探讨大坝坝体变形监测的技术方法

探讨大坝坝体变形监测的技术方法

发表时间：2020-04-14T01:59:35.586Z 来源：《建筑细部》2019年第21期作者：吴康翔[导读] 通过介绍大坝坝体变形监测的传统测量技术方法和ＧＮＳＳ测量技术方法，说明不同方法的特性和得到大坝坝体变形点坐标数据的过程。以ＧＮＳＳ测量技术方法为例，叙述了某大坝坝体变形监测的周期和采用的具体技术手段，对大坝坝体变形点的坐标数据进行了分析，得到某大坝坝体的变形状态。

吴康翔

深圳市深水水务咨询有限公司 518000

摘要：通过介绍大坝坝体变形监测的传统测量技术方法和ＧＮＳＳ测量技术方法，说明不同方法的特性和得到大坝坝体变形点坐标数据的过程。以ＧＮＳＳ测量技术方法为例，叙述了某大坝坝体变形监测的周期和采用的具体技术手段，对大坝坝体变形点的坐标数据进行了分析，得到某大坝坝体的变形状态。大坝坝体在建设和运营过程中，由于种种不利因素的影响，使得大坝坝体的质量问题受到威胁。为了及时得到大坝坝体的安全现状，需要采用科学的技术手段，对其进行变形监测。通过对变形数据的监测和分析，得出大坝坝体的水平位移量和垂直位移量，来预测大坝坝体的变形趋势，为管理者提供决策依据。从GPS在水库大坝变形监测中的应用特点入手，对其应用特点作了细致的梳理和阐述。接下来，特别地对于GPS技术在大坝变形监测中的精度影响因素作了具体分析。最后，分步骤详细阐述GPS技术在水库大坝监测领域的具体实施方法，并且对GPS技术的未来的发展和趋势。

关键词：大坝变形监测；位移量；监测点

大坝是一种特殊建筑物，其特殊性主要表现在如下3个方面：1．投资及效益的巨大和失事后造成灾难的严重性；2．结构、边界条件及运行环境的复杂性；3．设计、施工、运行维护的经验性、不确定性和涉及内容的广泛性。

以上特殊性说明了要准确了解大坝工作性态，只能通过大坝安全监测来实现，同时也说明了大坝安全监测的重要性。

随着科学技术的发展、管理水平的提高及人们观念的转变，大坝安全监测的内涵也进一步加深。大坝安全监测重在评价大坝安全，还有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况作用。大坝安全监测的浅层意义是为了人们准确掌握大坝性态；深层意义则是为了更好地发挥工程效益、节约工程投资。大坝安全监测不仅为了被监测坝的安全评估，还有利于为今后除险加固工程设计提供原型观测资料。

一、大坝坝体变形监测的技术方法

1.1传统的测量技术方法

在大坝坝体变形监测传统的测量技术方法中，先是在坝体的主轴线周围选择基准点和变形点，共同构成监测点，然后将监测点布设成边角网，借助全站仪周期性观测边角网中的角度和距离，推算变形点的平面坐标，分析出变形点位的水平位移量数值；通过精密水准测量的手段周期性观测大坝变形点，计算出变形点位的垂直位移量数值。根据水平位移量和垂直位移量的大小，最后判断大坝坝体的变形情况。

如图１所示的大坝坝体变形监测边角网，其中Ｋ0１、Ｋ0２、Ｋ0３、Ｋ0４、Ｋ0５为基准点，Ｂ0１、Ｂ0２、Ｂ0３为变形点，通过传统的测量技术方法，可以完成大坝坝体变形监测的任务。但是，变形监测传统的测量技术方法，外业观测的工作量大、效率低和成本高，内业数据计算麻烦、处理过程复杂，因此，逐渐被其他的变形监测方法所替代。

图２大坝变形监测ＧＮＳＳ控制网

1.2ＧＮＳＳ测量技术方法

随着全球定位系统技术的成熟，ＧＮＳＳ测量技术方法在大坝坝体变形监测中，与传统测量方法相比，具有快速、经济和自动化的特点。在基准站和变形点上，按照ＧＮＳＳ的网形设计，分别安置ＧＮＳＳ接收机，自动连续的进行观测，同时登陆３Ｇ网络系统，将观测的数据实时地传输到数据处理中心进行分析，得出的结果为大坝管理者提供参照。如图２所示的大坝坝体变形监测ＧＮＳＳ控制网，由５个基准点（Ｋ0１～Ｋ0２）和３个变形点（Ｂ0１～Ｂ0３）构成，用４台ＧＮＳＳ接收机分３个时段连续观测，静态控制网外业观测计划如表１所示。将所观测的结果，输入到ＧＮＳＳ数据处理的软件中，实时的计算出变形点的三维坐标［６］，通过分析得出大坝坝体的变形量。

表１ＧＮＳＳ控制网外业观测计划

二、大坝坝体变形监测方法的应用

2.1大坝坝体工程概况

公明供水调蓄工程位于茅洲河上游的公明、光明办事处和石岩街道辖区，由原横江水库扩建工程（公明水库）、鹅颈水库至公明水库联通隧洞、公明水库至石岩水库供水隧洞三部分组成。其中，公明水库是在原横江水库、石头湖水库和迳口水库的基础上扩建而成，扩建后正常蓄水位为59.7m，正常库容1.42亿m3，总库容1.48亿m3；连通隧洞长4.66km，输水规模136.5万m3/d；供水工程长6.067km，输水规模88.5万m3/d。工程总投资10.28亿，于2007年10月开始动工建设。依据《防洪标准》（GB50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）之规定，本项目工程等别为Ⅱ等，属大（2）型水库，其主要建筑物包括大坝、溢洪道及放水隧洞和输水隧洞等，级别为2级，其它次要建筑物为3级，临时建筑物为4级。

公明供水调蓄工程是深圳市重大建设项目，是深圳市战略性储备水库，担负着深圳西部宝安区、光明新区各水厂及供水调蓄任务。工程建成后，可以提高深圳市原水储备量、供水调蓄能力以及对枯水年的抗旱灾能力，显著提高全市供水安全保证率，对我市特别是宝安区、光明新区的经济发展具有重要的意义。

水库特征基本情况：

2.2.ＧＮＳＳ测量技术的应用

监测点的布设某水库大坝坝体变形监测点布置略图见图４所示，其中Ｋ0１～Ｋ0４为远离大坝体200ｍ以上的稳定基准点，Ｊ0１～Ｊ0７为在大坝体上埋设的变形点。借助ＧＮＳＳ测量技术手段，以半年为周期，对大坝体变形点进行观测与计算，得到变形点的三维坐标并且进行了数据分析，完成了2014～2018年共４年期间大坝坝体变形监测的工作任务。

图４某水库大坝变形监测点布置略图 2.3大坝垂直位移监测网测量

2.3.1 位移监测网等级选择

公明水库主坝属于中型土石坝，根据《工程测量规范》（GB50026—2007），表面位移监测的等级选择为二等，其精度要求如表 l 所示。

公明水库大坝变形监测精度要求

从工作基点的布置来看，GM6是原山体上新建基准点，稳定性较好，做为本次的起算点。其它工作基点，分别分布在大坝的两端稳定土体中，工作基点稳定性有待进一步观测，有必要在每次观测时，进行工作基点的联测，以确保工作基点的稳定性。在以后的测量工作中，注意加强对工作基点的校测工作。

2.4大坝坝体监测点垂直位移测量成果及计划

按《土石坝安全监测技术规范》规定的表面变形监测，大坝表面上的监测点垂直位移采用水准测量法观测，按国家三等水准测量方法施测。以复测后的工作基点或基准点为起算点，按附合路线或闭合线路进行观测。三等水准测量选定监测点两端稳定的工作基点，作为监测线路的起闭点，线路起闭点间成偶数站。每站仪器位、立尺点量好距离后做出标记，使前后视距相等。每站观测顺序为：后-前-前-后。观测仪器自动记录和检验测站限差，用计算机进行线路检核计算。

大坝坝体水平位移外业观测使用的仪器是中海达Ｖ３0型号的ＧＮＳＳ接收机共４台，考虑到误差累积的影响，对７个变形点每个周期制定了如表２所示的静态外业观测计划。这样的设计可以消除变形点之间误差影响，提高解算数据的质量。每期外业观测结束后，每个时段的数据只包含１个变形点，因此单独解算每个时段的数据，可以根据３个基准点解算出１个变形点的三维坐标。

某水库大坝变形监测ＧＮＳＳ控制网外业观测计划

2.5大坝坝体监测数据分析

将每个时段的数据下载整理后，分别输入到ＨＤＳ２00３全球版ＧＮＳＳ数据处理软件包中，可以自动解算出２0１4～２0１8年期间共８次变形观测得到变形点的三维坐标数据。其中２0１8年上半年解算的结果见表３所示