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南椰Ⅱ水电站枢纽区外部水平位移变形监测网设计报告.doc

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南椰Ⅱ水电站枢纽区外部水平位移变形监测网设计报告.doc
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课 程 设 计课程名称 测绘工程项目设计与实施 设计题目 南椰 II 水电站外部变形 监测网技术设计 专业年级 学 号 学生姓名 指导教师 年 月 日设计成绩批阅教师日 期目 录1 工程简介 - 1 -2 设计依据 .- 1 -2.1 监测设计原则 .- 1 -2.2 监测设计依据 .- 2 -3 平面位移监测网的设计 .- 2 -3.1 平面位移监测网的设计 .- 2 -3.1.1 平面位移监测网点的布设原则 .- 2 -3.1.2 平面监测网点的布置 .- 3 -3.2 监测网的精度要求 .- 4 -3.3 平面位移监测网方案优化 .- 4 -3.3.1 基准设计 .- 5 -3.3.2 平面监测网点的埋设 .- 6 -3.3.3、平面位移监测网观测技术要求 .- 6 -3.4、监测资料的提交 .- 8 -4、主要工作量 - 8 -附录一:坝区平面位移监测网精度估算成果附录一:坝区平面位移监测网布置图附录一:坝区平面位移监测网观测方向图南椰Ⅱ外部变形监测网设计报告- 1 -1 工程简介南椰河(Nan Ngicp)发源于老挝川圹省(Xieng Khouang)查尔(Jars )平原的东南部,是湄公河左岸一级支流,流域位于东经 103°01′—103°43′,北纬 18°25′—19°25′之间。南椰河全长 195KM,河流大致由北向南流动,于西尼乌多姆(Sene Oudom )附近汇入湄公河。南椰河流域气候湿热,雨量充沛,土地肥沃,植被生长繁茂,四季常绿,主要植被类型为热带季风雨林,以木本植物为主,内夹杂有少量竹林。流域最上游为高原始台地。人口及耕地分布相对较多;中游植被条件较好,大部分为郁郁葱葱的热带雨林覆盖;孟梅至汇口一带流域平坝,丘陵相间。南椰河流域以农业经济为主,无较大的水利工程,水土流失不严重。南椰Ⅱ水电站主坝位于南森河(Nam Sen)上,坝址以上流域面积349km2 ,主坝址多年平均流量11.3m3/s。引支流坝址以上南椰河流域面积344km2,引支流坝址多年平均流量10.2m3/s。南椰Ⅱ水电站工程以发电为单一开发开发目标。枢纽建筑物主要包括:70.5m 高混凝土面板堆石坝、右岸岸边开敞式溢洪道、右岸导流洞、右岸引水隧洞、阻抗圆筒式调压井、压力钢管道、地面发电主厂房、地面GIS 开关站及尾水渠等部分。水库正常蓄水位 865.00m,死水位835.00m,调节库容1.19×108m3,具有多年调节能力。工程为二等大(2)型工程,其主要建筑物主坝、溢洪道、引水发电系统为2 级,结构安全级别为Ⅱ级;消能防冲建筑物为3 级,结构安全级别为Ⅱ级,临时建筑物导流洞、上下游围堰等为4 级,结构安全级别为Ⅲ级。电站装机容量为180MW,保证出力为56.2MW,多年平均发电量为7.23×108kW・h,装机年利用小时4017h。2 设计依据2.1 监测设计原则施工详图阶段确定的安全监测设计原理是:以工程安全监测为主要目的,按照“实用、安全、经济、选进”的原则,本着“少而精,充分发挥工程效益”和突出不同监测部位监测重点,达到数据采集灵敏、消息反馈及时、确保工程、设备和人员安全的目的。依据以上原则,根据工程实际情况,对于外部变形监测而言,监测项目较少,整个坝区监测对象以主坝、溢洪道、引水发电系统、泄洪导流洞、坝区边坡等为主,监测设施布置以安全监测和充分发挥工程作用为目的,建立完善的数据处理分析系统,为坝区电站的安全运行提供可靠保障。2.2 监测设计依据坝区外部水平位移变形监测设计遵守以下规程规范,若实施过程中下列规程规范有更新的版本,则按照最新的有效版本执行。(1) GB50026-2007《工程测量规范》(2) 南椰Ⅱ水电站预可行性研究报告(3) DLT 5259-2010《土石坝安全监测技术规范》(4) SL60-94《土石坝安全监测技术规范》(5) DLT5173-2003《水利水电工程施工测量规范》(6) DL/T 5178-2003《混凝土坝安全监测技术规范》(7) DLT5395-2007《碾压式土石坝设计规范 》(8) JGJ8-2007《建筑变形测量规范》(9) CHT 1001-2005《测绘技术总结编写规定》(10) CF-95-0306《测绘合同书》(11) 《测绘生产成本费用定额(2009)版》(12) 测绘安全生产规程(13) 《中华人民共和国测绘法》3 平面位移监测网的设计3.1 平面位移监测网的设计3.1.1 平面位移监测网点的布设原则平面位移监测的布设应能保证安全监测,全面、准确地反映大坝区及基础在施工区,蓄水期和运行期的实际工作性态;应根据坝高、地质条件、结构特点,以及在相同类型坝段中的代表性等因素,确定重点监测坝段和一般监测坝段,监测网点应突出重点,充分发挥工程效益;监测项目应统筹安排,合理配置,重要监测部位或断面,可采用两种以上监测手段,关键部位用于监测重要物理量的仪器可设备份;应有针对的设置监测网点和布置监测仪器;宜采用先进技术并为后期技术改进留有余地。平面位移监测网共由8个点组成,其中坝区上游布设了4个工作基点,下游布设了1个工作基点和3个基准点。全网由基准点组和工作基点组两部分组成。其中坝区基准点组由三个点组成,编号为JC01、JC02、JC03,工作基点组有五个点组成,编号为JC04、JC05、JC06、JC07、JC08;平面位移监测网均采用边角网。基准点的选择,原因主要有:① 基准点应选在变形影响区域之外稳固可靠的基岩或坚实土基上;若基准点选在土基上,应对土基基础应进行基础加固处理。① 每个工程至少应有3个基准点。① 基准点应设置为带有强制归心装置的观测墩。① 基准点之间宜通视条件良好,点与点之间应构成有利的图形条件,以便及时恢复被破坏的点位。① 基准点应与工作基点构成对观测精度有利的观测图形以及保证有较好的通视条件。① 基准点通常情况下选择在距主轴坝下游500m左右的左右两岸,以保证点位不被淹没破坏。① 基准点在有条件的情况下尽量选择在交通便利的位置,以提高工作效率。① 基准点应选择在左右两岸高程适中的位置,以减少工作所走路程。① 基准点的埋设应按照相应规范执行,并绘制点之记。工作基准点的选择,原因主要有:① 工作基点宜靠近观测区,其位置的选择应注意使其与监测点构成对观测精度有利的观测图形并有较好的通视条件。① 工作基点应建造具有强制归心标盘的混凝土标墩。① 工作基点应选在比较稳定且方便使用的位置。① 工作基点在有条件的情况下尽量选择在交通便利的位置。① 工作基点的布设应当少而精,充分发挥每个点的效益。① 监测基准网应每半年复测一次,当对变形发生怀疑时,应当随时检核基准网。3.1.2 平面监测网点的布置坝区的监测重点是坝体的变形监测,以及溢洪道、引水发电系统、泄洪导流洞进出空的监测,所有监测都集中在坝区周围,因此在选择监测网点时本着“少而精”的原则布设。为顾及坝体监测,在坝区上游布设了JC04、JC05 、 JC07、JC08,主要用作上游坝体表面变形的监测和引水发电洞进水口、泄洪导流洞进水口、溢洪道进水口的监测以及上游左岸边坡、右岸开挖边坡的监测。对于坝区下游的坝体表面监测,在下游左岸布设了JC01、 JC03以及下游右岸布设 JC02、JC06且 JC01、JC02、JC03 作为监测网的基准点通视条件良好,点位精度较高能够对下游的坝体表面、马到的水平位移,溢洪道出水口、泄洪导流洞出水口以及下游开挖边坡的水平位移进行精确监测。同时采用这8个点监测时,既可以采用交会法与下游监测点联测,也可以采用极坐标差分法进行监测,同时还可以利用GPS 静态进行监测,监测方法灵活多样,而且监测网中点与点之间至少有4个方向通视,因此对于整个坝区的水平位移监测备有至少两套方案。任意一个工作基点若被破坏可以通过其它2个点极坐标差分法或者交会法及时恢复并利用另外1个点进行检验,并不影响坝区的监测。位于坝体左右端的JC05、JC06 也可以作为坝肩岩体稳定性的检验点,而位于溢洪导流洞和引水发电洞进水口处的边坡开挖点JC04可检验开挖边坡岩体的稳定性。3.2 监测网的精度要求《土石坝安全监测技术规范》(DL/T5159-2010)中规定坝区水平位移监测结合《混凝土坝安全监测技术规范》执行,则《混凝土坝安全监测技术规范》7.1.3中明确规定重力坝坝顶水平位移量中误差限差值为±1.0mm,近坝区岩体和高边坡监测的水平位移量中误差限差为±2.0mm。根据本工程规模为二等大(2)型工程的特点,按照《土石坝安全监测技术规范》结合《混凝土坝安全监测技术规范》中表7.1.3对监测项目的精度要求和《工程测量规范》(GB50026-2007)中表10.1.3变形监测的等级划分与精度要求以及表 10.2.4水平位移监测基准网的主要技术要求,结合实际地形条件和工作基点的布设情况,监测网点平均边长约570m,监测点至工作基点应保持在200m—500m。由于工程区植被茂盛、地形较凌乱,紧邻深切冲沟,山体略显单薄,两岸河谷相对较宽,山势相对略缓,坡度多在28°—32°之间等特点,因此,规定平面位移监测网以二等边角网精度观测,平面监测点点位中误差不大于±2.0mm。3.3 平面位移监测网方案优化3.3.1 基准设计变形监测网的目的在于测定监测点的位移量,而监测点的位移量是相对于某个工作基准而言的,工作基点的位移并不影响监测点的位移量,而只影响监测点的坐标值,这是因为工作基点的位移量是相对于基准点的,因此,不管是具体的某个点作为基准点还是以重点作为基准,均应是稳定不动的,否则监测点的位移量将存在一个系统误差,而这个系统误差将是一个未知数。从变形分析理论也可以证明,监测网的整体平移或者旋转变形是不可发现的变形。变形监测网的基准一般采用自由基准,有三种形式:固定一点和一方向的自由网、假设网中某点的重心坐标不变的拟稳网、假设全网所有的重心坐标不变的自由网。从实际情况看,全网所有点的重心坐标不变是不可能的,对于南椰Ⅱ水电站监测网,考虑到监测网点的精度与基准的关系,坝区选择JC01 、JC02 、JC03作为基准点组,以JC02作为固定点, JC02至 JC03的方位角作为固定方位角的经典自由网,以JC01作为校核基准点,对JC02 、JC03进行校核或修正。根据现有的监测网点布置方案,选择若干可能的观测方案,采用模拟优化的方法进行优化设计。网形选择力求图形简单,且尽量构成大地四边形或中点多边形。根据质量指标和精度指标的要求,进行质量与精度评定,并综合进行比较,坝区外部变形监测网最终选着了20条边长,8个站的观测量。具体观测方向图纸“外部变形监测网总布置图”。坝区监测网按照《工程测量规范》(GB50026-2007 )表10.2.4水平位移监测基准网主要技术要求和表10.2.6测距的主要技术要求,测角精度为±1.0″,测距精度为±2(1mm+1ppm*D)。① 精度估计表3-1坝区平面位移监测网点点位精度统计表点名 点位中误差(mm)误差椭圆长轴(mm)误差椭圆短轴(mm)长轴方位角(°′″)备注JC01 0.2 0.2 0.1 0.330717JC04 0.3 0.2 0.1 8.384399JC05 0.3 0.2 0.1 73.453878JC06 0.2 0.2 0.1 19.235122JC07 0.5 0.4 0.2 25.254465JC08 0.3 0.3 0.2 41.122756从计算结果可知,各点的点位中误差均满足最弱点位中误差不大于±1.0mm的精度要求;所有网点中,纵向误差基本相等,各工作基点近视位移方向的中误差均较小,能够较精确地反映近坝区岩体的稳定。3.3.2 平面监测网点的埋设为降低表面土层滑动、膨胀或者收缩对监测网点的影响,提高监测网点的埋设质量,应严格按照规范和有关文件的要求,选择最有利的位置埋设控制点,对平面监测网基准点的基础开挖至基岩,根据测区地质条件,基坑开挖尺寸为1.0m ×1.0m,深度一般不小于5m,并深入基岩下0.5m,地面观测墩高1.3m。对平面监测网其他工作基点的基础开挖至本土层以下3m ,基坑开挖尺寸为1.0m×1.0m,地面观测墩为1.3m六面体观测墩。观测墩浇筑时采用A16螺纹钢和C20混凝土,水泥采用标号不小于 42.5号的普通硅酸盐水泥;石子为质地坚硬的片麻岩或花岗岩,粒径为5mm~50mm;砂子为石英砂或河砂,砂砾大小为0.15mm~4mm。混凝土浇筑后按相应规定进行养护,标墩顶部设置强制对中盘,强制对中盘采用长水准气泡调整水平,其倾斜度不大于4′。观测平台上设置一个0.15m×0.15m×0.2m的坑,里面设置一个水准标志。3.3.3、平面位移监测网观测技术要求平面位移监测网水平角、边长测量均使用Leica公司生产的带自动存储功能(TCA2003)的全站仪和徕卡圆棱镜进行施测。仪器标称测角精度±1.0″,边长测量精度±(1+1ppm ×D)。数据记录使用PC卡作为载体,按内置机载程序进行自动记录和各项观测数据限差检验,合格后观测数据自动记录在存储介质PC卡上。水平角、边长测量应按照下列要求进行:① 水平角观测采用全圆方向观测法在一个时段观测9个测回;② 边长测量往返各观测2个测回,每测回读数4次;③ 各测回之间应配置度盘;④ 测距前后均测量测站和镜站的气象数据(气温、气压、湿度),取其平均值作为该边;⑤ 长测量时的气象观测值;⑥ 选择成像清晰、稳定的时候进行观测,确保外业观测数据准确、可靠;⑦ 观测前仪器要进行一定时间的晾置,使仪器温度与外界环境保持一致,测站打伞以避免阳光直接照射;⑧ 水平角的观测值取各测回的平均值;⑨ 水平角、边长观测的各项限差均按照《工程测量规范》与《水利水电工程测量规范》有关规定执行。观测数据的检验按照《工程测量规范》与《水电水利施工测量规范》中有关规定,平面位移监测网水平角、边长测量应符合以下规定:表 3-2 水平位移监测基准网的主要技术要求水平角观测测回数等级 相邻基准点的点位中误差(mm)平均边长L(m)测角中误差(″)测边相对中误差 1″级仪器 2″级仪器≤400 1.0 ≤1/200000 9 —二等 3.0 ≤200 1.8 ≤1/100000 6 — 注: ① 水平位移监测基准网的相关指标,是基于相应等级相邻基准点的点位中差的要求确定的。② 具体作业时,也可以根据监测项目的特点在满足相邻基准点的中误差要求前提下,进行专项设计。表 3-5 测角技术要求测回数等级 边长 m起始边相对中误差最弱边相对中误差测角中误差(″)三角形最大闭合差(″) 1″级二等 500-1500 ≤1:300000 1:150000 ±1 ±3.5 9表 3-4 水平角方向观测法的技术要求等级 仪器标称精 度 两次照准读数 之差(″) 半测回归零 差(″) 一测回内 2C互差(″) 同一方向值各测回较 差(″)二等 ±1″ 4 6 9 6注:① 全站仪、电子经纬仪水平角观测时不受光学测微器两次读数之差指标的限制。② 当观测方向的垂直角超过±3°的范围时,该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较,其值应满足表十一测回内2C互差的限值。表 3-5 测距的主要技术要求每边测回数 气象数据测定 的最小读数等级 仪器精度等 级往 返一测回读数较差(mm)单程各测回较差(mm) 温度(℃)气压(Pa)往返较差(mm)二等 2mm 级仪器 3 3 3 4 0.2 50 ≤2(a+b×D)注:① 测回是指照准目标一次,读数2~4次的过程。② 根据具体情况,测边可采取不同时间段代替往返观测。③ 测量斜距,须经气象改正和仪器的加、乘常数改正后才能进行水平距离计算。④ 计算测距往返较差的限差时,a、b分别为相应等级所使用仪器标称的固定误差和比例误差系数,D为测量斜距(km)。表 3-6 边角组合、测边网技术要求测回数等级 边长 m 测角中误差(″)平均边长相对中误差测距仪标称精度 mm/km 边长 水平角 天顶距二等 500-1500 ±1.0 1:250000 ±2 往返各 2 9 4注:光电测距仪一测回的定义为照准1次,测距离4次。3.4、监测资料的提交提交的主要资料是:(1)技术设计书和测量方案(2)监测网点布设设计图及设计报告(3)监测网和监测点布置图(4)标石、标志规格及埋设图(5)仪器的检校资料(6)原始观测记录手簿(7)监测网平差计算、成果质量评定资料(8)测量技术总结报告(9)变形观测数据处理分析和预报成果资料(10)变形过程和变形分布图表(11)变形监测、分析和预报的技术报告4、主要工作量表 4-1 外部变形监测网主要工程量清单序号 项目名称 单位 数量 备注1 仪器设备1.1 全站仪 台 1 徕卡 TCA2003 全站仪,标称测角精度为±1.0″,测距精度为±(1+1ppm×D)1.2 棱镜 +棱镜杆 套 2 棱镜常数为 01.3 温度计 个 21.4 气压计 个 22 土建2.1 基准点埋设 3 C20 混凝土浇筑2.2.1 基准点观测墩 个 3 观测墩高 1.3m2.1.2 基准点基坑开挖 个 3 基坑开挖尺寸为 1.0m×1.0m,深度一般不小于 5m,并深入基岩下 0.5 米。2.1.3 观测墩埋设 个 3 C20 混凝土浇筑2.1.4 强制对中盘 个 32.1.5 水准标志 个 3 0.15m×0.15m×0.2m2.2 工作基点埋设 5 C20 混凝土浇筑2.2.1 工作基点观测墩 个 5 观测墩为 1.3m 高的六面体型观测墩,C20 混凝土浇筑2.2.2 工作基点基坑开挖 个 5 基坑开挖尺寸为 1.0m×1.0m,深度开挖开挖至土层以下 3m2.2.3 观测墩埋设 个 5 C20 混凝土浇筑2.2.4 强制对中盘 个 52.2.5 水准标志 个 5 0.15m×0.15m×0.2m2.3 土建材料2.3.1 钢筋 吨 Φ16 螺纹钢筋2.3.2 水泥 袋 采用标号不小于 42.5 号的普通硅酸盐水泥2.3.3 石子 吨 坚硬的片麻岩或花岗岩,粒径为 5mm~50mm2.3.4 砂子 吨 石英砂或河砂,砂砾大小为 0.15mm~4mm3 数据处理3.1 监测网数据平差处理 项 14 观测工作量4.1 观测边 条 20 往返观测4.2 观测角 站 8
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