田连海，周文俊

(1.怀化市水利电力勘测设计研究院，湖南 怀化 418000;2.湖南省地质调查院，湖南 长沙 410000)

1 工程概述

湖南省芷江县和平水电站位于沅水一级支流舞水中下游，地处芷江县城境内，坝址距芷江县城1km。该电站以发电为主、兼顾供水、航运等综合功能，水库正常蓄水位为244.0m，总库容2068万m3，电站装机容量为13.5MW，挡水建筑物为混凝土重力坝，大坝总长为280.6m，最大坝高18.5m。

2 大坝变形观测系统的建立

2.1 水平位移观测系统的建立

(1)视准线的确定。按设计要求，该大坝水平位移观测采用视准线法，视准线平行于坝轴线布设。根据地形实际情况，在大坝两端各埋设一个工作基点，右岸山坡上工作基点编号为TB1，左岸工作基点编号为TB2，两个工作基点之间距离为413.36m。在大坝右端埋设一校核基点，编号为TN1。在大坝闸墩上埋设9个水平位移观测墩，编号TP1～TP9，相互间距为28m。

一般规定，水平位移值向下游为正，向上游为负，向左岸为正，向右岸为负。将坐标原点设在右岸TB1上，以视准线方向为x轴建立直角坐标系，x轴向左岸为正，y轴向下游为正。

(2)观测仪器和设备。包括索佳SET210K全站仪，M—400A精密活动觇牌和 M—450A型固定觇牌。

(3)标墩强制对中底盘埋设。各观测标墩顶部均采用F—1A型通用式不锈钢强制对中基座，底盘安装水平面倾斜度小于4'，其强制对中底盘中心，在视准线上埋设起始偏距均符合《混凝土坝安全监测技术规范》(DLT5178-2003)规定的小于10mm的要求。

2.2 水平位移观测方法

将全站仪安置于工作基点TB1上，在另一端的工作基点TB2上安置固定觇标，用全站仪瞄准TB2上的固定觇标，将视线固定。在位移观测标墩上安置活动觇牌，并使觇牌面垂直于视准线，转动望远镜瞄准位移观测点，并用对讲机指挥移动活动觇牌使其照准标志与全站仪的十字丝竖丝重合，在分划尺与游标尺上读数;然后移动觇牌从相反方向再重新对准视准线并读数，取2次读数平均值作为上半测回，即正镜观测。再倒转望远镜，按上述方法测下半测回，即倒镜观测，取正、倒镜读数的平均值作为一测回的成果。随后，按上述同样方法观测第n个测回，取n个测回的平均值作为最终成果。每测回开始和结束都要重新瞄准TB2点，检查仪器及目标有无变动。

3 视准线法进行水平位移的误差分析和计算

提供视准线仪器的三轴误差以及活动觇牌的刻度误差对水平位移观测成果的精度有一定的影响，但由于目前精密全站仪和精密活动觇牌制作工艺先进，且都经严格的出厂检验，操作者只要按规定按时送检仪器，规范操作，就可以将其影响削弱或基本消除，对观测成果不会产生较大的影响。由于采用强制对中的方法，仪器和觇牌的对中误差、觇牌读数误差(精密活动觇牌可估读至0.01mm)也可忽略不计;大气折光、气压的影响，随时间、地点、气温等具体不同而异，目前可以通过仪器常数的设置自动进行改正，且影响也较小。因此进行精度评算时，一般以其误差的主要来源——照准误差来作为精度估算的依据，如图1。

图1 照准误差示意图

照准误差是视准线法观测大坝水平位移的主要误差，它的大小与人眼的极限分辨角、仪器望远镜的放大倍率，视线长度和外界条件等因素有关。一般人眼的极限分辨角为60″，此次使用的仪器SET210K全站仪望远镜的放大倍率为30倍，则通过望远镜照准的极限分辨角为，取极限误差为中误差的两倍，这时一个方向的照准中误差为

3.1 一测回中误差计算

安置全站仪于TB1点后视TB2点作为固定视线，定向后，瞄准观测标墩上的活动觇牌读取读数，并重复转动活动觇牌上的微动螺旋，使之与视准线重合，读取两个读数，是为半测回(即正镜观测)，再倒转望远镜按上述方法观测，合为一测回，则后视TB2的照准误差对活动觇牌点所产生的定向误差m为:

式中:S—TB1至位移观测点的距离，mm;

ρ—206265″。

根据误差传播定律，按同精度观测计算，推导出一测回的中误差计算公式如下:

3.2 活动觇牌2次照准读数互差的允许限差Δ允计算

根据误差传播定律，按同精度观测计算，推导出活动觇牌2次照准读数互差的允许限差Δ允的计算公式如下:

3.3 两个半测回之差的允许限差计算

正镜观测2次读数完毕为上半测回，倒镜观测2次读数完毕为下半测回，两个半测回之差的允许限差由下式计算:

3.4 两测回读数平均值之差的限差计算

根据误差传播定律，按同精度观测计算，得出两个测回读数平均值之差的限差为:

3.5 测回数n的计算

参照《工程测量规范》(GB50026-2007)规定和《水工建筑物观测工作手册》视准线法观测的精度要求，用视准线法校测工作基点，观测混凝土建筑物上的位移标点时，m移极限误差不大于2mm(取2倍中误差)的规定，来反推要达到该精度要求所需施测的测回数。按上述方法观测，则应测的测回数计算式为:

式中:m移—要求位移值中误差，取1mm。

3.6 各项限差与水平位移观测测回数的理论计算值

根据误差传播定律推导的以上公式和该大坝变形观测系统布置的实际情况，计算出各项限差理论值以及为达到容许误差需要观测的测回数见表1。

3.7 各项限差及测回数的实际取值

为保证观测精度，并考虑其他影响误差，今后观测，各项限差、测回数实际取值均采用表2中的数据。

3.8 水平位移观测值中误差的计算

按上述的作业方法施测n个测回，则实际水平位移值中误差m移可由下式计算:

由公式7计算出各位移标点水平位移值中误差见表3。

表1 各项限差及测回数理论值计算表

表2 各项限差、测回数实际采用值

表3 位移标点水平位移值中误差值

4 结论与建议

通过对项目的实际计算，该方法可以作为和平电站大坝水平位移观测的技术方案，对不同距离的观测墩即变形观测点，通过不同测回数的观测，使得各变形观测点的位移观测值中误差在规范规定值以内，因而各项限差值可以作为以后观测限差的依据。

对于今后大坝变形观测工作，还应注意以下问题:应使用同一仪器和设备，固定观测人员，在基本相同的环境和条件下进行观测工作，尽量做到同精度观测，各项限差和测回数严格采用表2数值。

［1］赵志仁，叶泽荣.混凝土坝外部观测技术［M］.北京:水利水电出版社，1988.

［2］张正禄，等.工程测量学［M］.武汉:武汉大学出版社，2005.

［3］於宗俦，鲁成林.测量平差基础［M］.北京:测绘出版社，1983.

［4］SL 197-2013.水利水电工程测量规范［S］.

［5］GB 50026-2007.工程测量规范［S］.