探析监测技术在水利工程大坝变形监测的应用

探析监测技术在水利工程大坝变形监测的应用

龙耿文

中水珠江规划勘测设计有限公司   510000

摘要：水利水电工程是国民经济发展中的重要的基础设施，随着我国经济的跨越式发展，对水利水电工程进行及时、有效的监测，为施工、设计、运营部门提供科学、可靠的变形监测数据是提高水利水电工程建设、运营、管理水平的重要手段。本文主要探究了水利工程大坝变形的影响因素、监测点设置以及监测技术。

关键词：水利工程；大坝变形；监测点；监测技术

引言：随着科学技术的快速发展，我国很多行业运用高科技技术，使其发展更上一个新的台阶。在水利工程发展中，现代监测技术可以大大提高水库大坝变形监测中数据的精准度，全程实现全自动化操作，十分便捷。技术人员可以及时获取测量结果，从而了解到大坝变形的全方位动态和可能性，掌握大坝变形的发生发展规律，从而解决常规测量的弊端。

一、水利工程大坝变形的影响因素

水利工程大坝变形的影响因素主要包括以下几方面：（1）静水压力。其一，坝体在静水压力的作用下，不同的高度会受到不同的水平推力，最终也会改变大坝的体形，从而使得坝体的体形会有相应的变形。其二，水库水压以及坝底扬压力对大坝的作用，也使得坝体有向下游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。其三，水库水体自身的重量不可忽视，其重力作用也会使水库库底变形，使得大坝有向上游方向的转动，从而使得坝体的体形会有相应的变形。（2）时效变化。时效变化在大坝的施工期间与运营初期现象是不可避免的，其主要是因为混凝土的收缩变化以及其他一些建筑材料的变形，还有基础岩层在荷载作用下的变形而产生的时效变化。但伴随着时间不断的推移，大坝的整体也会越趋于稳定的状态，时效变化的现象也会越来越少。（3）温度变化。位于大坝上下游附近的混凝土会因为不同的季节温度的变化而有所不同。例如，由于夏季大坝的上游部分的混凝土处在水下，无法被阳光照射，温度自然就会降低；而大坝下游的混凝土每天都避免不了太阳的暴晒，因此下游的混凝土温度就会不断上升，远远高于上游的温度。然而到了冬季，这种情况恰恰相反。这样的温度反差现象会引起大坝上下游的混凝土出现热胀冷缩现象，这个现象也是导致坝顶下陷的重要因素。

二、水利工程变形监测的监测点设置

水利工程变形监测中的监测点主要表现为：（1）基准点设置。水利工程中变形监测的基本控制点就是基准点，基准点的设置为水利工程变形监测提供了基础数据支持。变形监测基准点的选取，一般是选择在其他两种变形监测点以外，且能长期保证测量数据稳定性的岩石上。为了变形监测数据的准确性和科学性，水利施工过程中，基准点的选取一般在三个或三个以上。在沉降位移的变形监测中，技术人员一般会以几个变形监测基准点为一组的形式放置监测点，这样就可以保证监测数据的稳定性和科学性。监测方法会采用精密的水准测量方法进行基准点的变形监测。在水平位移的变形监测中，技术人员一般会采用几何图形中结构比较坚固的三角形监测法进行水平位移的变形监测。（2）观测点设置。对于水利工程变形处观测点的设置则较为直接，直接设定在需要监测的水利工程建筑上，最好是设定在最能反映变形建筑特性的位置上，这样得到的变形监测数据较为准确。（3）工作点设置。水利工程中的工作点又会被叫做工作基点，它的作用是联系水利工程中的基准点和变形处观测点。工作点的选择会较为随意，它会被安放在需要被监测变形的地方，由基准点的变形监测数据来评估工作点变形监测的数据，然后对两组数据加以分析，确定此工作点是否为变形点。对于监测项目较少且工程规模较小的水利工程，可以不设置工作点变形监测。

三、水利工程大坝变形监测技术

1、传统测量技术

在传统测量技术中，首先需要在坝体主轴线周边选取变形点和基准点，这样就形成了监测点，之后将监测点布设为边角网，通过全站仪对边角网中的距离和角度进行观测，以此估算出平面坐标，之后对变形点位水平位移数值进行分析。其次，利用精密水准测量技术对大坝变形点进行观测，计算出变形点位的垂直位移量。按照垂直位移和水平位移的大小对坝体变形情况进行判断。利用传统测量技术能够监测大坝坝体变形情况，然而应用传统的变形监测方法会存在大量的外业观测量，提高了监测成本，并且会增加数据处理的难度和复杂度，所以利用先进技术进行监测显得尤为重要。

2、GPS技术

GPS技术在大坝监测中的应用与实现：首先，大坝变形观测设计。水库大坝变形观测控制网络由监测网络、基准点监测网络和变形监测网络组成。引测网包括四个参考点和两个在调查区内伏击的三角点。引测网的功能是将国家三角坐标引导到参考点，以便数据结果可以有效地应用于项目。基准监测网络由四个参考点组成，其功能是确保监测参考点的稳定性。大坝变形观测控制网中的变形监测网络由四个参考点和所有变形监测点组成，全面监测大坝变形监测点的位移。其次，使用GPS网络进行观察。GPS接收器用于观察，观察时间约为120秒，同时，必须指出有效卫星的数量大于或等于4。将仪器的公称精度控制在小于3mm的静态精度，这是开展工作的第一个条件。具体操作必须严格按照操作规程确保工作的有效性。最后，数据处理问题，在数据预处理之前，第一要检查收集的数据，包括数据格式、卫星信号和站名。第二，执行预处理过程并分析和评估结果。实施该步骤以确保观察的准确性和定位结果的高精度性，实施该部分是为了测试观测的质量，以确保数据的准确性。

3、GNSS技术

传统的变形监测技术由于地形原因导致变形监测精度低，影响变形监测结果。GNSS技术的优点是监测站没有时间限制，能够全天候监测，不会受到气候等因素的影响，在各种气候中都能进行变形监测。另外，GNSS技术还能实现监测自动化，GNSS接收机的数据收集是自动进行的，使自动监测过程（包括数据采集、处理、传输、分析）实现全自动化，操作简单，提高监测效率。此外，GNSS技术能够降低系统误差，不会影响变形监测点坐标之间的差异值，降低在大气层中卫星信号的传播误差对变形监测的影响，利用GNSS技术进行的监测具有良好的抗干扰性和保密性，能够进行实时测量，为坐标提供3D立体信息，能够精确测量变形点的3D坐标。例如，在某水库大坝变形监测中，坝体布设变形监测GNSS控制网，改网主要是由基准点（5个）和变形点（3个）组成，使用GNSS接收机在不同时段进行观测，之后将观测结果传输到GNSS数据处理软件中，对变形点的三维坐标进行计算，可以获取大坝坝体变形量。

四、结束语

综上所述，在我国建筑中大坝安全属于极其重要的组成部分，只有保障大坝的安全，才能够极大提高我国建筑的安全性。为了保证大坝工程的安全，加强大坝变形监测显得尤为重要。因此，必须积极对大坝变形进行监测，有效排除大坝所存在的安全隐患，大幅提高大坝的安全性，从而大力推动我国社会的发展。

参考文献

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