全站仪三维坐标测量配合百分表在超大机组蜗壳位移监测中应用研究(定稿).pdf

全站仪三维坐标测量配合百分表在超大机组蜗壳 位移监测中的应用研究 张 龙 李德志 杨松 （中国水利水电第三工程局有限公司） [摘要] 向家坝水电站坝后厂房共布置4台单机容量800MW的水轮发电机组。蜗壳二 期砼平面尺寸为36.8m×37.5 m，浇筑高程范围EL251.00 m～EL266.19 m，蜗壳二期砼 平面尺寸大、体型结构复杂等特点，施工过程仪器设备的堆放和高频振捣器振动及混凝 土的抬动作用、外界温度变化等，使得金属蜗壳、座环应力复杂，不均匀受力，进而产 生位移、变形，如何保证蜗壳二期砼施工，尤其第一层混凝土浇筑过程中座环与蜗壳的 位移及变形的控制，更为关键。向家坝水电站坝后厂房蜗壳二期砼施工过程中，利用全 站仪三维坐标测量配合百分表对蜗壳与座环进行位移监测，全站仪三角高程简易测量方 法及平面坐标交会法的应用，及百分表的合理布设，弥补其监测精度不足，提高整体监 测精度，为砼浇筑决策提供数据支撑，并有效控制蜗壳与座环位移量，取得了良好效果。 [关键词] 蜗壳 全站仪 百分表 三维坐标 测量 位移监测 一、引言 超大机组蜗壳二期砼施工是难点问题，尤其第一层砼施工浇筑。混凝土与蜗壳底部 接触，势必产生抬动作用，高频振捣器的振动，混凝土水化热及外界温度的变化等，使 得机组金属蜗壳与座环产生位移形变。向家坝水电站在蜗壳二期砼施工过程对其进行三 维监测，运用“小表小控制，全站仪大控制”方法。所谓“全站仪大控制”是利用高精 度的监测控制网对金属蜗壳进行水平位移、高程三维坐标适时监测，防止混凝土施工过 程中蜗壳与座环侧滑等大尺度偏移，“小表小控制”是利用百分表弥补全站仪监测过程 中精度不足的缺陷，布置与座环内部，分径向及铅锤方向布置。百分表监测精度为 0.01mm，且灵敏度较高，可以监测到蜗壳施工工程中瞬间位移及振动等。两种仪器设备 的优势互补，及合理的布控方案，为蜗壳与座环的位移监测，提高效能。 二、向家坝水电站坝后厂房主体工程蜗壳位移监测 1、全站仪的布设及施测 全站仪布设在安装间与金属蜗壳顶部高程262m相当的位置，以减小全站仪观测仰俯 角度较大，所造成高程误差。如图1所示，分别将两台全站仪架设在控制点KZD-A、KZD-B， 在蜗壳顶部+X、+Y等点图示位置布置觇标。以四台机组中心线分别建立独立坐标系， 以+X、+Y方向为坐标正方向，将控制点坐标转化为独立坐标系中的相对位置，进行施 测。这样监测结果会直观，方便现场混凝土浇筑决策。 1 1 图11 1、1平面坐标测量 平面坐标采用角度交会或距离交会，考虑到安装间内部大气压、湿度、温度、粉尘 等对测距影响较大，选择角度交会法更为精准。在三角形AB-Y中，观测角度A及B， 利用戎格公式求解-Y点坐标，戎格公式： X cotA+X cotB-Y +Y X = b a b a （1） p cotA+cotB Y cotA+YcotB+X −X Y = b a b a （2） P cotA+cotB 利用此方法依次得到-X、+Y、+X点坐标。对于坐标求解，可用可编程计算器现场 编辑公式计算，使得快捷简便。 1、2高程测量 高程测量采用全站仪三角高程简易测量方法。避免仪器高、棱镜高的引入产生的误 差，使得高程监测更为精准。 1、2、1三角高程简易测量方法的介绍 如图2所示：S为A、B两点的水平距离；a为在B点观测A点时的垂直角；i为测 站点的仪器高；r为棱镜高；H 为A点高程；H 为B点高程；V为全站仪望远镜和棱镜A B 之间的高差（V=Stana）；由图2可知： H=H+r-Stana-i （3