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1、大坝平面监测网执行规范若干问题的讨论邱山鸣（中国水电顾问集团中南勘测设计研究院,湖南长沙,410014）摘 要：大坝平面监测网由于其布网目的和精度有别于大地控制网和其它工程测量控制网，执行规范和观测限差有其特殊性，严格执行国家等级测量规范明显不合适，本文就大坝平面监测网执行规范和观测限差若干问题进行讨论，选择合适的作业过程规范，并对有关观测限差条款进行讨论，供有关技术人员和规范修订者参考。关键词：平面监测网 执行规范 观测限差1 概述大坝平面监测网的布网目的一是为大坝平面监测系统提供统一的基准，二是监测近坝区岩体的变形，特点是网形受限制、观测等级高、点位精度高，平面监测网最终精度指标一般是点位
2、精度，大坝变形监测设计时通常执行中华人民共和国能源部水利部混凝土大坝安全监测技术规范（GB50026-93），该规范规定近坝区岩体水平位移的位移量中误差限差为2.0mm，这一标准通常作为监测设计时平面监测网最弱点点位精度标准。对于不同类型的控制网，由于布设目的不同，最终精度的要求也不同，监测网主要精度指标是最弱点点位精度，而对于施工控制网和其它工程测量控制网，由于布设目的不同，其最终的精度指标通常是最弱相邻点边长相对中误差、最弱相邻点相对点位中误差或平均边长相对中误差。衡量控制网的整体质量准则一般来说是精度和可靠性，对于变形监测网还有灵敏度即变形的可发现性，因此混凝土大坝安全监测技术规范（GB
3、50026-93）明确规定监测网设计时可靠性评价，可靠性因子不宜小于0.2。正是因为监测网布置的目的和精度指标有别于大地控制网和其它工程测量控制网，在实施过程中机械地执行国家等级测量规范明显是不合适的，本文就大坝平面监测网执行规范和观测限差若干问题进行讨论，选择合适的作业过程规范和观测限差，供同行实施在平面变形监测网时参考。2 主要技术规范及主要技术指标的讨论2.1 主要技术规范对于大坝平面监测网，可执行的规范有：1）中华人民共和国电力标准混凝土大坝安全监测技术规范（DT/T5178-2003）；2）中华人民共和国行业标准水利水电工程测量规范（规划设计阶段）（SL 197-97）；3）中华人民
4、共和国行业标准水利水电工程施工测量规范（SL52-93）；4）中华人民共和国电力行业标准水电水利工程施工测量规范（DL/T5173-2003）；5）中华人民共和国国家标准工程测量规范（GB50026-93）。以上规范涉及到作业要求时均关联下列国家规范：1）中华人民共和国国家标准国家三角测量规范（GB/T17942-2000）；2）中华人民共和国国家标准中、短程光电测距规范（GB/T16818-1997）；3）中华人民共和国国家标准一、二等水准测量规范（GB/T12897-1995）（与本文讨论内容无关）。2.2 主要技术指标及相关规定：1)混凝土大坝安全监测技术规范（DT/T5178-2003
5、）该规范规定了变形监测的测量中误差不应大于下表1：表1 变形监测的精度项 目位移量中误差限值近坝区岩体和高边坡水平位移mm2.0滑 坡 体水平位移mm3.0规范同时规定边角网设计时应作可靠性评价，可靠性因子值不宜小于0.2，并保证测点在指定方向的位移量中误差不大于上表中的规定。2)水利水电工程测量规范（规划设计阶段）（SL 197-97）该规范将大坝平面监测网划归为专业平面控制网并根据精度要求和实际条件选用专一级和专二级控制网，明确专一级适用于重力坝、拱坝、支墩坝变形监测，近坝区危岩变形监测，稳定期地形变监测；专二级适用于堆石坝变形监测，滑坡体和高边坡变形监测，蠕动期地形变监测，主要技术指标和
6、限差见下表2：3）水利水电工程施工测量规范（SL52-93）明确是施工期监测，对施工区滑坡监测、高边坡开挖稳定性监测等有明确规定，但表2 专业平面控制网主要技术要求和限差等级平均边长测角中误差测距中误差最弱点点位中误差最弱相误差椭圆长半径专一1.0km0.51.3mm1.3mm1.0mm专二1.5km0.72.5mm2.5mm2.0mm对大坝平面监测网没有明确规定相关要求，参照执行DT/T5178-2003。4）水利水电工程施工测量规范（DL/T5173-2003）本规范与水利水电工程施工测量规范（SL52-93）基本相同，对大坝平面监测网没有明确规定相关要求，参照执行DT/T5178-200
7、3。5）工程测量规范（GB50026-93）水平位移监测网的主要技术要求如下表3（三等、四等未列）。值得一提的是中华人民共和国行业标准土石坝安全监测技术规范（SL60-94）对作为观测基点的监测网没有作任何规定，变形监测网是大坝变形监测中重要技术手段，特别是对蓄水前后近坝区岩体的变形监测是相当重要的，同时在土石坝变形监测的实际工作中已普遍应用，对于专业的监测技术规范没有相应的条款来具体规范，笔者认为是不合适的。表3 水平位移监测网的主要技术要求等级平均边长相邻基准点的点位中误差测角中误差最弱相边相对中误差一等300m1.5mm0.71/250000150m1.01/120000二等300m3.
8、0mm1.01/120000150m1.81/700002.3 主要技术指标的讨论（1）平面监测网等级划分的讨论从执行规范的层次来讲，首先无疑应该执行T5178-2003，但该规范是大坝安全监测纲领性规范，偏重于监测设计，实测时可操作性有一定的限制。该规范按工作顺序规定了：一是监测网最弱点位移量中误差限差（即近坝区岩体水平位移量中误差）不大于2.0mm、可靠性因子不宜小于0.2；二是测角中误差不得大于0.7、测边使用优于1.0mm1ppm测距仪测量；三是一般按方向观测方观测12测回，按规范规定的限差和程序作业（下面再专门讨论）。并没有对监测网等级进行划分，也就是说不管大坝等级和规模、监测网网形
9、、边长的长短，都是采用同一等级的作业程序和规定、使用同一等级的测量仪器和设备、最终达到一样的最弱点中误差，这一过程值得探讨。在同等仪器和同一作业技术指标的情况下，监测网平均边长的长短决定了最弱点精度（当然还有网形等其它因素）、笔者认为监测网实施正确的工作程序应该是根据工程规模和监测目的（关于根据监测目的确定观测精度的问题详见作者混凝土大坝变形观测必要精度的探讨一文）来确定监测网等级、根据监测网等级选用适当仪器、最后根据等级和仪器确定作业限差，这样作业成果必然会达到相应等级的精度要求。在上列规范中，SL 197-97对专业平面控制网进行了等级划分，其中专一、专二级适用于变形监测，GB50026-
10、93也对水平位移监测网划分了4个等级，但由于行业的差别，该规范并不适合大坝变形监测。笔者认为在监测专业规范中平面监测网可划分二个等级（姑且称为监一级和监二级），以适用于不同规模和不同监测目的的工程要求。（2）主要技术指标的讨论DT/T5178-2003主要技术指标是最弱点位移量中误差，SL 197-97主要技术指标包括了平均边长、测角中误差、测距中误差、最弱点点位中误差等，值得注意的是DT/T5178-2003使用的是最弱点位移量中误差，而SL 197-97使用的是最弱点点位中误差，两者有的关系：主要技术指标的确定应依据需要和可能两个原则，需要是指根据工程等级、坝型、库容、监测目的及有关变形计
11、算成果等工程指标而必须达到的精度指标；可能是指在网形（边长、图形等）确定的情况下、拟投入的仪器设备可能达到精度指标，精度指标的确定实际是寻找到需要与可能的平衡点。DT/T5178-2003规定监测网最弱点位移量中误差不大于2.0mm作为监测网最高一级（即监一级）是合适的，但不应是所有大坝监测网唯一的标准。要知道水电站大坝的网形条件是极受限制的，一般不会太好，以笔者手头的资料及工作经验，如果平面监测网的平均边长大于1km，以DT/T5178-2003规定的仪器和限差作业要达到2.0mm的精度标准并不容易。SL 197-97专业控制网主要技术要求是依据很多统计资料制定的，其中专一网的精度标准与DT
12、/T5178-2003基本相同，最弱点点位中误差1.3mm相当于位移量中误差1.84mm，但它明确规定了平均边长1.0km、测角中误差0.5、测距中误差1.3mm，实践证明只要满足上列要求，基本可以保证达到最终精度标准。也就是说在基本同一精度标准时SL 197-97比DT/T5178-2003更具操作性。对于边长较长或控制范围较大和边长较短但仪器标准较低的平面监测网而言，要达到上述精度标准是极其困难的，事实有相当数量的大坝监测仪器的投入是有限的，这就要求有较低一级的标准来规范，这就笔者提出的监二级网，监二网适合于平均边长大于1km、图形强度不佳、即使是以目前的技术条件下最高作业级别也无法达到最
13、弱点位移中误差2.0mm的监测网和平均边长虽小于1km但仪器设备投入有限或本身精度要求不高的监测网。因此笔者斗胆提出大坝变形监测网主要技术要求和限差建议方案如下表4，表4的技术指标一是分两个等级适合范围更广一些，二是各项技术指标更明确一些，笔者清楚地知道一项技术指标是要通过准确的理论计算和大量的统计资料才能确定，表3只是作为一个具体操作者的一个建议。表4 大坝变形监测网主要技术要求和限差等级平均边长测角中误差测距中误差最弱点位移值中误差监一1km0.51.3mm2.0mm监二1km0.51.3mm3.0mm1km0.72.5mm在按现行规范作业时，笔者建议涉及到平面监测网技术指标时建议按SL
14、197-97执行。3 作业限差的讨论3.1 观测仪器与方法DT/T5178-2002规定水平角观测应用J1型经纬仪或精度不低于J1型经纬仪的全站仪进行,测距用标称精度优于1mm1/106D测距仪或全站仪直接测量；SL 197-97规定专一、专二级网使用DJ1型经纬仪或0.5级电子经纬仪进行测角，专一级使用测距仪标称精度不低于0.2mm+1ppmD测距仪、专二级使用测距仪标称精度不低于1mm+1ppmD测距仪测边；国家三角测量规范（GB/T17942-2000）规定国家一、二等三角测量使用DJ07、DJ1级经纬仪观测，中、短程光电测距规范（GB/T16818-1997）规定二等使用、级测距仪（测
15、距仪等级划分：级测距标准偏差、级测距标准偏差），该规范所指的中距离测距仪为3km至15km，短距离测距仪为短于3km，因此大坝平面监测网所测边长均为短距测量。从上述规范可以看出：用于大坝变形监测网的测角仪器可使用J1（1）、J07（0.7）和0.5级3个级别的测角仪器，测距仪器应使用级测距仪。考虑到大坝平面监测网边长都较短（相对大地网而言），一般采用方向观测法，现在的电子仪器特别是目前变形监测普遍采用的TCA2003测量机器人作业时也更适合方向观测法，当然也不能排除一些特殊的网形特别是边长相差大多的网形或采用传统光学仪器时采用全组合观测法。因此平面监测网规范均明确了可采用方向观测法也可采用全组合测角法。3.2 测回数DL/T5178-2003明确规定水平角观测方向观测法12测回，全组合观测法方向数mn=24(25)；相当于国家三角测量规范（GB/T17942-2000）二等三角观测（如按J1
