仵 峰

(陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710002)

西安市李家河水库大坝安全监测方法及精度分析

仵 峰

(陕西省水利电力勘测设计研究院测绘分院，陕西 西安 710002)

李家河水库工程位于西安市东南部的灞河流域，是解决西安市东部用水紧张的骨干供水工程之一。以李家河水库大坝安全监测为例，通过设置完善的安全监测系统，得到的有效监测资料。经过整理、考证和整编后，结合地形、地质资料、设计资料和施工过程等实际情况。了解和掌握高边坡位移监测点水平及竖直位移变化、大坝坝顶及放水塔位移变形以及大坝坝顶拱冠点视准线位移变形情况；通过数据整理分析，发现并指出工程运行期坝顶及放水塔水平、垂直位移量和高边坡及电站厂房位移点可能存在的位移变化情况并提出建议，以确保大坝安全运行。

大坝安全监测；位移量；拱冠点；数据整理分析

李家河水库工程位于西安市东南部的灞河流域，水库枢纽位于灞河一级支流辋川河中游、距蓝田县城东南23 km的玉川乡李家河村附近，离西安市约68 km。该工程是解决西安市东部用水紧张的骨干供水工程之一，工程由水库枢纽和输水渠道两大部分组成。工程的开发目标以浐河以东城镇供水为主，兼有发电。李家河水库工程总库容为5 250万 m3，调节库容为4 400万 m3，供水设计流量为3.15 m3/s，多年平均供水量7 230万 m3，电站装机容量4 800 kW。按照工程性质和供水对象，根据工程的建设任务与规模，遵照国家《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的相关规定，本水库枢纽属Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物拦河大坝、泄水建筑物按3级设计。大坝枢纽及泄洪建筑物的防洪标准为：50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核。拦河坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，最大坝高98.5 m，坝顶高程884.00 m，坝顶宽8m，坝底宽31 m。

1 大坝安全监测的主要目的

依据我国法律和相关规范规定，根据李家河工程特点，本工程设置了较为完善的安全监测系统。得到的监测资料通过整理、考证和整编后，再结合地形、地质资料、设计资料和施工过程等资料完整齐全。

大坝安全监测的主要目的有：了解和掌握高边坡位移监测点水平及竖直位移情况；掌握大坝坝顶及放水塔位移变形情况；掌握大坝坝顶拱冠点视准线位移变形情况；通过数据整理分析，发现并指出工程运行期坝顶及放水塔水平、垂直位移量和高边坡及电站厂房位移点可能存在的位移变化情况并提出建议，以确保大坝安全运行。

本阶段是对该工程坝顶及放水塔第25期～第37期。高边坡及电站厂房第67期～第78期监测资料整理分析，采用多种分析方法，获得各监测物理量的变化规律、预测主要物理量的变化趋势等，根据分析成果可以用以指导首次蓄水和运行，并对工程表面变形监测各部位工作状态及安全性作出评价。

2 监测资料整编分析方法与步骤

监测资料来源主要为坝体及放水塔第25期～第37期整编资料和第67期～第78期大坝左右坝肩、边坡及电站厂房背坡位移点运行期监测资料。采用的分析方法有：比较法和作图法，其步骤如下：

1)将相关工程资料进行初步汇总和整编输入综合数据库；

2)监测数据处理：

(1)平差，剔除随机误差，使用直接平差法。

(2)监测数据的补插，对于漏测、错测的资料进行补充。拟采用拉格朗日二次插值法。

3)对监测资料进行真伪判别和精度评估；

4)对监测资料进行简单计算并绘制最大位移点物理量过程线；

5)将整编好的监测资料及计算结果输入综合数据库。

3 大坝表面变形监测项目

(1) 表面变形监测：即水平位移、垂直位移(2)拱冠点监测：即视准线位移量变化情况

4 坝址区变形控制网

4.1 坝址区一等平面变形控制网和垂直位移监测网(一等精密水准网)

为了监测坝址区岩体的水平变形并为坝体及边坡平面变形监测引入工作基点，布置一等平面变形控制网。平面控制网共由13个点组成，其中7个基准点，6个工作基点。平面变形控制网点布设的位置和密度是为了满足被监测对象(水工建筑物、边坡等)施工期监测和水工建筑物永久变形监测测量工作的需要，所以在点位布置密度上主要考虑工作的需要，点位主要集中在坝址区上下游附近，控制网网形由多个大地四边形相互交织组成。

为监测近坝区岩体的垂直位移，并为坝体及边坡垂直位移监测引入工作基点，布置坝址区一等精密水准网。水准点分为基准点(水准原点)、工作基点(坝体、坝基垂直位移观测的起测基点)两种。水准基准点1组，采用钢管标形式，孔深10 m。

精密水准网是李家河进行工程变形监测的高程基础，由三个基准点组成；一等精密水准网共计水准工作基点10个，其布点原则以方便主体工程建筑(构筑)物各部位变形监测为主要目的；本次布网，即要顾及到水准施测作业的需要，也要考虑点位的使用寿命，因此各水准点必须建造在基础稳定、易长期保存的地方。

4.2 坝体、放水塔及高边坡监测精度要求

表1 主要变形监测点精度控制一览表 mm

4.3 表面变形监测及大坝拱冠点监测

为监测左右岸外部变形，观测时用一等平面变形控网的基准点和工作基点，采用前方交会法监测，坝体平面变形可以与垂线监测结果进行相互校核。坝顶测点分为平面与垂直，每坝段各设置一个，利用坝址区工作基点进行观测。位移变形监测点观测采用莱卡TS30测量机器人，观测方法采用双测站极坐标交汇法。大坝拱冠点监测采用视准线法。

5 监测数据整理分析

坝顶位移监测点及放水塔位移监测点：2016年1月5日～1月28日进行了3期监测(第25期～第27期)，从2016年8月3日～12月23日共进行了10期监测(第28期～第37期)。

5.1 监测资料情况

第25期～第28期坝顶及放水塔水平位移监测仍采用双测站极坐标交汇法进行施测，从第29期到第37期坝顶监测点LD2、LD3、LD4分别与PG1、PG2组成三角形，放水塔监测点LF与P3、PG4组成单三角形进行监测，LD1与监测基点PG2、PG3边长进行了往返观测并将夹角进行了测量， LD5、LD6、LD7与监测基点PG1、PG4边长进行了往返观测并将夹角进行了测量，同时测定了气象元素，数据处理进行了加、乘常数和气象改正，第28期～第37期三角形闭合差统计见表2，监测点点位中误差精度统计见表3；垂直位移监测仍按原观测线路进行一等水准施测(GH5-LF-LD1-LD2-LD3-LD4-LD5-LD6-LD7-GH6)，第28期～第35期采用Leica铟瓦条码式水准标尺29227/29228，第36、37期采用Leica铟瓦条码式水准标尺40585/40586，各期监测点高程中误差精度统计见表4。

从表2、表3、表4可知各期监测精度符合规范要求，可进行位移监测点资料整理分析。

5.2 坝顶位移监测点资料整理分析(以LD4为例)

LD4位移点的时间总位移量曲线、总沉降量曲线图见图1～图2。

表2 三角形闭合差统计表

表3 坝顶及放水塔位移监测点平面点位中误差统计表 mm

表4 坝顶及放水塔位移监测点高程中误差统计表 mm

图1 LD4时间总位移量曲线图

分析：从监测资料整理表5及图1和图2可知：LD4平面位移与首期第25期～第28期及第31期～第37期有变化，并且第31期到第37期与首期有逐步加大的趋势，相邻两期只有第28期与上期有变化，其余各期及上期均无变化；垂直沉降量与首期第25期～第27期和第32期～第37期有变化，其余各期与首期无变化，相邻两期只有第28期与上期有变化，其余相邻两期无变化。但随监测次数逐渐增加其水平和垂直位移量均有变化，并且逐步加大，且监测间隔时间越长，相邻两期变化较大，尤其LD4变化比较显著，各位移监测点可能受气候影响或大坝蓄水位变化的扬压力影响，因此，坝顶位移监测点仍需加强监测。

图2 LD4时间总沉降量曲线图

5.3 拱冠点LD4的监测资料情况

拱冠点LD4采用小角法在PG3、PG4测量，第25期～第28期边长、高差采用差分改正计算，从第29期～第37期对拱冠点LD4在监测基点PG3、PG4的边长进行往返测，并测定了气象元素，边长进行了加、乘常数和气象改正。拱冠点第25期～第37期的偏移量、总位移量、周期位移量见表6。

分析：从表6可知，拱冠点LD4在第25期～第27期在视准线下游，在第28期～第33期在视准线上游，在第34期～第37期又在视准线下游，并且偏离值逐步加大，可能受蓄水位变化或扬压力影响，其中第28期与第27期周期位移量达-7.43 mm，两期间隔时间半年之久。

表5 LD4水平和垂直变化量分析

表6 拱冠点LD4偏离值统计表 mm

6 结语

在2016年高边坡位移监测中，随着蓄水位、气候不断变化，坝体个别边坡位移点及电站厂房位移监测点水平、垂直位移有变化，但在测量限差范围内，在第67期～第78期监测期间高边坡位移点、电站厂房位移点总体稳定，对高边坡位移点及电站厂房背坡监测点需加强监测以确保大坝安全运行。安全监测数据是及时掌握大坝安全状态的第一手资料，能及早发现异常现象，找出异常根源，采取有效措施，对大坝安全十分重要。首次蓄水3～5年是工程安全的重要时期，结合本阶段监测数据，因此，大坝管理方对大坝及放水塔位移监测点和高边坡及电站厂房位移监测点的安全监测必须持续，并且监测数据必须安全、可靠。确保位移监测点监测数据可靠以便大坝安全运行。

[1]混凝土坝安全监测技术规范(DL/T 5178—2003).

[2]混凝土坝安全监测资料整编规程(DL/T 5209—2005).

2017-04-14

仵峰(1980-)，男，陕西扶风人，工程师，主要从事水利水电工程测量方面工作。

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