大型地下發(fā)電廠房無尺收斂監(jiān)測方法及應(yīng)用為了保障大型地下發(fā)電廠房施工期的安全，達到及時反饋設(shè)計指導(dǎo)施工，結(jié)合地下發(fā)電廠房工程特點，如采用傳統(tǒng)收斂計（有尺收斂）監(jiān)測，受工作條件限制較大。在介紹傳統(tǒng)收斂（有尺收斂）監(jiān)測方法的基礎(chǔ)上，主要說明采用全站儀（斷面儀）相對三維位移觀測法、絕對三維位移觀測法收斂監(jiān)測的原理。在工程實際應(yīng)用中有尺收斂測量方法精度可靠，但對于開挖斷面較大且開挖高度較高的地下發(fā)電廠監(jiān)測需要登高設(shè)備配合工作，操作不便，有造成工作成本高和影響施工較大。相對三維位移監(jiān)測法和絕對位移監(jiān)測法可迅速測出收斂位移變化值；采用全站儀（斷面儀）可實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，且可實現(xiàn)全天候無人值守，連續(xù)監(jiān)測地下發(fā)電廠房圍巖收斂變形。關(guān)建詞：地下發(fā)電廠房無尺收斂監(jiān)測前言“探水”、“治水”、“防塌”和“高邊墻穩(wěn)定”是大型地下發(fā)電廠房施工的四大技術(shù)難點，是工程施工成敗的關(guān)鍵，而變形監(jiān)測在大型地下發(fā)電廠房施工中對于預(yù)測塌方和檢查高邊墻是否穩(wěn)定對工程安全起著十分重要的作用。為了及時給施工提供準確的圍巖變化信息，便于指導(dǎo)施工和改進施工技術(shù)工藝，確保工程安全和驗證施工質(zhì)量，大型地下發(fā)電廠房開挖及支護施工期必需對圍巖的收斂、位移和結(jié)構(gòu)愛力狀態(tài)等進行監(jiān)測。限于篇幅，本文僅對地下發(fā)電廠房施工期的采用收斂監(jiān)測方法進行說明。２、收斂監(jiān)測方法2.1有尺收斂監(jiān)測法在開挖至預(yù)設(shè)定斷面（高程）1m或通過開挖斷面后的兩天內(nèi)沿開挖面拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測樁。測樁深度一般為30cm，鉆孔直徑不小于42mm，并用快硬水泥或早強濟固定。由2～5人專門負責收斂儀現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。有尺收斂監(jiān)測是傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，雖然監(jiān)測精度高，硬件成本低，但對于大型地下發(fā)電廠房施工期監(jiān)測當開挖達到一定高度后將無法正常觀測。2.1相對位移監(jiān)測法首先在監(jiān)測斷面上預(yù)埋設(shè)若干錨桿，并在錨桿端部做成平面，貼上反射片，然后在距離監(jiān)測斷面30m～50m的地方安置全站儀，以全站儀上上次內(nèi)存定義的任意坐標作為假定坐標系，用坐標測量法測出測點的任意坐標系的三維坐標（任意設(shè)測站，無需測站坐標和已知定向方位）。2.3絕對三維位移觀測法相對位移觀測法中如果把全站儀架于已知點上或者與已知基準聯(lián)測，即可絕對三維位移監(jiān)測。其優(yōu)點是：收斂變形表現(xiàn)為三維坐標量的絕對變化，可以客觀的反應(yīng)出測點的變形情況；收斂監(jiān)測可以和測量共用一套設(shè)備，節(jié)省人力、物力。但絕對位移觀測法需在廠內(nèi)設(shè)置后視基準點，且還需埋設(shè)觀測墩，作為固定工作點安置全站儀。2.4無反射棱鏡自動跟蹤圍巖收斂變形系統(tǒng)無反射棱鏡自動跟蹤圍巖收斂變形系統(tǒng)其實是采用斷面掃描系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)可對地下發(fā)電廠房已經(jīng)形成開挖面進行自動掃描（視監(jiān)測工作需要，可設(shè)幾十上百個監(jiān)測點），并通過連線與計算機連接，可即時觀測到整個地下發(fā)電廠房的圍巖收斂變形。且可以在幾分鐘內(nèi)完成一個監(jiān)測斷面的掃描和計算，根據(jù)監(jiān)測精度要求可加密或減少測點數(shù)，并可對地下發(fā)電廠房的一些特征點進行多次掃描，消除或減小測量誤差，提高測量精度。該系統(tǒng)實際上是對巴賽特收斂系統(tǒng)為數(shù)不多的測點進行大量擴充。將實測斷面與未發(fā)生變形前的原斷面進行比較，既可計算得出整斷面的變形變形，能更好地反映圍巖的變形情況。系統(tǒng)具有自動化程度高、精度高等特點。2.5自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)一個完整的自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是指在無需操作人員干預(yù)的條件下，實現(xiàn)自動觀測、記錄、處理、儲存、報表編制、預(yù)警預(yù)報等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個系統(tǒng)包括：TCA自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計算機與專用軟件。該系統(tǒng)的實質(zhì)是把無反射棱鏡自動跟蹤斷面儀圍巖收斂變形系統(tǒng)中對固定斷面任意監(jiān)測點的掃描變成任意斷面固定點的掃描。2.5.1TCA自動化全站儀TCA自動化全站儀能夠自動整平，自動調(diào)焦距，自動正倒鏡觀測，自動進行誤差改正，自動記錄觀測數(shù)據(jù)，其獨有的ATR（AutomaticTargetRecognition，自動目標識別模式，使全站儀能自動目標識別，操作人員一旦粗略瞄準棱鏡后，全站儀變會自動搜尋到目標，并自動瞄準，不再需要精確瞄準和調(diào)焦距，大大提高了工作效率。TCA2003是LeicaTCA自動化全站儀中的一種，該儀器測角精度為015＂，測距精度為（1±10-6）mm?？赏ㄟ^專用軟件來控制觀測目標和設(shè)定觀測周期。2.5.2Leica標準精密測距棱鏡棱鏡作為觀測標志，利用膨脹螺絲固定在發(fā)電廠房已開挖面任意點，其數(shù)量可按實際需要設(shè)定，該標志能讓TCA2003自動跟蹤鎖定，以實施精密測角和測距。2.5.3計算機計算機利用電纜和全站儀連接，并安裝有專用軟件以實現(xiàn)整個監(jiān)測過程的全自動化，既能全站儀按特定的測量程序采集監(jiān)測點數(shù)據(jù)，并將測量成果實時進行處理，以便及時發(fā)現(xiàn)錯誤，杜絕返工，也可對各觀測周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲并生成監(jiān)測報告。其它設(shè)備其它設(shè)備包括溫度計、氣壓計、濕度計、連接電纜、外接電源等；溫度計、氣壓計、濕度計用于測定空氣的溫度、壓力和濕度，將測定結(jié)果輸入到計算機中，對觀測結(jié)果進行修正，以提高觀測精度。實時控制軟件GeoMosMonitor是專門用于監(jiān)測的與TCA2003全站儀配套的變形測量軟件，其在Windows環(huán)境下運行，并將數(shù)據(jù)存儲在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，它既可按操作系者設(shè)定的測量過程和選定的基準點、觀測點進行相應(yīng)的測量處理，也可快速建立三維坐標、位移量及其它相關(guān)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速存儲、檢索、編輯，可實時處理或后處理，能實現(xiàn)顯示圖形或后顯示。后處理軟件采用自己編輯的軟件，利用GeoMos的軟件接口，對測量數(shù)據(jù)進行后處理，按施工方要求的格式將監(jiān)測點的位移變化轉(zhuǎn)化為標準圖表的形式直觀表達出來，繪制出監(jiān)測報表和位移由線，自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報警以報表生成的功能，可發(fā)根據(jù)用戶要求提供報表的形式。3.工程實例工程概況雅龍江錦屏一級水電站地下發(fā)電廠房尺寸為276.99m×25.6m×68.8m；開挖第一、第二層時采用有尺收斂進行人工觀測，有尺監(jiān)測如圖1所示，之后由于高度大于10m如采用有尺收斂監(jiān)測必須利用臺車、吊車等登高設(shè)備進行，這將給工程施工帶來較大的干擾影響。監(jiān)測方法該工程地下發(fā)電廠房采用了全站儀三維絕對坐標測量法來進行圍巖收斂監(jiān)測，無尺監(jiān)測如圖2所示。測點由反射膜片及小支架組成。支架嵌入巖體固定。反射膜片貼在支架上作為對中點。全站儀放置在安裝間和空調(diào)機空各設(shè)置的一個工作基點，測量出各測點坐標根據(jù)測量結(jié)果比對初始觀測值計算出相對位移值，同時計算出測點的距離并由此兩點間的收斂值和測點坐標。計算方法坐標方式相對位移值式（1）：式（1）SAB=［（XB-XA）2+（YB-YA）2+（ZB-ZC）2］1π2，SBC=［（XC-XB）2+（YC-YB）2+（ZC-ZB）2］1π2，SCA=［（XA-XC）2+（YA-YC）2+（ZA-ZC）2］1π2。利用坐標計算出兩測點距離及夾角，根據(jù)計算出測點間的距離并由此計算出兩測點間的收斂值式（2）：式（2）D=X2a+X2b-2XaXbcoas測量精度控制隨著土建開挖高度的來斷變化，測點數(shù)量也不斷增加。施工過程中各種機械所產(chǎn)生的煙霧、水汽和振動等因素影響，當全站儀測量距離大于50m時精度有所降低，針對此情況增加了觀測基點且選擇無施工時段或空氣較好時進行觀測，同時還采用多回測次平均值計算法，綜合分析計算解決了測距過大和環(huán)境對測量精度的影響。4.結(jié)語通過實淺證明，在洞室開挖高度較小時采用有尺收斂監(jiān)測是滿足工程需要的，但當高度達到10m以上時然采用有尺收斂監(jiān)測圍巖變形將受到條件限制較大，需采用有效的登高設(shè)備配合工作產(chǎn)生與土建施工相互干擾也較大，且工作成本也較高。絕對三維位移觀測法只需一臺全站儀即可完成作業(yè)，與施工的相互干擾也能降到最低，觀測精度也滿足要求。在具有相對位移觀測法優(yōu)點的同時可完成三維絕對坐標測量，還能反映監(jiān)測點的整體絕對變形信息。不足之處是考慮基點的自身變形，需定期對觀測基點進行校測；由于地下發(fā)電廠房施工期較長且工作持續(xù)在施工過程中所產(chǎn)生的煙霧、水汽等因素影響，采用全站儀測量圍巖收斂時測距離通常不宜超過50m。因此在進行監(jiān)測施工測量時，除選擇作業(yè)時段外還應(yīng)結(jié)合全站儀精度和現(xiàn)場實際合理選取和布設(shè)觀測基準點。選擇使用無尺收斂監(jiān)測系統(tǒng)可減少與土建施