淺談長洲水利樞紐垂直位移變形監(jiān)測

曹振君

【摘要】對(duì)變形體進(jìn)行周期性測量，通過對(duì)溫以確定其空間位置隨時(shí)間的變化的特征。經(jīng)過對(duì)觀測點(diǎn)進(jìn)午長期而具有周期性的重復(fù)觀測，求得其在兩個(gè)觀測周期變化量，通過對(duì)建筑物的定期的周期性觀測，掌握監(jiān)測點(diǎn)的變化規(guī)律，監(jiān)視工程建筑物的狀態(tài)變化和工作情況。LeicaDNA03電子水準(zhǔn)儀其外形采用流線型設(shè)計(jì)，減低風(fēng)阻影響；儀器外殼采用遮光材料，減小溫度對(duì)儀器產(chǎn)生的影響，并且采用新式標(biāo)準(zhǔn)磁阻尼補(bǔ)償器，使其補(bǔ)償性能得以提高。在實(shí)際應(yīng)用中其高精度、易操作、自動(dòng)化、智能化等特點(diǎn)得到了充份的體現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】變形監(jiān)測；垂直位移；周期觀測；數(shù)字水準(zhǔn)儀；自動(dòng)化

一、引 言

變形監(jiān)測實(shí)際含義是對(duì)變形體進(jìn)行周期性測量，以確定其空間位置隨時(shí)間的變化的特征，其最大特點(diǎn)是要進(jìn)行周期觀測，所謂周期觀測就是多次的重復(fù)觀測。變形監(jiān)測主要包括水平位移、垂直位移監(jiān)測，偏距、傾斜、擾度、彎曲、扭轉(zhuǎn)、震動(dòng)、裂縫等的測量，主要是對(duì)描述變形體自身形變和剛體位移的幾何量的監(jiān)測。

變形體的變形主要由兩方面的原因引起的：一是自然條件及其變化，即建筑物地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等。例如基礎(chǔ)的地質(zhì)條件不同，有的穩(wěn)定、有的不穩(wěn)定，會(huì)引起建筑物的不均勻沉陷，使其發(fā)生傾斜；建筑在土基上的建筑物，由于土基的朔性變形而引起沉陷；由于溫度和水位的季節(jié)性和周期性的變化，而引起建筑物的規(guī)律變形。另一種是與建筑物本身相聯(lián)系的原因，即建筑物本身的荷重，建筑物的結(jié)構(gòu)、型式及動(dòng)荷載（如風(fēng)力、水流、震動(dòng)等）的作用。此外由于勘測、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理工作的不合理性也會(huì)引起建筑物產(chǎn)生額外的變形。變形觀測的任務(wù)是長期而具有周期性的，對(duì)觀測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測，求得其在兩個(gè)觀測周期變化量，通過對(duì)建筑物的定期的周期性觀測，掌握監(jiān)測點(diǎn)的變化規(guī)律，監(jiān)視工程建筑物的狀態(tài)變化和工作情況。在發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時(shí)，及時(shí)分析原因，采取措施，防止事故發(fā)生，并改善運(yùn)營方式，以保證安全。

對(duì)于外部變形觀測來講，變形觀測的結(jié)果能否客觀及時(shí)的反映建筑物的變形特點(diǎn)和變形規(guī)律，這主要是由監(jiān)測網(wǎng)的布置，網(wǎng)型的特點(diǎn)，監(jiān)測部位的選擇以及觀測方法和觀測精度等因素決定的。根據(jù)具體情況，具體分析，因地制宜，才能取得正確有效的觀測結(jié)果，從而達(dá)到對(duì)建筑物安全監(jiān)測的目的。

二、監(jiān)測網(wǎng)布置及施測

2.1垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的布置

根據(jù)水利樞紐主體工程施工步驟，對(duì)施工期變形觀測也分為三步，并擬定合理、科學(xué)的方案。根據(jù)垂直位移觀測的技術(shù)要求，擬定垂直位移監(jiān)測的方案為“先建網(wǎng)，后監(jiān)測；先外江，次內(nèi)江，后中江”。

根據(jù)擬定方案，首先建立施工期垂直位移監(jiān)測網(wǎng)。監(jiān)測網(wǎng)分別以長水基右和長水基左作為施工期監(jiān)測網(wǎng)的基點(diǎn)，參考點(diǎn)分別布設(shè)在距外江右岸主體建筑物（外江重力壩）下游約1.0公里處的CZBX01；泗化洲島的CZBX02；長洲島的CZBX03；內(nèi)江右岸主體建筑物（內(nèi)江重力壩）下游約0.5公里處的CZBX04；內(nèi)江左岸的CZBX05及距內(nèi)江左岸主體建筑物下游約1公里處的CZBX06。水準(zhǔn)路線從長水基右開始，經(jīng)過各參考點(diǎn)附合到長水基左，全線長約10Km，形成附合水準(zhǔn)路線。按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中一等水準(zhǔn)測量的要求執(zhí)行。

目標(biāo)點(diǎn)分布：垂直位移觀測采用精密水準(zhǔn)測量法進(jìn)行觀測，在船閘、泄水閘、廠房的閘墩、重力壩的每個(gè)壩段各設(shè)1～2個(gè)測點(diǎn)；土壩頂部下游側(cè)每40米設(shè)一個(gè)測點(diǎn)。整個(gè)長洲樞紐共計(jì)約120個(gè)垂直位移監(jiān)測點(diǎn)。

2.2 垂直位移監(jiān)測實(shí)施

2.2.1監(jiān)測方法及有關(guān)規(guī)定

長洲水利樞紐垂直位移變形監(jiān)測采用幾何水準(zhǔn)法進(jìn)行，觀測儀器為LeicaDNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀及3m銦瓦尺一對(duì)。LeicaDNA03電子水準(zhǔn)儀其外形采用流線型設(shè)計(jì)，減低風(fēng)阻影響。儀器外殼采用遮光材料，減小溫度對(duì)儀器產(chǎn)生的影響。并且采用新式標(biāo)準(zhǔn)磁阻尼補(bǔ)償器，使其補(bǔ)償性能得以提高。每公里往返測標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.3mm；限差依據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T1897-91）和《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求。測段往返測高差不符值不超過 mm、環(huán)線閉合差不超過 mm、檢測高差的較差應(yīng)不超過表 mm；測站視線長度（儀器至標(biāo)尺距離）≤30m、前后視距差≤0.5m、視線高度2.50m>L>0.50m

注：K---測段、區(qū)段或路線長度，km； L---附合路線長度，km；

F---環(huán)線長度，km； R---檢測測段長度，km。

2.2.2監(jiān)測實(shí)施

根據(jù)《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中要求，需要在各項(xiàng)工程完建后及時(shí)采集變形監(jiān)測初始值，并且對(duì)建筑物進(jìn)行周期性連續(xù)觀測，觀測周期根據(jù)工程的規(guī)模、監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)、位置以及觀測一次所需時(shí)間的長短定為初期為半月一次，根據(jù)數(shù)據(jù)分析建筑物趨向穩(wěn)定后調(diào)整為月觀測。將觀測路線定為閉合水準(zhǔn)路線。觀測結(jié)果的精度主要根據(jù)閉合差和測段間的往返測高差不符值來評(píng)定，在平差時(shí)將閉合差按測點(diǎn)間公里數(shù)進(jìn)行分配后得到結(jié)果。

變形監(jiān)測的工作流程如下：

準(zhǔn)備資料、外業(yè)觀測、數(shù)據(jù)傳輸（.GIS文件）、內(nèi)業(yè)處理資 料 整 編（.XLS文件）、編寫監(jiān)理月報(bào)，再進(jìn)入下一監(jiān)測期。

三、長洲水利樞紐的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1.數(shù)據(jù)處理及分析

使用LeicaDNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀自動(dòng)記錄，在儀器中根據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（GB/T1897-91）》設(shè)定限差，并按其規(guī)范要求進(jìn)水準(zhǔn)路線測量，測量過程中儀器自動(dòng)對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行地球曲率改正。將采集數(shù)據(jù)存貯在內(nèi)存卡上，數(shù)據(jù)格式為GIS，使用自編程序或徠卡辦公室軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算出各測段（測點(diǎn)）間高差，再將往返測高差不符值根據(jù)測段（測點(diǎn)）間距離進(jìn)行配符改正，最后得到改正后高差。計(jì)算出各測點(diǎn)高程值與上周期觀測值進(jìn)行比對(duì)得出變形值。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從變形結(jié)果及變形圖表和觀測氣溫圖表分析，壩頂垂直位移主要受水位和溫度的影響，并且受水位的影響較小，溫度影響較明顯，溫升時(shí)壩體混凝土膨脹，使變形監(jiān)測點(diǎn)所處平面呈上升趨勢，溫降時(shí)混凝土收縮，使變形監(jiān)測點(diǎn)所處平面呈下沉趨勢。

變形監(jiān)測中變形體的位移情況需要通過對(duì)多周期監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)變形體的位移情況與周邊的很多因素有關(guān)（如：氣溫、變形體自身的溫度、水位、應(yīng)力等）。通過幾何分析確定變形量的大小、方向及其變化，即變形體形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化；再通過物理解釋分析變形體產(chǎn)生位移的原因。一般來說幾何分析是基礎(chǔ)，主要是確定相對(duì)和絕對(duì)位移量，物理解釋則是在于從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)變形。變形物理解釋和變形預(yù)報(bào)可根據(jù)確定函數(shù)法如動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行，也可根據(jù)大量的監(jiān)測資料用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行，同時(shí)還可將兩種方法結(jié)合起來進(jìn)行綜合分析預(yù)報(bào)?？傮w來說，變形監(jiān)測是基礎(chǔ)，變形分析是手段，變形預(yù)報(bào)是目的，變形觀測數(shù)據(jù)處理的過程就是進(jìn)行變形分析和預(yù)報(bào)的過程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張正祿 工程測量[M]. 武漢。 武漢大學(xué)出版社的，2005

[2] 主辦單位. 《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（GB/T1897-91）》