谷幅变形观测可靠性分析

廖年春，陈锡鑫，蔡思思

（1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南省长沙市 410014；2.雅砻江流域水电开发有限公司，四川省成都市 610051）

谷幅变形观测可靠性分析

廖年春1，陈锡鑫2，蔡思思1

（1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南省长沙市 410014；2.雅砻江流域水电开发有限公司，四川省成都市 610051）

本文根据谷幅观测成果与其他类观测成果进行对比分析，论证谷幅观测成果的可靠性和真实性，说明了谷幅观测为一种较好的变形观测手段。

谷幅观测；地层；卸荷裂隙；全站仪；石墨杆收敛计；精度

0 引言

谷幅，是指两岸河谷的宽度。谷幅变形观测就是在河谷两岸按一定要求设立测点，观测两点间距离（即谷幅长度）获得各期长度观测数据，通过对各期观测数据的变化进行分析，获得坡体变形信息的变形观测手段。本文以某大型水电站坝肩边坡典型的谷幅测线PD21～PD42为例，通过同其他类观测成果的对比分析，多角度阐述和论证谷幅变形观测成果的可靠性和真实性。

该大型水电站两岸边坡开挖规模宏大，左岸开挖垂直高度约538m，开口线高程2118m；右岸边坡开挖垂直高度约500m，开口线高程2080m，坝基高程为1580m。为了解两岸开挖边坡变形情况，在河谷两岸布了多条谷幅测线，其中，PD21～PD42谷幅测线，分别由右岸勘探平洞PD21洞口测点、左岸勘探平洞PD42洞口测点以及两平洞内多个变形传递测点组成。

PD21平洞位于右岸开挖边坡1930m高程部位，平洞工程地质揭示结构完整，稳定性较好；PD42平洞位于左岸开挖边坡1930m高程部位，平洞工程地质揭示地层岩性为T2-3Z3（2）、T2-3Z3（3）、T2-3Z3（4）厚层状砂岩夹薄层板岩、板岩、厚-巨厚层状砂岩夹薄层状粉砂岩、粉砂质板岩。洞内分布有断层f42-9、煌斑岩脉X等破碎带及多条强卸荷裂隙。

图1 PD21～PD42布置示意图

PD21～PD42谷幅测线组成示意见图1。其中，在平洞内布设的变形传递测点由平洞最深处至洞口位置，各测点间间距约为50m。左岸PD42平洞观测深度达238m（主洞80m，支洞158m），右岸PD21平洞观测深度达186m。

1 成果分析

本文对PD21～PD42谷幅的变形分析所选取的观测数据时段为2008年8月12日～2013年8月12日期间的观测成果。谷幅观测累计变化量成果见表1。

表1 PD21～PD42谷幅观测累计变化量成果

由表1可知，在2008年8月12日～2013年8月12日间，右岸平洞内两个测段累计变化量较小，分别为3.34mm和-1.43mm。整个平洞测段合计位移为1.91mm，量级相对较小，位移方向指向临空面（河谷方向），观测的变形深度约为186m。

2008年8月12日～2013年8月12日间，左岸平洞位移累计变化量为17.22mm，位移方向指向临空面（河谷方向），观测的变形深度约77m。因该平洞内所布设测段跨越洞内分布的软弱结构面较多，观测岩体变形量相对较大。

期间跨江段谷幅测线变化量为55.52mm，此变化量为两岸测点部位坡体表面共同向临空面（河谷方向）变形的累计结果。

由以上分析可知，右岸测点部位坡体变形量相对较小，谷幅观测变形量主要来自左岸测点部位的坡体。

整线合计位移变化量为36.39mm，主要来自左岸变形，深度达77m，变形方向指向临空面（河谷方向）。

自观测以来，谷幅年度变幅逐步趋缓，表明边坡向临空面（河谷方向）变化逐步趋缓趋稳，各测段年度变化量值衰减趋势如图2所示。

2 对比分析

本章主要从谷幅测段与同步布置的其他类型监测仪器的监测成果进行对比分析。

2.1 与石墨杆收敛计对比

在PD42平洞内同步布设石墨杆收敛计观测仪器，如图1所示。选取石墨杆收敛计与PD42-2～PD42-1测段相同桩号、同时段观测成果进行对比，彼此相互印证在PD42平洞内沿洞轴方向位移监测成果的可靠性。

石墨杆收敛计与PD42-2～PD42-1测段相同桩号、同时段观测成果年度变化量统计见表2。

图2 PD21～PD42谷幅测线年度变化量值衰减趋势线

表2 PD21～PD42与石墨杆收敛计年度变化量成果

图3 PD21～PD42谷幅测线与石墨杆收敛计年度变化量值衰减趋势线

图4 PD21～PD42谷幅测线与石墨杆收敛计累计量观测成果对比

由表2可知，两种观测模式的年度变化量级大小彼此接近，真实反应出PD42平洞内软弱结构面存在一定的位移，两者在量值上存在的少量差异，应属两种观测模式精度所带来的误差。年度变化量对比曲线见图3，累计观测量成果对比曲线见图4。

2.2 与边坡表面测点对比

谷幅与边坡表面测点对比是指谷幅跨江段位移在排除右岸PD21平洞位移、左岸PD42平洞软弱结构面洞段位移的量值之后，与平洞附近的边坡表面测点TPL15的河床方向位移进行比较，边坡表面测点TPL15与谷幅测线位置关系见图5。

图5 边坡表面测点与谷幅测线位置关系剖面图

由表3可知，在2008年8月12日～2013年8月12日间，跨江段位移变化量为55.52mm，该量值包含右岸PD21平洞河床向位移变化量、左岸PD42平洞位移变化量及左岸边坡位移变化量。

左岸PD42平洞观测变化量值见表3。

表3 PD42平洞观测变化量

右岸PD21平洞内观测变化量值见表4。

表4 PD21平洞内观测变化量

由上，根据跨江段位移变化量55.52mm、右岸PD21平洞河床向位移变化量及左岸PD42平洞位移变化量推算左岸边坡位移变化量为：

注：此处使用PD42平洞石墨杆收敛计累计变化量26.2mm，是考虑到测距与石墨杆收敛计观测非常接近及深部卸荷裂隙的变形。

在2008年8月12日～2013年8月12日间，PD42平洞附近的表面测点TPL15河床方向变化量值为：

注：TPL15测点河谷方向的位移是以变形监测控制网点为工作基点，通过交会法观测所得，计算过程略。

由式（1）、式（2）可知，由谷幅测线推算的左岸边坡位移变化量与大地测量所得的表面观测点河床方向位移变化量非常接近，相差仅为0.19mm。

3 相关性分析

以下主要从谷幅跨江测段与边坡开挖支护及大坝浇筑进程相关性进行分析。

3.1 谷幅跨江测段与边坡开挖相关性分析

统计PD21～PD42测线的跨江段变形与左岸边坡开挖进程，绘制相关性曲线如图6所示。

由图6可知，PD21～PD42测线的跨江段变形与左岸边坡开挖施工过程关系密切，在2007年9月～2007年12月初之间，边坡 1850m高程开挖处于暂停时期，PD21～PD42跨江段变形在-14mm左右的波动。边坡1850m高程以下开挖进行时，跨江段谷幅变形有所增大，特别是高程1800～1750m开挖期间，谷幅变形值呈现持续增加趋势。开挖至1700m高程以后，跨江段谷幅的测值随时间仍有少量增加，但变形速率相对前期有所减缓。从图中可知，变形递增主要发生在前期的开挖爆破期间，自2009年4月26日～2009年9月15日时段中，该测段在-56～-57mm前后波动，说明变形平衡的时段出现，主要是坡体大面积开挖、支护工作已基本完成。

图6 PD21～PD42谷幅跨江测段与开挖高程相关性曲线

图7 PD21～PD42谷幅跨江测段与大坝浇筑进程相关性曲线

3.2 谷幅跨江测段与大坝浇筑进程相关性分析

统计PD21～PD42测线的跨江段变形与大坝浇筑进程，绘制相关性曲线如图7所示。

由图7可知，PD21～PD42测线的跨江段变形与大坝浇筑进程无明显相关性。

4 原理简析与精度评定

谷幅观测为距离观测，采用高精度全站仪（如TM30）按一等精度边长观测技术要求，将各测段边长改平（经过仪器常数改正、温度和气压改正、倾斜改正、高程投影面改正）后进行比较，得出各期变形量。

其中，对边长观测影响较大的主要因素来自气象条件，尤其是河谷段边长观测。两岸受光照先后间隔时间较长、温差变化较大且快，所以，在河谷段边长观测时，均采用在固定的观测时间进行，并以最快的观测速度完成观测，以减少因气象条件变化带来的误差影响。平洞内气象条件相对较稳定，对观测结果影响较小。

根据（GB 50026—2007）《工程测量规范》中规定，单位权中误差：

式中：d——各边往返测的距离较差，mm；

n——测距边数；

P——各边距离先验权。

任一边的实际测距中误差：

式中：MDi——第i边的实际测距中误差，mm；

Pi——第i边距离测量的先验权。

经过评定计算，最弱边长相对中误差均优于1/50万；任一边的实际测距中误差均在1mm以内。

5 结束语

由上分析可知，采用谷幅变形观测的手段得出的观测成果精度高，成果真实可靠，方法简单易行，能快速监测到边坡及不利地质结构的变形，值得推广。

[1]张军.寒冷地区面板堆石坝混凝土面板垂直缝止水结构的最新改进［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（1）：112-118.

[2]张家鹤，王建，柴丽莎.混凝土坝变形滞后特征及坝型对其的影响研究［J］.水电与抽水蓄能，2015，1（4）：9-12.

[3]郭熔.响洪甸蓄能电站闸门槽混凝土贯穿性漏水处理施工技术应用分析［J］.水电与抽水蓄能，2016，2（2）：50-55.

廖年春（1973—），男，高级工程师，主要研究方向：岩土工程安全监测工作。E-mail：lnc2001@163.com

Reliability Analysis of Valley Width Deformation Observation

LIAO Nianchun1，CHEN Xixin2，CAI Sisi1
（1.China electric power construction group and mid South design and Research Institute Co.， Ltd.Changsha 410014，China ；2.The Yalong River Hydropower Development Co.， Ltd，chengdu 610051，China）

According to the observation results of Valley width and other observation results are compared and analyzed，The observation results prove reliability of Valley width and authenticity，The valley width measurement is an effective means of deformation observation.

observation of valley width; layer; discharge fracture;total station; graphite rod convergence gauge; precision