浅谈潮州供水枢纽拦河水闸变形监测技术

广西水利水电ＧＸＷＡＴＥＲ　ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＶＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＩ￣．ＲＰ．／ＮＧ　２０ｌ０（６）　・工作整治・　浅谈潮州供水枢纽拦河水闸变形监测技术　王伟章，赵国清　（广东省潮州供水枢纽管理处，广东潮州５２１０１　１）　［摘要】　结合潮州供水枢纽地质条件及枢纽的特点，介绍了潮州供水枢纽西溪拦河水闸变形系统的布置、监测技术　及数据处理方法。　【关键词】　水闸；变形监测；垂直位移；水平位移；潮州供水枢纽　［中图分类号１　ＴＶ６９８．１　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００３—１５１０（２０１０）０６－００７６－－０４　广东省潮州供水枢纽位于粤东韩江下游两溪　口，布置有拦河水闸、发电厂房、船闸、土坝等水工建　筑物，为大（一）型水利枢纽。枢纽东、西溪各布置有　ｌ６孔拦河水闸，两孔为一闸段，各闸段平面尺寸为　３３．２　ｍ×２６　ｍ。水闸底板钢筋混凝土厚２　ｍ，高程为　１．５　１１１，坝顶高程为１６．２　ｍ。枢纽坝址地质条件差，河　床地层自上而下为１—７　ｍ厚砂层，１２—１５　ｍ厚淤泥　质土或淤泥层，再下为砂卵砾石层。水闸采用４，５００　水泥搅拌桩进行基础处理，搅拌桩平均桩长２２　ｍ。　为监控大坝安全，掌握大坝运行规律，潮州供水枢纽　建设有安全监测系统。本文以西溪拦河水闸为例，简　要介绍拦河水闸变形监测技术。　１监测点布置　１．１　监测基点　西溪拦河水闸变形监测系统共布置有４个监测　基点，Ｏ１、０２是水准监测基点，布置在西溪右岸土坝　上下游，０３、０４是中间监测基点，布置在船闸及厂房　上游。水准监测基点采用　１　０００钻孔灌注桩为布设　基础，钻孔灌注桩桩长４５　ｍ，桩端１　１１１进入卵砾石持　力层，桩身配有钢筋，混凝土强度为Ｃ２５。Ｏ１和０２既　是水平位移监测基　，又是垂直位移监测基点。　１＿２垂直位移监测点　垂直位移监测点共布置４８个，分别布置在每个　闸墩的上下游侧，上下游各２４个，见图１示ＬＤ４８一　ＬＤ７１及ＬＤ４８＂一ＬＤ７１、。　＼　日盟ＯＰ水位平移位观移测观基测点　点　Ｉ尊ＬＮＤ垂测直斜位管　ｌ移观测点１　ｊ　２１ｌｌＩｆＩ　ｆ　－ｏ　．Ｐ　Ｐ．　、　Ｉ　Ｉ　一　ｒ　１　ｌ　ｌ　ｒ、　Ｐ：　ｒ■Ｘｌ　Ｎ　ｒ　土坝　ＬＤ　ｆ、　ＬＤ　］ＬＤ４，ＩＬＤ　１ｌ　１ＬＤ　祝Ｌ６，ｌ『　三　Ｉ　＼　船闸　二＃｝　　ｒ　Ｉ　Ｌ　ｆＬ　～ｌｆ　二　１　ｒ～｝　』　田。　＼　／Ｌｕ¨　Ｌｕ¨Ｌｕ∞Ｌｕ”ｆ　ｆ　Ｌｕ“Ｌ。　Ｌｕ”Ｌ。７　图１　变形观测点布置图　［收稿日期】２０１０．Ｉ１－０８　［ｆ乍者简介】　王伟章（１９８Ｏ一），男，广东揭阳人，广东省潮州供水枢纽管理处工程师，从事水利枢纽运行管理工作。　７６　广西水利水电ＧＸ　ＷＡＴＥＲ　ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２０１０（６）　ｌ－３水平位移监测标点　——是大气折光系数；　是地球曲率半径。ｚ的第二项是球　坝顶水平位移监测标点共布置２４个，分别布置　在每个闸墩的上游侧，见图１示Ｐ１一Ｐ２４。为监测坝　体和坝基不同深度的水平位移，在１　及８　闸墩上　——气差的影响，当距离较短时，该项　可忽略。　游侧布设有测斜管，见图１示ＩＮ１、ＩＮ２。　２垂直位移监测　２．１监测方法　垂直位移监测采用一等水准测量，监测仪器为　自动安平Ｓ０５级光学水准仪。监测采用几何水准测　量方法，从已知水准点Ｏ１起测，建立一等水准环　线：Ｏｌ—　８’叫９‘－＋……－＋７０’＿＋７ｌ’　７１＿÷７０＿＋……　＿＋４９＿　８　Ｏ１，环闭合差≤１√　＿ｍｍ（Ｆ为环线长度，　单位为ｋｍ）。　２．２误差分析　垂直位移监测误差ｍ包括因基准点下沉引起　的误差ｍ　及监测引起的误差ｍ　，即埘＝（／／１１２＋埘２２）此。　基准点坚固稳定，下沉量可忽略不计，ｍ。＝０，因此垂　直位移监测误差脚　脚：。ｍ　≤１　，环线长度　Ｆ＝６００　ｍ，因此垂直位移监测误差ｍ≤Ｏ．７７，符合规　范要求。　２．３数据处理　外业测量完成后，将测量数据输人计算机，计算　本次沉降量及累计沉降量，并采用作图法和比较法　进行数据分析：①绘制点位一位移曲线，分析垂直位　移发生的趋势；②比较闸墩上下游测点位垂直位移　的差异，与水平位移监测结果比较，查明水闸变形规　律是否一致和合理。　３坝顶水平位移监测［１】　３．１监测方法　坝顶水平位移监测采用徕卡ＴＣＡ２００３自动全　站仪（０．５　，ｌ＋ｌｐｐｍ）通过极坐标法（如图２）进行观　测。将仪器设置在以测站作为原点、垂直方向为ｚ　轴、水平为ＸＹ平面的右手空间直角坐标系下，利用　空间极坐标定位原理求待定目标点Ｐ的空间直角　坐标（ｘ、ｙ、Ｚ）为：　Ｘ＝ｓ・ｃｏｓ　‘ＣＯＳ　Ｙ＝ｓ’ＣＯ￥ｐ‘ｓｉｎ　，１、　Ｚ＝　ｉｎ口　‘ｓ２　式中：　、ＪＢ——分别是水平角和垂直角；　ｓ——是斜距；　Ｘ　图２　测量原理图　测定目标点Ｐ的坐标初值之后，通过将各测次　获得的Ｐ点坐标值与其初值相减，即获得该测点的　位移矢量。在工程应用中，目标点垂直方向ｚ轴的　变化量，被定义为沉降量；位移矢量在ＸＹ平面上的　投影，代表了测点在水平面上位移总量，该总量可以　进一步往工程重点关注的方向上分解。　在坝顶水平位移监测中，测量机器人用于监测　闸坝闸墩顺水方向的位移变形。将全站仪架设在０２　基点，以Ｏｌ基点为后视点进行测量（如图３）。仪器和　测点的安装均采用强制对中底盘，以消除对中误差。　图３　坝顶水平位移监测示意图　３．２误差分析　根据仪器测量原理，每次测量获得目标点的坐　标，若忽略球气差的影响，由误差传播定律可得目标　点各坐标分量测值精度指标为：　７７　王伟章，赵国清：浅谈潮州供水枢纽拦河水闸变形监测技术　（ｃ邶…　＋（　ｍ　ｃｃ邵　＋（　＋（　）２…２　＋（　］ｆ　（２）　＝ｓｉｎｚ　・　＋（　・　式中：ｍ，——测距中误差；　％、ｍ　４角中误差；　ｓ——仪器至测点的距离。　同样由误差传播定律，可得各坐标位移分量计　算值的精度指标为：　ｍ，ＡＸ＝ｕ／２ｒｒｔｘ；ｍ△ｒ　玑ｙ；ｍ，Ａ２＝ｑｌ２ｒｎｚ；　（３）　平面位移总量的精度指标为：　ｍ平＝、　丽　式中：　＝ＡＸ２／（ＡＸ２＋Ａｙ　）。在本项目应用中，可取　ｍ平＝Ｍａｘ（ｍｚ￣，ｍ△ｙ）　（４）　在本项目中，采用ＬＥＩＣＡ　ＴＣＡ２００３测量机器　人，其标称精度为：测距中误差帆＝－／－（１ｍｍ＋１　ｘ　１０－６Ｓ），测角中误差，ｎ　，ｎ　±０．５　。在误差计算中以　距离原点最远的测点计，该点是整个观测网中精度　最弱点，忽略球气差影响，取０ｔ＝７５。、ｐ＝５。、　ｓ＝３９８　ｍ，ｐ＝２０６　２６５代入（２）、（３）、（４）式，计算出该　工程由测量机器人通过极坐标法测得的平面位移总　量的中误差ｍ平＝１．９４　ｉ／ｌ／ｎ。　规范　ｌ在对水工建筑物永久变形监测精度要求　的条文说明中，指出监测值的误差应小于工程一般　工况下变形量的１／１０—１／４。根据该工程的具体情　况，其测量精度可以满足设计和工程使用要求。　３．３数据处理　ＴＣＡ２００３全站仪实现无线连接，将数据无线传　输到中控室的计算机上，并进行相应的处理。　４坝体及坝基水平位移监测　４．Ｉ监测方法　坝体和坝基不同深度的水平位移监测通过埋设　在西溪水闸１　及８　闸墩上游的测斜管实现。测斜　管管口与坝顶公路路面齐平，管底埋至砂卵砾石层，　高程约一３０　ｍ，监测仪器为ＲＳＴ数字测斜仪。　因测斜管深入砂卵砾石层，为稳定点，不会发生　水平位移。因此，以孔底为基准点，用测斜仪探头从　管底自下而上，每隔５０　Ｂｍ一个测点，正反方向各测　７８　一次，仪器读数值单位为ｍｍ。　４．２数据处理　外业测量完成后，将测量数据导人计算机，进行　数据处理。　４．２．１位移　将正向测值　正、反方向值　负代人下式计算，　即得到该点位置的位移△ｉ值：　△ｉ＝０．５（Ｖｚ－Ｖ负），（舢ｊ。　４．２．２　各点累计位移值　累计位移是测斜管剖面相对于中轴的偏移量，　在某一深度的累计位移可以看为是从最底端累计至　这个深度的位移的和。各点累计位移值Ｘｎ按下式　计算：　Ｘｎ＝∑△ｆ　任意深度位移值减去该深度初次读数就得到各　深度的水平位移值：　ｆ：　　ｆ；　’　　－　Ｉ霍　：　，　‘　注：往上淀　变形为正，　往下游变于Ｅ　为负。　一５　５　位移量／ｍｍ　深度一位移曲线图　广西水利水电ＡＸ＝Ｘ　一Ｘ初。　ＧＸ　ＷＡＴＥＲ　ＲＩＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２０１０（６）　状况。徕卡ＴＣＡ２００３自动全站仪的使用，不仅节约　了坝顶水平位移监测的人力投入，也提高了监测的　４．２．３位移一深度曲线图　将每次测量的结果绘制成深度一位移曲线，如　精度。值得一提的是，自动全站仪作为精密的仪器，　对测量环境要求更高，严格操作，才能有效降低仪器　的偶然误差，达到理想的监测精度。　参考文献　【ｌ】ＤＩ＿／ｒ　５　１７８—２００３，混凝土大坝安全监测技术规范［Ｓ】．　（责任编辑：周　群）　图４，可以直观地反映出坝体或坝基各深度的位移。　５结语　广东省潮州供水枢纽拦河水闸变形监测系统结　合枢纽特点，布置实用、合理，可作为软土地基大中　型水闸变形监测之典型。测斜仪对坝体及坝基不同　深度位移的监测，能很好地揭示大坝的滑动或倾斜　Ｗａｔｅｒ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｇａｔｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈａｏｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　ＷＡＮＧ　Ｗｅｉ－ｚｈａｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ　（Ｃｈａｏｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｏｚｈｏｕ　５２１０１　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｃｈａｏｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐｌｅｘ，ａｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｘｉｘｉ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｇａｔｅ　ｄｅ－　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆｔｈｅ　Ｃｏｍｐｌｅｘ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｇａｔｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；Ｃｈａｏｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　（上接第７５页）　Ｕｐｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｒｉ—－ｌａ　Ｃｏｕｎｔｙ　ＣＨＥＮ　Ｓｈｕ－ｘｉａｎ　（Ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｒｉ—ｌａ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｓｈａｎｇｒｉ—ｌａ　６７４４００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈａｎｇｒｉ—ｌａ　Ｃｏｕｎｔｙ　ｉｓ　ｌｏｃａｔｄ　ｉｅｎ　ａｒｅａ　ａｔ　ｈｉ　ｓｈ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｖｅｒｙ　ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．ｗｅａｋ　ｅｃ０一　ｎｏｍｉｃ　ｂａｓｅ，ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｂａｃｋｗａｒｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｐｅｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｓｉｎｃｅ　Ｃｈｉｎａ’Ｓ　ｗ￣ｔｅｒｎ　ｒｅｇｉｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　Ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｅｃｅｎｔｒ　ｙｅａｒｓ，ｅｖｅｒｙ　ｖｉｌｌａｇｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｌｃｔｅｒｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｌｉｅｕ　ｏｆ　ｉｆｒｅｗｏｏｄ；ｕｐｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　１ｓｔ—－ａｎｄ　２ｎｄ——ｓｔａｇｅ　ｒｕｒａｌ　ｏｗｅｒｐ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｅｘｔｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｌａｉｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｍａｒｋｅｔ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｒｉ－ｌａ　Ｃｏｕｎｔｙ．Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ａｌｓｏ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｕｒａｌｒ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｐｇｒａｄｅ　ｉｎ　ａｒｅａｓ　ａｔ　ｈｉｓｈ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｒｅａ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ；ｕｐｇｒａｄｅ　ｏｆ　ｕｒｒａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｓｈａｎｇｒｉ—ｌａ　Ｃｏｕｎｔｙ　７９