深入分析變形監(jiān)測

鄒天其

（四川公路工程咨詢監(jiān)理公司， 四川 成都 610041）

0 引言

變形監(jiān)測主要包括開始監(jiān)測前，建立變形監(jiān)測控制網(wǎng)，監(jiān)測中，對變形體進(jìn)行水平位移、沉降、傾斜、裂縫、撓度、擺動(dòng)和振動(dòng)等監(jiān)測。變形監(jiān)測是針對變形體中離散點(diǎn)的變化情況進(jìn)行觀測，并且描述變形體變形狀態(tài)。變形監(jiān)測主要有靜態(tài)變形監(jiān)測、動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測這兩種，其中靜態(tài)變形以周期觀測為主，動(dòng)態(tài)變形則是持續(xù)性監(jiān)測。

工程變形監(jiān)測的監(jiān)測對象（變形體）主要包括城市、工礦區(qū)等地面沉降監(jiān)測（亦稱地面形變監(jiān)測）和工程建筑物三維變形監(jiān)測、滑坡體滑動(dòng)監(jiān)測等。其中具有代表性的變形體監(jiān)測案例主要有高層建筑物、大型水壩、橋梁設(shè)施、隧道工程、礦區(qū)地表等。

1 變形監(jiān)測特點(diǎn)

變形監(jiān)測主要具有以下特點(diǎn)：

1、重復(fù)性觀測。重復(fù)觀測的頻率取主要決于變形大小、速度還有觀測目的。第一次觀測我們稱為初始周期或零周期觀測。每一周期觀測方案比如監(jiān)測網(wǎng)的圖形、使用儀器、作業(yè)方法乃至觀測人員都要求盡可能都一致。

2 、精度很高。和其他測量工作相比，變形觀測要求的精度非常高，典型精度一般要求達(dá)到1 mm或則相對精度要達(dá)到10-6以上。

3、需要運(yùn)用各式各樣測量的方法。監(jiān)測人員要對地面、空間、近景攝影等多種測量形式進(jìn)行應(yīng)用，從而達(dá)到取長補(bǔ)短的作用，使變形測量的準(zhǔn)確性得到提升。

4、變形測量數(shù)據(jù)處理有極為嚴(yán)苛的要求。變形測量技術(shù)之后的數(shù)據(jù)處理階段，所涉及到的知識(shí)比較廣泛，也只有如此才能夠充分解釋變形體。

2 變形監(jiān)測內(nèi)容

通常變形觀測分為幾何監(jiān)測、物理監(jiān)測這兩種形式：幾何監(jiān)測涉及到的內(nèi)容比較多，例如水平位移、垂直位移以及偏距等。其中水平位移即水平面上位移監(jiān)測點(diǎn)所處位置發(fā)生了改變，垂直位移是變形監(jiān)測點(diǎn)在豎直線方向上的發(fā)生了改變。偏距、傾斜、撓度等也可歸結(jié)為水平和垂直位移。偏距和撓度可視某一特定方向的位移；傾斜可換算成水平或垂直位移分量，通過水平或垂直位移測量得到。物理量監(jiān)測則涉及到應(yīng)力、應(yīng)變以及溫度等相關(guān)內(nèi)容。變形監(jiān)測就是要掌握水工建筑物的實(shí)際形狀大小，科學(xué)、準(zhǔn)確的體現(xiàn)出水利工程建筑物狀態(tài)，水利工程施工和運(yùn)營管理來說極為重要。變形監(jiān)測牽涉面非常廣泛；應(yīng)用到了到工程測量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識(shí)。

3 變形監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

開始設(shè)計(jì)之前，我們應(yīng)需要收集有關(guān)的地質(zhì)和水文資料以及工程設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)變形體特點(diǎn)、變形的類型、監(jiān)測的目的、任務(wù)的要求以及測區(qū)條件等進(jìn)行變形監(jiān)測的方案設(shè)計(jì)，確定變形監(jiān)測的精度等級、監(jiān)測方法、監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的精度估算和布設(shè)、觀測周期、項(xiàng)目預(yù)警值、使用儀器設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容。

變形監(jiān)測一般采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)，或測區(qū)原有的獨(dú)立坐標(biāo)系和高程基準(zhǔn)，較小規(guī)模的監(jiān)測工程，也可采用假定坐標(biāo)系和高程基準(zhǔn)。

變形監(jiān)測網(wǎng)一般需要同時(shí)進(jìn)行顧及精度、可靠性、靈敏度以及費(fèi)用準(zhǔn)則的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

變形監(jiān)測一般采用GB 50026-2007《工程測量規(guī)范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

各觀測周期的變形監(jiān)測必須滿足的要求是：1在規(guī)定的較短時(shí)間內(nèi)完成；2采用相同觀測路線、觀測方法3必須使用同一儀器設(shè)備4觀測人員不要更換，應(yīng)相對固定5記錄相關(guān)的環(huán)境因素，如荷載、溫度、降水、水位等；6采用統(tǒng)一的國家基準(zhǔn)處理觀測數(shù)據(jù)。

每次變形觀測結(jié)束，監(jiān)測人員應(yīng)當(dāng)立即處理的觀測數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)處理最終結(jié)果體現(xiàn)出下面幾種情況之一，需要馬上告知建設(shè)與施工兩個(gè)單位，及時(shí)解決：

1、變形量達(dá)到了預(yù)警值或接近允許值的時(shí)候；

2、變形量變化異常；

3、出現(xiàn)建筑裂縫、地表裂縫，并且裂縫迅速擴(kuò)大。

而對于較大規(guī)模或重要的工程，變形分析的內(nèi)容一般包括：1、觀測成果可靠性分析；2、變形體的累積變形量和兩個(gè)相鄰觀測周期的相對變形量的分析；3、觀測后相關(guān)影響因素的作用分析；4、回顧分析；5、有限元分析。

4 變形監(jiān)測方法

靜態(tài)變形監(jiān)測一般使用如下幾種方法：

1、常規(guī)測量方法。監(jiān)測人員通常會(huì)應(yīng)用常規(guī)經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等設(shè)備，從方向、角度、高差等的觀測值這幾個(gè)方面完成監(jiān)測變形發(fā)展。測量方法具體采用邊角測量法、交會(huì)法與極坐標(biāo)法等幾種。這種饞鬼測量法更多被應(yīng)用在變形監(jiān)測網(wǎng)設(shè)置以及變形周期觀測兩項(xiàng)工作中。

2、GPS測量方法。通過GPS具備的精密定位技術(shù)，構(gòu)建變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，用于觀測基準(zhǔn)點(diǎn)以及變形觀測點(diǎn)。GPS法一般在施工現(xiàn)場滑坡三維變形、橋梁水平位移等工作中得到廣泛應(yīng)用，并且突顯出GPS測量在精準(zhǔn)度、抗干擾性以及操作等方面的優(yōu)勢。

3、合成孔徑雷達(dá)測量法。通過微波雷達(dá)成像傳感器，可以對地面進(jìn)行掃描，進(jìn)而達(dá)到主動(dòng)遙感成像的目的，經(jīng)過數(shù)據(jù)加工、處理之后，雷達(dá)影像相位信號內(nèi)對地面形變信息進(jìn)行提取。這種方法更多在地面形變監(jiān)測中運(yùn)用，覆蓋范圍比較大，花費(fèi)的成本低，無需構(gòu)建監(jiān)測網(wǎng)，此外也以其空間分辨率高這一優(yōu)勢獲取地區(qū)范圍內(nèi)的連續(xù)地表形變信息，完全突破了天氣、時(shí)間等因素的限制。

4、準(zhǔn)直測量法。監(jiān)測人員展開變形觀測點(diǎn)偏離基準(zhǔn)線距離的測量，以此可以明確某方向點(diǎn)位對應(yīng)的基準(zhǔn)線變化方向以及實(shí)際距離。其中準(zhǔn)直測量主要涉及到水平準(zhǔn)直、鉛直這兩點(diǎn)內(nèi)容。水平準(zhǔn)直法主要是測量偏離水平基準(zhǔn)線微距離，那么在設(shè)置水平基準(zhǔn)線時(shí)則是和被監(jiān)測物體平行；鉛直法是對偏離垂直基準(zhǔn)線的微距離進(jìn)行測量，垂直基準(zhǔn)線和過基準(zhǔn)點(diǎn)鉛垂線相垂直。

5、液體靜力水準(zhǔn)測量法。監(jiān)測人員在基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置觀測頭，其余觀測頭則放置于變形觀測點(diǎn)處，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)之間的差值，便可以求出觀測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)高差。液體靜力水準(zhǔn)測量法無需點(diǎn)、點(diǎn)通視，便可以有效輸出液面高程變化的電感，這對于變形監(jiān)測自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有重要意義。

動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測的監(jiān)測方法主要有三種：

（1）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測量。

（2）近景攝影測量。

（3）地面三維激光掃描。

5 結(jié)束語

由于變形監(jiān)測在工程建設(shè)中越來越重要，高程建筑、特大橋梁、水庫大壩、重要工程設(shè)施、重要地下工程深基坑、高邊坡等等都離不開變形監(jiān)測，使得學(xué)好變形監(jiān)測意義重大。

本文重點(diǎn)在于變形監(jiān)測的方案設(shè)計(jì)和變形監(jiān)測方法。

變形監(jiān)測方案設(shè)計(jì)主要是變形監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計(jì)以及基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和變形觀測點(diǎn)的選取。觀測完成后采取合理的變形分析方法并對觀測精度進(jìn)行評估。

變形觀測方法分為靜態(tài)監(jiān)測和動(dòng)態(tài)監(jiān)測。靜態(tài)監(jiān)測方法分為（1）常規(guī)大地測量方法（2）GPS測量方法（3）合成孔徑雷達(dá)干涉測量方法（4）準(zhǔn)直測量方法（5）液體靜力水準(zhǔn)測量方法動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測的監(jiān)測方法主要有三種：（1）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測量方法（2）近景攝影測量方法（3）地面三維激光掃描方法