作者：程改芳 马福恒 叶伟
来源：《人民黄河》2020年第06期
摘要：土石坝外部变形监测是掌握大坝安全运行性态的重要基础工作，土石坝具有自身变形特征，不能像混凝土坝那样使用引张线仪、静力水准仪实现自动化监测，如何快速准确地监测土石坝表面变形一直是坝工界的难题。结合河南省陆浑水库大坝实际，开展土石坝表面变形自动监测系统方案设计、系统实施及观测资料可靠性分析，评价大坝变形安全性态。实施效果表明，GeoMOS远程控制机器人能够做到快速响应、准确控制，测量机器人的ATR功能识别准确、高效精准，能够实时掌握大坝各测点的位移情况，极大降低了测量人员的内、外业工作量，可为大坝安全运行提供技术保障，也可为同类型大坝的变形自动监测提供借鉴。 关键词：大坝表面变形;自动监测;资料分析;测量机器人;陆浑水库
中图分类号：P204;TU196+.1文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.034
Design and Practice on Automatic Monitoring System for Luhun Earth-Rock Dam Surface Deformation
CHENG Gaifang1， MA Fuheng2，3， YE Wei2
（1.Henan Management Bureau of Luhun Reservoir， Luoyang 471003， China;
2.Dam Safety Management Department of Nanjing Hydraulic Research Institute， Nanjing 210029， China;
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3.Dam Safety Management Center of the Ministry of Water Resources， Nanjing 210029， China）
Abstract：External deformation monitoring of earth-rock dams is an important part of controlling safe operation behavior of dams. Due to the deformation characteristics of earth-rock dams， it is impossible to use tension line instrument and static level instrument to realize automatic monitoring as used on concrete dams. How to monitor the surface deformation of earth-rock dam quickly and accurately has been a difficult issue to be solved urgently in dam engineering field. Based on the actual situation of Luhun Reservoir in Henan Province， the scheme design， system implementation and reliabilit
y analysis of observation data for automatic monitoring system of surface deformation were carried out and the safety state of dam deformation was evaluated. The implementation results show that GeoMOS remote control robot can achieve fast response and accurate control. The identification process of the measuring robot ART is accurate， efficient and accurate， which can grasp the displacement of the dam in real time and greatly reduce the workload of the surveyors both inside and outside. It can provide a technical guarantee for the safe operation of the dam. It can provide reference for automatic monitoring of deformation of similar dams.玻璃钢冷却塔图解
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Key words： dam surface deformation; automatic monitoring; data analysis; measurement robot; Luhun Reservoir
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土石壩填筑材料的离散性、非刚性造成坝体变形的非一致性。依据规范[1]，土石坝表面变形包括水平位移和垂直位移，3级建筑物以上为必测项目。非山区水库大坝一般较长，表面变形测点布置较多，观测工作强度大，观测频次少，不能及时掌握大坝变形状态。鉴于土石坝的变形特征，也不能像混凝土坝那样使用引张线仪、静力水准仪实现自动化监测，
如何快速准确地监测土石坝表面变形一直是坝工界的难题。杨超等[2]、王豪威等[3]以某水电站大坝位移监测项目为例，研究了MT50全站仪的自有设站、监测精度分析方法以及需要注意的事项;孙华芬[4]在地质调研基础上，建立了M30+GeoMOS尖山磷矿边坡自动监测系统，研究了监测数据的预处理方法及边坡综合预测预报模型;张维[5]分析了徕卡M50全站仪特性，并阐述了该设备在地铁、高铁及大坝等领域的监测方法;王洪[6]以济南市一条污水管道线中的闸道变形观测为例，采用TS30超高精度全站仪结合自由设站法，使其观测精度实现毫米级;管真等[7]在分析MS50全站扫描仪特点的基础上，研究了扫描数据直接进行点云拼接的精度，验证了全站扫描仪在地表变形监测中应用的可行性;吉晓辉[8]基于网络版全站仪自动化监测模式，对高精度、高稳定性这两个重要监测因素进行剖析，利用自主研发的监测系统对某广场基坑变形进行了应用，验证高精度、高稳定性全站仪自动化监测技术的可靠性;杨浩[9]研究了全站仪任意位置设站观测各点三维坐标的方法，给出了观测值及精度计算公式，并应用于实际工程中;王举等[10]采用三维激光扫描技术对土石坝表面水平与垂直位移进行监测分析，结果表明该技术能够满足水库大坝变形分析计算的要求;马福恒等[11]在对土石坝表面变形监测方法系统研究的基础上，提出了采用高精度全站仪MS50+ GeoMOS的方法实现土石坝全自动监测，并研究了监测数据可靠性判别方法及预警模型，
减小了土石坝表面变形监测的工作强度。笔者结合河南省陆浑水库土石坝表面变形监测实际，给出了MS50+ GeoMOS系统的设计方案、实施过程以及监测数据处理方法等，以期为同类型大坝的变形自动监测提供借鉴。
1方案设计
1.1工程概况
阻塞密度>硒化卡拉胶 陆浑水库位于黄河支流伊河中游，坝址位于河南省嵩县境内。水库控制流域面积为3 492 km2，总库容为13.2亿m3，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、养殖、城市供水和旅游等综合利用的大（1）型水利枢纽。该水库于1959年12月动工兴建，1965年8月建成。由于存在安全隐患，因此在1986—1988年进行了一期除险加固，2001年又进行了应急加固，2003—2006年再次进行了除险加固，目前大坝运行性态正常[12]。
大坝为黏土斜墙砂卵石坝，坝顶高程333.0 m，上设1.2 m高的防浪墙，最大坝高55.0 m，坝顶长710.0 m、寬8.0 m，坝基采用黏土截水槽防渗，并辅以84.0 m长的水平铺盖。上游坝坡坡比为1∶3.5～1∶3.25，高程300.0 m以上为六棱柱形混凝土块护坡，300 m以下为块石护坡;下游坝坡坡比为1∶2.75～1∶2.5，均为卵石护坡。
大坝表面变形监测点布设于水库建成之初，为水平位移和垂直位移的共用标点，由于当时使用的是自制的位移标点（普通钢板加工而成），锈蚀严重无法继续使用，因此在1990年由武汉水利电力学院设计、水库管理单位施工建成现在的观测位移基点。使用蔡氏010B经纬仪，采用中间设站、分段观测的方法进行大坝水平位移观测，但视准线长的问题没有得到根本解决，视线模糊、容易受天气影响等问题继续存在，精度很难保证。垂直位移采用蔡氏NI007水准仪进行观测，精度可以保证。
该水库承担着洛阳市防洪、黄河下游防洪和自身保坝三大防洪任务，并和小浪底、三门峡、故县水库联合运用，削减三门峡至花园口区间洪水，水库下游有洛阳、郑州、开封3个重要城市，还有陇海、焦枝、京广3条铁路干线和连霍、宁洛等高速公路以及著名的世界文化遗产龙门石窟，其运行安全至关重要，需要及时掌握大坝变形性态，为此水库管理单位于2018年委托水利部大坝安全管理中心对大坝表面变形自动监测系统进行方案设计[13]。
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