张峰

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

恰海电站为大(Ⅰ)型一等工程，拦河坝坝型为粘土心墙堆石坝，恰海水利电站利用右岸山体集中布置泄水建筑物和发电引水系统，水电站厂房布置在坝后河床上。恰海大坝的外部变形测点共设置51个。其中，水平位移测点22个（含8个工作基点和14个观测点），竖向位移测点29个（含4个工作基点、20个运行期观测点和5个施工期观测点）。分别布置在坝顶1 003 m高程及下游坝坡985，962，942 m高程处的纵断面上。

2 TCA自动化设计方案

2.1 系统配置

为实现恰海电站大坝外部变形自动化监测，需配置必要的测量仪器，主要包括：TCA2003全站仪2台；备用大电池2块；快速充电器2个；棱镜（含单框和基座）20个；高原空盒气压计2个；干湿通风温度计2个；全站仪机载软件（AutoMeas）1套；数据处理软件（DDM6.0）1套等。

2.2 设计方案

恰海电站大坝外部变形监测点分别布设在坝顶和下游坝坡上，其中坝顶1 003 m高程布设5个监测点，下游坝坡985，962，942 m高程处的纵断面上分别布设3个监测点。大坝外部变形测点观测墩都安装了强制对中底盘，在现有的14个监测点和下游坝坡的6个原工作基地上安装棱镜后，即可完成大坝外部的水平和竖向变形测量。

受地形条件影响，恰海大坝外部变形监测工作基点需分别设在坝后两岸山体上，其中左岸工作基点可利用电站变形监测控制网点QB3，右岸工作基点需要重新建造一点（QB11），具体位置要观测到 BⅠ1，BⅠ2，BⅡ1，BⅢ1，BⅣ1，BⅣ2测点。在工作基点QB3和QB11同时架设1台TCA2003全站仪即可把全部变形监测点纳入测量范围，实现大坝外部变形的自动化测量。

根据TCA全站仪自动化监测系统方案设计要求，TCA2003全战仪需长期安置在工作基点上，考虑到测量设备安全方面等因素，需在工作基点QB3和QB11旁分别增建1间观测房，以保证监测系统的远程控制、随时测量、定时测量的设计要求。

3 TCA半自动化设计方案

3.1 系统配置

为实现恰海电站大坝外部变形半自动化监测，需配置必要的测量仪器，主要包括：TCA2003自动化全站仪、自动观测软件、全站仪供电设备、三维平差软件、单棱镜及配套设备、专用数据分析软件。

3.2 设计方案

恰海电站大坝外部变形监测点分别布设在坝顶和下游坝坡上，其中坝顶1 003 m高程布设5个监测点，下游坝坡985，962，942 m高程处的纵断面上分别布设3个监测点。大坝外部变形测点观测墩都安装了强制对中底盘，在现有的14个监测点和下游坝坡的6个原工作基地上安装棱镜后，即可完成大坝外部的水平和竖向变形测量。

受地形条件影响，恰海大坝外部变形监测工作基点需分别设在坝后两岸山体上，其中左岸工作基点可利用电站变形监测控制网点QB3，右岸工作基点需要重新建造一点（QB11），具体位置要观测到 BⅠ1，BⅠ2，BⅡ1，BⅢ1，BⅣ1，BⅣ2测点。利用一台TCA2003全站仪分别在工作基点QB3和QB11设站，即可把全部变形监测点纳入测量范围，实现大坝外部变形的半自动化测量。

根据TCA全站仪半自动化监测系统方案设计要求，TCA2003全战仪不需长期安置在监测点上，但因每次监测时需要重新安置仪器，测量精度较全自动化监测系统方案相比将有所降低。

4 GPS接收机自动化监测系统

4.1 系统设备配置

恰海大坝外部变形采用GPS一机多天线控制自动化测量，需配置5台GPS双频接收机及17个相应接收天线和其他辅助设备。

4.2 设计方案

1）方案一

根据恰海大坝外部变形监测标点的布置，以电站变形控制网标点为工作基准点，利用GPS测量测站不用通视的灵活特点，对大坝外部变形监测点进行测量。恰海大坝外部变形采用GPS自动化测量，其控制网点可设20个点，其中联测已知工作基准点可设6个，分别为电站变形控制网点 QB1，QB2，QB3，QB4，QB8，QB9。大坝外部变形测量采用4台以上GPS接收机，网形布设成边连式进行测量，网形布设如图1所示。利用已知6个工作基点分别对大坝表面监测点进行监测。其中，3套GPS接收机固定在3个工作基点，其余的采用网形布设在大坝表面监测点上，使用双频接收机分别连续观测45 min以上即可测得监测点的三维坐标数据，通过数据分析软件处理就可计算出高精度数据。

图1 GPS变形监测控制网

2）方案二

制约GPS大范围应用的一个关键因素是它的费用高。当进行自动变形监测时，每一个变形监测点都需要配备一套GPS接收机，这使得监测系统的费用相当昂贵。GPS一机多天线系统作为GPS应用领域的一个创新，它的研制大大减少了监测中使用的GPS接收机的数量。利用GPS一机多天线控制器，使一台接收机联接8个天线，每个监测点上只安装GPS天线，8个监测点共用一台接收机，这样监测系统的成本可大幅度下降。GPS一机多天线系统原理与GPS定位原理相同，由控制中心、数据通信、GPS多天线接收单元和供电系统构成。

5 自动化方案对比

自动化监测方案对比见表1、表2。

表1 自动化监测方案对比

表2 观测类型对比

6 结 语

在现今自动化监测测量领域，全站仪监测系统和GPS接收机监测系统是大坝外部变形监测所常用的监测方法。从监测技术发展角度评价，易采用GPS接收机自动化测量方案，其全天候的测量特点能满足实时监测要求；从经济角度评价，可采用TCA全站仪半自动化测量方案；从运行管理角度出发来看自动化监测是发展的趋势。与GPS接收机监测系统相比较，全站仪监测系统监测技术较为成熟，测量精度高，运行成本较低，使用范围广泛，而且恰海电站在工程建设期已购置了一台高精度TCA2003全站仪，建议选用全站仪监测系统监测大坝外部变形。

TCA全站仪半自动化测量方案实施简便，预算费用较低，但每次测量时需要重新安置仪器并在两岸山体分别设站，与TCA全战仪全自动化监测系统方案相比，观测时间长、人员投入多、测量精度略低。为适应监测发展趋势，建议选用TCA全站仪自动化监测系统方案监测大坝外部变形。