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1、http;/ 测绘信息网小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网王海滨(黄委会勘测规划设计研究院测绘总队475002)【摘要】本文简述了小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网的布设方案，分别叙述了为取得基准值连续进行的两次观测和为验证控制网点的稳定性先后进行的两次复测，以及为确保成果精度和可靠性、可比性所采取的措施，最后用数理统计中的 F 检验方法对控制网点的稳定性作了简要分析。http;/ 测绘信息网一、概述小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网(以下简称首级水平控制网)由黄委会勘测规划设计研究院测绘总队负责设计、造埋和观测工作，自 1991 年 9 月开始投入此项工作，于 1992 年
2、上半年完成设计工作，1993 年上半年完成了造埋工作，1994 年 9 月至 11 月为取得基准值连续进行了两次观测。为验证首级水平控制网点的稳定性，1996 年 12月至 1997 年 1 月进行了第一次复测，1997 年 10 月至 11 月进行了第二次复测。http;/ 测绘信息网二、首级水平控制网的设计1. 首级水平控制网的布网方案设计小浪底首级水平控制网，是该项工程水平位移监测的基础和依据，其作用是为整个工程的外部变形监测提供一定数量的平面基准点，作为测量水平绝对位移的参照基准。而平面基准点选设的稳定性和测量成果的精确性，将直接决定整个水平外部变形监测系统是否能监测出在各种应力作用下
3、各建筑物可能出现的最小变形值，以确保整个工程的安全运营。http;/ 测绘信息网选设首级水平控制网，主要应考虑控制网点的稳定性和控制网的高精度。从控制网的精确性、可靠性、经济性、可检测性 4 个方面出发，结合小浪底水利枢纽工程地质条件复杂、工程建筑物多、工程量大且布置范围广的特点，对最初提出的多个布设方案进行了优化设计，最后决定，首级水平控制网分主体建筑物区和滑坡体区分别布设。其中，主体建筑物区首级水平控制网由固 1、固 2、固 3、固 4 组成边角全测的大地四边形(见图 1)；滑波体区首级水平控制网由 HG01、HG02、HG03 组成边角全测的完全三角形(见图 2)。2. 首级水平控制网观
4、测方案设计首级水平控制网均按一等边角网观测，精度指标为：测角中误差：0.7测边中误差：(0.2 mm+0.610 -6D)天顶距观测中误差：1.0http;/ 测绘信息网具体观测技术要求为，水平角采用方向观测法，用 T3000(0.5)电子经纬仪观测 24 测回，且在两个以上时间段完成，各时段测回数之差不应大于 2 测回。边长观测采用方向观测法，用 ME5000 激光测距仪(0.2mm+0.210 -6D)观测 4 测回，每条边对向观测，且在两个时间段内完成。天顶距观测采用中丝法每边用 T3000 电子经纬仪对向观测9 测回。http;/ 测绘信息网图 1主体建筑物区控制网图图 2滑坡体区控制
5、网图三、基准值的取得 http;/ 测绘信息网首级水平控制网首次观测为取得基准值，于 1994 年 9 月至 11 月连续进行了两次观测(表 1，表 2)。表 1第一次观测成果(平差后)测角中误差 M0.51测边中误差 (0.15 mm+0.1510-6D)最大点位误差 MS1.06 mm最弱边边长相对中误差 1/557 万表 2第二次观测成果(平差后)测角中误差 M0.68测边中误差 (0.19 mm+0.1910-6D)最大点位误差 MS1.39 mm最弱边边长相对中误差 1/509 万经过对上述成果分析比较，得出下列数据方向观测值较差：a max=0.5，a 允 1.4边长观测值较差：D
6、 max=1.3 mm，D 允 http;/ 测绘信息网2.24 mm http;/ 测绘信息网点位较差：S max=1.4 mm，S 允 3.5 mm经验证，上述两次观测成果均能满足设计精度要求。为提高基准值的精度，将两次观测值迭加一起进行联合平差，方向、边长均取两次观测的加权平均值(表 3)。 表 3联合平差成果测角中误差 M0.52测边中误差 (0.20 mm+0.2010-6D)最大点位误差 MS1.51 mm最弱边边长相对中误差 1/348 万最后，主体建筑物区首级水平控制网各点的坐标取用两次观测值的联合平差成果，滑坡体区首级水平控制网各点的坐标取用两次观测平差结果的平均值。四、首级
7、水平控制网的复测为监测各平面基准点的稳定性，于 1996 年 12 月至 1997 年 1 月进行了第一次复测，于 1997 年 10 月至 11 月又进行了第二次复测，复测结果如表 4、表 5 所示。http;/ 测绘信息网表 4第一次复测成果(平差后)测角中误差 M0.40测边中误差 (0.13 mm+0.1310-6D)最大点位误差 MS1.70 mm最弱边边长相对中误差 1/705 万表 5第二次复测成果(平差后)测角中误差 M0.25测边中误差 (0.12 mm+0.1210-6D)最大点位误差 MS0.64 mm最弱边边长相对中误差 1/374 万五、确保成果质量的措施1. 为达到
8、各基准点稳定的要求，以上 7 个平面基准点均设置为基岩标。2. 为了减小仪器与觇牌的安置误差，在观测墩顶面设置了强制对中设备。http;/ 测绘信息网3. 为了保证基准点的安全，在观测墩的外部加设了保护钢管，在观测墩的顶部加设了钢质专用保护帽。4. 为预防观测墩受阳光直射产生扭曲变形，影响平面测量的精度，建造了保护房或遮阳亭。http;/ 测绘信息网5. 在观测中，为提高观测精度，均采取了许多相应措施，如：在http;/ 测绘信息网ME5000 测距中，为减小气象元素的测定误差，我们规定，温度计应尽量悬挂在与仪器同高且通风的观测棚口，且不让阳光直射，湿度计加水时，为消除水源的影响，应提前 10
9、 min 加水并通风，读数时要平视。另外，为减小外界温度与仪器内部温度不一致所引起的测量误差，我们规定，观测时应提前 30 min 把仪器置于测站附近阴凉处。6. 为减小首级水平控制网边长投影时长度变形，主体建筑物区控制网边长投影至小浪底工区平均高程面(200 m 面)。7. 为增加成果的可比性，每次观测所采用的仪器、设备、观测方法及观测精度指标均相同，平差计算方法相同。8. 为保证边长的改平精度，技术设计阶段对各边所需的高差精度进行了估算，并依此对各平面基准点的高程进行了相应等级的水准联测，斜距改平时采用已知高程时的改平模式，并顾及了仪器高和棱镜高。每次复测斜距改平时，经检测各基准点的高程的
10、变化量在限差范围内。为增加成果的可比性，第一、第二次复测斜距改平所用各基准点高程仍采用基准值观测斜距改平时所用高程。http;/ 测绘信息网六、首级水平控制网稳定性分析1. 各期观测秩亏自由网平差结果由于我们事先无法预知哪些点是稳定的，因此，讨论水平基准点的稳定性，应采用秩亏自由网平差方法处理。为使各期观测成果具有可比性，平差时，各期网点近似坐标均采用同一数据，平差计算结果见表6、表 7。 表 6各期观测秩亏自由网平差结果/mm固 1 固 2 固 3 固 4 HG01 HG02 HG03点名测次X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y首次 23.0 20.8 42.5 63.6
11、52.3 33.2 85.0 33.0 39.6 55.4 87.8 84.5 19.1 44.1复1 23.3 21.7 44.6 62.2 51.3 33.4 83.5 33.2 39.3 56.4 88.3 84.2 18.9 43.4复2 22.2 21.7 46.4 63.8 51.3 31.8 83.0 33.2 39.5 55.5 88.0 84.5 19.0 44.0表 7各期复测各点位移量统计表/mm固 1 固 2 固 3 固 4 HG01 HG02 HG03点名测次X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y复1 +0.3 +0.9 +2.1 -1.4 -1.0
12、+0.2 -1.5 +0.2 -0.3 +1.0 +0.5 -0.3 -0.2 -0.7复 -0.8 +0.9 +3.9 +0.2 -1.0 -1.4 -2.0 +0.2 -0.1 +0.1 +0.2 0.0 -0.1 -0.1http;/ 测绘信息网22. 首级水平控制网稳定性检验从表 7 可看出，滑坡体区水平基准网点 HG01、HG02、HG03 位移量较小，另外，从实际情况知道，3 个基准点均在大坝上游 5 km 以上，在施工沉陷区以外，可判定为无位移现象。这 3 个基准点目前是稳定的。主体建筑物区水平基准网点位移量较大，为弄清这些差值是观测过程中测量误差带入的，还是水平基准网点本身的变
13、形所致，下面用 F 检验方法来验证主体建筑物区首级水平控制网点的稳定性。设两期成果的坐标差矩阵为d=X i-X0其中：http;/ 测绘信息网由坐标差可按下式计算单位权方差：式中，p dQ -1d(Qd为控制网点未知坐标的协因数矩阵)，f 为独立的 d 的个数。另外由于两期观测采用同样的仪器和方法，且网形不变，由观测值的改正数计算单位权方差的公式如下：http;/ 测绘信息网作统计量 http;/ 测绘信息网选取置信水平 ，以第一自由度 f 与第二自由度 2(n-r)为参数，从 F 分布表中查得分位值 F 。若 FF ，则控制网中存在动点；否则各控制网点均无显著位移。本网中第一自由度 f=8，
14、第二自由度 2(n-r)=18，选取 0.05，计算及查表结果见表 8。http;/ 测绘信息网表 8主体建筑物区首级水平控制网点稳定性检验项目测次 2 2 F F 检验结果复 1首次 1.052 0.629 1.67 2.51 FF由表 8 检验结果可知，第 2 次复测时，主体建筑物区首级水平控制网中存在有动点。现剔除位移量较大的固 2 点，重新对第 2 次复测与首次观测作 F 检验，计算得 F1.14。此时以第一自由度 f6，第二自由度 2(n-r)18，选取 0.05 查表得分位值 F 2.66，FF ，则网中不再存在有动点。七、结论与建议根据以上检验分析，固 2 有明显位移现象，变形方
15、向为向北位移。从实际情况知，固 2 由于受 4 号公路开挖岩体卸荷及山体滑坡的影响，基础岩体亦随之下滑，滑坡方向为西北方向，这与 F 检验分析得出的结论基本吻合，因此，可判定固 2 有明显位移。主体建筑物区其余三个固定点以及滑坡体区三个固定点可判定为是稳定点。http;/ 测绘信息网根据我们的工作经验特提以下两点建议：1. 小浪底水利枢纽外部变形观测首级水平控制网，担负着小浪底整个外部变形观测系统的重任，因此，对该网的稳定性应定期进行监测，为该工程整个外部变形观测系统提供准确的参照基准，确保该工程安全运营。2. 为减小气候条件不同对观测成果的影响，增加成果的可比性，建议每次复测时间选择在同一季节，最好是在同一月份，经过历次观测实践证明，每年的 1
