大坝GPS表面位移观测方案

1工程概况

参考本大坝监测设计资料

2编写依据

(1) 《工程测量规》GB50026-2007

(2) 《全球定位系统(GPS)测量规》GB/T 18314-2009

(3) 《精密工程测量规》GB/T 153-94

(4) 《国家三角测量规》GB/T 17942-2000

(5) 《测绘技术总结编写规定》CH/T 1001-2005

(6) 《本大坝安全监测设计方案》

(7) 《混凝土大坝安全监测技术规》SDJ336-89

3传统表面变形监测方案及精度估算

3.1传统表面变形监测方案

目前大坝常规的监测方法是将水平位移和垂直位移分开观测

3.1.1水平位移监测

水平位移监测有如下几种方法：引线法，视准线法，激光准直法，正/倒垂线法，前方交会法和精密导线法等。

引线法

该法采用一条不锈钢钢丝（直径0.6~1.2mm）在两端点处施加力，使其在水平面的投影为直线从而测出被测点相对于该直线的偏距。引线法的特点是：受外界影响小，应用普遍。其测量精度主要取决于读数精度，人工读数精度为±0. 2mm~±0.3mm，自动读数精度优于±0.1mm。但引线的两端一般要设有正倒垂线，以提供测量的基准，客观上增加了系统的成本。

视准线法

视准线法用于测量直线型大坝的水平位移，对于非直线型大坝，可采用分段视准线的方法施测。

视准线法又可分为活动砚牌法和测小角法。测小角法精度优于活动砚牌法。视准线法的特点是：工程造价低，精度低，不易实现全自动观测，受外界条件的影响比较大，而且变形值不能超出系统的最大偏距值。

激光准直法

激光准直法利用激光的单色性好和方向性强的特点，建立起一条物理的视准线作为测量基准，根据测量原理的不同可分为直接准直和衍射法准直，后者精度高于前者。对于衍射法准直，根据其传播介质不同，主要有2种方式：大气激光准直和真空激光准直。

a大气激光准直

大气激光准直让激光直接在大气中传播，应用对象是坝长小于300m`坝高较低的大坝，如泉水双曲薄拱坝（坝长109m），测量相对精度为10`5—10`6。大气激光准直由于受大气折射及喘流的影响而引起光束的抖动，测量精度低且不易实现自动化观测。最新发展是采用CCD技术，消除了光斑随机抖动的难题，实现了自动化监测，测量精度达+/-0.1mm，在南桠河闸坝顶及城电厂等工程中有着成功的应用。

b真空激光准直

真空激光准直将波带板激光准直系统置于一个真空管道中，减少了光束的折射和抖动的误差，综合精度高达1*10`7—2*10`7。与引线法相当，主要用于长坝`高坝的变形观测，已成功应用于太平哨`丰满`龚且`云峰`桓仁`宝珠寺等工程。激光准直法的发展方向是双向位移观测（垂直位移和上下游水平位移），在两端点处安装倒垂线作为水平位移的基准点，安装双金属标作为顺治位移的基准以实现双向位移观测。

正倒垂线法

正倒垂线既可以实现水平位移监测，又可以实现土坝的挠度观测。正垂线是一端固定于坝顶附近，另一端悬挂重锤，以便观测坝体各点间及坝体相对于坝基

的位移观测，以及坝体的挠度观测。倒垂线是一端埋设在大坝基础深层基岩处，另一端浮起，来测定大坝的绝对位移。

新近研制的垂线观测仪采用线阵CCD传感器实现自动读数，在X，Y方向上的坐标精度优于±0.1mm。

前方交会法

对于拱坝的拱冠或下游面等观测效率比较低或观测位置不易到达的点位进行观测时，可以用角度前方交会法测定其水平位移。

前方交会的误差源有：测角误差，交会角及图形结构基线长度外界条件的变化等因素。其实际精度一般为±1mm--±3mm，精度较低，另外其测量和计算过程复杂，因此不单独使用，而是作为备用手段或配合其他方法使用。

精密导线法

精密导线作为监测拱坝水平位移的方法，应用比较广泛，但量边工作量大，测角的旁折光影响大。为克服这些问题，宜布设成类似于高能物理加速器工程中的测高直伸环形网，通过测量狭长三角形的边长和高的途径来间接提高测角精度。从而避免旁折光的影响。该法的精度取决于量边精度，如果用铟瓦尺量边，精度完全可以达到亚毫米级。但观测方法繁琐，计算复杂，误差逐点累加，可靠性差，工作效率低。

3.1.2垂直位移监测

垂直位移监测主要有几何水准法和流体静力水准法。

几何水准法

几何水准法是垂直位移监测的主要方法，精度容易满足。主要的测量工作有：

a.由水准基准点校测各工作基点，对混凝土大坝和土坝分别用一、二等水准测量；

b.用工作基点测定各变形点，较上述要求可降低一个等级。

几何水准法可以满足大部分要求，主要问题是观测自动化问题，目前可考虑采用电子水准仪（每公里往返测高差误差为±0.3mm--±0.4mm），可以显著工作效率。

流体静力水准法

流体静力水准法测量原理是连通管原理。用连通管法测定垂直位移，一般可采用移动式的连通管，根据起测基点的高程，通过连通管测得的高差，来引测标点的高程。连通管由胶管`玻璃管及刻划尺等组成。该法不受大气折光的影响，很容易实现读数及传输的自动化，测量精度优于±0.1mm，在垂直位移监测中有着广泛的应用。但连通管法受温度的影响较大，不够稳定，而且测点基本上要处于同一水平位置，高差测量围较小。近年来研制开发出了通过压力传感器测量液体压力的变化来计算高差变化的仪器，扩大了测量围。

3.2传统观测方案误差来源

测量误差总体上分为三类：与操作者有关误差、与仪器有关误差以及与环境有关误差。

随着现在仪器的逐渐进步以及观测方法的改进，观测者只要认真按照规操作，与观测者有关的误差可以降至很小，而与环境相关误差如果能精确测定环境温度，气压及湿度，再避免在大气环境剧烈变化等不利环境下观测，与观测相关的误差同样可以降到可以接受的程度。当前，制约观测精度提高的瓶颈仍然是观