大型人防工程變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

摘 要：介紹變形監(jiān)測的意義和重要性，分析了影響人防工程安全穩(wěn)定的因素。給出了人防工程變形監(jiān)測方案設計的注意事項，重點對沉降監(jiān)測中的成果整理、變形分析和預測預報方法進行了介紹。以某工程人防工程為例，通過對該工程實施沉降監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)實際變形量和預測變形量的比較，清楚看出實測的累計沉降量與預測預報的沉降量基本相當，說明可以采用預測方法對沉降趨勢進行預測，為工程施工、運營管理和領(lǐng)導決策提供了第一手資料。

【關(guān)鍵詞】人防工程，沉降監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析

中圖分類號： P258 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

人防工程在建設和運營期間由于各種因素會產(chǎn)生沉降等方面的變形，其安全直接影響建筑物的安全與穩(wěn)定。本文是以人防工程的地表沉降為主線，對地表沉降進行監(jiān)測并進行數(shù)據(jù)分析來研究其穩(wěn)定性。

一、沉降監(jiān)測的概念

人防工程施工初期基坑開挖和建筑物主體工程施工，因荷載變化會引起建筑物自身的沉降。為保證工程施工建設正常實施，須監(jiān)控其沉降過程，得出基礎深陷或回彈的變形量，這種變形監(jiān)測即沉降觀測。

二、沉降監(jiān)測研究現(xiàn)狀

1980年前，變形監(jiān)測主要是采用常規(guī)測量儀器進行，而后， 近景攝影測量得到了廣泛應用，近幾年，數(shù)字攝影測量技術(shù)也在建筑物及滑坡等變形監(jiān)測中得到了成功的應用，目前最新技術(shù)是變形監(jiān)測機器人的應用。

三、人防工程沉降監(jiān)測方案

1、影響人防工程穩(wěn)定的因素

影響人防工程穩(wěn)定內(nèi)在因素有組成建筑物基礎的巖體、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等，其影響是長期而緩慢的；外部因素包括自身的載重、施工的質(zhì)量、施工和營運期間工作不合理，以及周圍環(huán)境影響產(chǎn)生額外的變形，它們直接影響人防工程的穩(wěn)定。

2、沉降監(jiān)測方案設計

為保證監(jiān)測成果符合技術(shù)標準和有關(guān)部門的要求，沉降監(jiān)測實施前，必須進行技術(shù)設計。

（1） 基準點、工作基點及沉降監(jiān)測點的布設

根據(jù)人防工程地質(zhì)條件和人防工程布置情況，選擇一些基準點，作為位移變形監(jiān)測的參照基準；工作基點是監(jiān)測變形體的起算點，布置在變形體的周邊，并方便與基準點進行聯(lián)測；觀測點布設在能明顯反映變形地方。

（2） 沉降變形監(jiān)測的精度及周期

沉降觀測的測量精度等級采用II級水準測量，周期根據(jù)工程進度和變形速率擬定。

（3） 測量儀器和方法的選擇

通常采用精密水準儀，按照《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）二等水準測量的技術(shù)要求施測。

③觀測的時間和氣象條件

應在標尺分劃線成像清晰而穩(wěn)定時進行。

④監(jiān)測數(shù)據(jù)采集作業(yè)技術(shù)要求

技術(shù)要求見《國家一、二等水準測量規(guī)范》

3、成果整理及變形分析

外業(yè)觀測工作完成后，應檢查觀測成果，確保可靠性，對水準路線計算高差閉合差、高差全中誤差和高差偶然中誤差，若不滿足規(guī)范要求，應查明原因，并及時進行重測。水準網(wǎng)的計算按最小二乘原理，采用間接平差進行網(wǎng)平差計算，并進行精度評定。

計算結(jié)果出來后，應結(jié)合內(nèi)、外在因素進行初步的變形分析。比較相鄰兩觀測周期、相同觀測點有無顯著變化，并繪制變形過程線，及時提供變形分析報告等。

4、預測預報

建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的方法有GM（1，1）模型、曲線擬合模型、指數(shù)平滑模型、自回歸法等，需要根據(jù)工程情況選擇。GM（1，1）模型法是最常用、最簡單的一種灰色模型。

四、人防工程變形監(jiān)測實例分析

1、工程概況

某工程位于長江大橋西南端，根據(jù)工程建設需要，在工程竣工后對其人防工程進行變形監(jiān)測與分析，以4號5號樓為例。

2、沉降監(jiān)測及分析

（1） 監(jiān)測點布設

對某人防工程地表沉降測點埋設后進行了首次觀測，并以此次觀測點位高程做基準。點位埋設分布示意圖如圖1.1所示。 （2） 沉降監(jiān)測初步分析 1.1地下室地表沉降監(jiān)測點分布示意圖

表1.1為每次觀測相對于首次觀測點位的沉降量。由此沉降量，結(jié)合觀測時間間隔，可計算出各點位的沉降速率，見表1.2、表1.3。

表1.1 人防工程地表沉降監(jiān)測點沉降情況 單位：mm

測量時間

R-1

R-2

R-3

R-4

R-5

R-6

R-7

R-8

R-9

R-10

R-11

R-12

R-13

R-14

2013-5-13

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2013-5-21

-0.4

-1.6

-2.8

-1.2

-2.5

-1.4

-1.7

-0.8

-1.4

-1.9

-1.8

-2.4

-0.9

-2.4

2013-5-28

-2.9

-3.5

-4.0

-1.9

——

-1.1

-1.9

-2.9

-2.7

-0.8

-2.2

-3.1

-4.1

-4.6

2013-6-3

-4.9

-6.5

-5.8

-5.8

——

-3.7

-4.3

-6.4

——

-2.8

-4.0

-5.5

-6.1

-6.5

2013-6-11

-3.3

-3.7

-5.0

-4.8

——

-1.9

-2.5

-5.7

——

-1.3

-3.3

-3.7

-6.7

-7.1

2013-6-22

-3.5

-5.4

-6.3

-4.8

——

-2.9

-4.9

-5.9

-2.8

-3.1

-4.4

-3.9

-6.7

-6.1

2013-7-3

-4.2

-4.1

-5.0

-5.8

——

-1.7

-3.5

-5.2

——

-2.1

-4.8

-4.2

-7.9

-9.6

2013-7-15

-4.4

-4.2

-5.4

-4.4

——

-3.3

-4.2

——

——

-2.4

-4.3

——

-8.3

-9.1

2013-7-25

1.6

3.6

3.6

2.8

——

-1.3

-3.1

——

——

-1

-0.8

——

-7.4

-4.8

2013-8-4

-2.2

-2.1

-3.2

-5

-3.1

1.4

-0.7

——

——

2.7

-8.2

——

——

——

2013-8-14

-8.5

-9.2

-8.3

-6.8

-3.8

-6.6

-7.7

-5.8

-3.9

-4.5

-8.6

-4.8

-24.7

-19.9

2013-8-23

——

-6.9

-4.5

-10.9

-3.4

-0.9

-3.7

——

-1.8

-0.1

-3.0

——

——

-18.6

2013-8-28

-5.2

-4.7

-6.4

-6.4

-3.0

-2.3

-5.9

-4.9

-2.4

-1.3

-4.4

-5.2

-20.3

-16.1

2013-9-3

-5.5

-5.3

-6.8

-7.2

-3.6

-3.5

-4.8

-6.2

-3.8

-1.8

-5.7

-5.9

-22.5

-17.8

2013-9-9

-6.9

-5.8

-7.9

-7.8

-4.4

-4.1

-5.7

-7.5

-3.5

-2.4

-6.6

-6.8

-23.6

-19.4

2013-9-15

-9.3

-10.3

-9.2

-8.9

-5.7

-8.7

-7.1

-6.9

-4.0

-2.3

-8.0

-7.5

-25.2

-20.6

注：沉降量為相對于首次觀測（2013.5.13）累計沉降量（正號為升，負號為降）

表1.2 人防工程地表沉降監(jiān)測點沉降 表1.3 人防工程地表沉降監(jiān)測點沉降

速率情況（2013.9.15相對于2013.5.13） 速率情況（2013.9.15相對于2013.8.14）

樓號

點名

累計沉降量（mm）

本次與首次觀測時間間隔（d）

沉降速率（mm/d）

樓號

點名

累計沉降量（mm）

本次

與2011.8.14間隔（d）

沉降速率（mm/d）

人防工程地表沉降測點

R-1

-9.3

125

-0.074

人防工程地表沉降測點

R-1

-0.8

31

-0.026

R-2

-10.3

125

-0.082

R-2

-1.1

31

-0.035

R-3

-9.2

125

-0.074

R-3

-0.9

31

-0.029

R-4

-8.9

125

-0.071

R-4

-2.1

31

-0.068

R-5

-5.7

125

-0.046

R-5

-1.9

31

-0.061

R-6

-8.7

125

-0.070

R-6

-2.1

31

-0.068

R-7

-7.1

125

-0.057

R-7

0.6

31

0.019

R-8

-6.9

125

-0.055

R-8

-1.1

31

-0.035

R-9

-4.0

125

-0.032

R-9

-0.1

31

-0.003

R-10

-2.3

125

-0.018

R-10

2.2

31

0.071

R-11

-8.0

125

-0.064

R-11

0.6

31

0.019

R-12

-7.5

125

-0.060

R-12

-2.7

31

-0.087

R-13

-25.2

125

-0.202

R-13

-0.5

31

-0.016

R-14

-20.6

125

-0.165

R-14

-0.7

31

-0.023

由表可以看出： 9月15日相對于首期觀測（5月13日），所有點位都出現(xiàn)下沉，R-13最大下沉了25.2mm，平均沉降速率為-0.076mm/d。9月15日相對于8月14日觀測，間隔31天，點位有升有降，R-10最大上升2.2mm， R-12最大下降2.7mm。平均沉降速率為-0.024mm/d，各沉降點趨于穩(wěn)定。

該工程地處長江邊，故考慮引起人防工程地表不均勻沉降的原因主要是地質(zhì)結(jié)構(gòu)和建筑物的載荷。而沉降量較大的R-13、R-14兩個監(jiān)測點，所處地基為較松軟土質(zhì)，加上建筑物自身的荷載，造成其沉降較大，可以采用地基加固的方法對此處進行處理。

從整體監(jiān)測成果來看，該人防工程除少數(shù)點沉降速度超過規(guī)范要求外，其余均滿足規(guī)范0.04mm/d的要求。從最近一個月來看，各沉降點的沉降速度均滿足規(guī)范0.04mm/d的要求，說明該人防工程趨于穩(wěn)定。

五 預測預報

表1.4 9.15地表沉降監(jiān)測點沉降情況預測與實測

樓號

點名

預測沉降量（mm）

實測沉降量（mm）

人防工程地表沉降測點

R-1

-9.97

-9.3

R-2

-9.20

-10.3

R-3

-7.16

-9.2

R-4

-12.29

-8.9

R-5

-4.34

-5.7

R-6

-5.03

-8.7

R-7

-7.19

-7.1

R-8

-7.16

-6.9

R-9

-3.05

-4.0

R-10

-1.95

-2.3

R-11

-6.89

-8.0

R-12

-7.50

-7.5

R-13

-25.44

-25.2

R-14

-23.91

-20.6

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用2013年5月13日至2013年9月9日共15期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用GM（1，1）模型預測法，建立預報模型，對2013年9月15日沉降量進行了預報，預報和實測沉降量見表1.4，將預測結(jié)果與實際沉降觀測結(jié)果進行了比較，見圖1.2。

圖1.2預報結(jié)果與實際沉降觀測結(jié)果比較

從表1.4和圖1.2可以清楚看出實測的累計沉降量與預報的沉降量基本相當，說明可以采用預報方法對沉降趨勢進行預測，以便為工程施工、運營管理和領(lǐng)導決策提供了第一手資料。

參考文獻

[1] 華錫生，黃騰等編著.精密工程測量技術(shù)及應用.2002.

[2] 黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學出版社.2007.

作者簡介：徐健梅（1982-），女，云南賓川人，講師，工程碩士，主要從事測量專業(yè)課的教學與研究工作