数据与之前采用T3经纬仪测
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Damworkstructuralanalysisofmeasureddatapointandthedeformation
oftheestablishmentofmonitoringpoints
ZENGZhen-hua1，WANGYan2
(1.ConstructionAndSurveyingEngineeringSchoolofJiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou,Jiangxi341000China；2.JiangXiEnvironmentalEngineeringVocationalCollege,Ganzhou,Jiangxi341000,China)Abstract：DamDisplacementMonitoringisanimportantareaofthehydropowerindustry,itisrelatedtodamsafetyandpro－duction.ByauthorGannandisplacementofawatercontroldamatthebaseandstandardoftheworkofthemeasureddatabasestructureanalysisanddeformationmonitoringpointsofthebuilding;putforwarddisplacementoftheworkofthedambasetomonitortheuseofTotalStationTCA1800methods;and"observationchangeinthemethodology,theuseofTCA1800totalsta－tionmeasurementdataandmeasurementdatabeforetheuseofT3theodolitebasicallythesame,butafteradjustmentprocess－ing,thefinaloutcomederivedfromalargerdifferencebetweenthe"phenomenonofthestudy;reachedatotalstationtomonitortheeffects;tosolvethedamdisplacementmonitoringpointandabenchmarkofthemeasureddatastructureanalysisandde－formationmonitoringpointssetuprelatedissues
Keywords：damdisplacementmonitoring；workingpoint；benchmarks；structuralanalysis