傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在輸水明渠襯砌材料變形分析中的應(yīng)用

趙文廣

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

1 研究背景

變形監(jiān)測(cè)是對(duì)監(jiān)視對(duì)象（簡(jiǎn)稱形變體）進(jìn)行測(cè)量，以確定其空間位置隨時(shí)間的變化特征[1]。它的任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征[2]。

本文以正在進(jìn)行施工的吉林省西部供水輸水明渠襯砌材料的凍脹為例，闡述變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及后期數(shù)據(jù)的處理方法。

由于本工程（輸水明渠）處在嚴(yán)寒地區(qū)，對(duì)不利地質(zhì)條件渠道所采取的渠道襯砌等處理措施會(huì)直接影響到工程運(yùn)行的壽命期及工程投資?，F(xiàn)代施工技術(shù)中，環(huán)境的復(fù)雜性及頻繁地使用大型機(jī)械設(shè)備，難免對(duì)變電站基坑、建（構(gòu)）筑物造成影響。因此在施工前，必須要對(duì)基坑、主要建筑物進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，通過變形監(jiān)測(cè)及形變分析和預(yù)測(cè)，確保整個(gè)工程的安全、順利進(jìn)行[3]。

2 凍脹變形觀測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

在吉林省西部供水輸水明渠輸水結(jié)構(gòu)凍脹研究中設(shè)置2 個(gè)試驗(yàn)段，分別代表挖方（受地下水影響）和填方（不受地下水影響）2 種類型。試驗(yàn)段變形點(diǎn)為J1-4、J5-8、L1-4、L5-8、P1-8、A1-8、D1-4、D5-8 等等，表1 列出部分試驗(yàn)襯砌形式，并備注了該種襯砌形式所在渠道的陽坡或陰坡。

表1 部分試驗(yàn)襯砌形式

2.2 傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在本工程中的應(yīng)用

傳統(tǒng)大地變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含的固定點(diǎn)分為基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

基準(zhǔn)點(diǎn)為變形測(cè)得的測(cè)量基準(zhǔn)，工作基點(diǎn)為以基準(zhǔn)點(diǎn)為基點(diǎn)測(cè)得的等級(jí)低一級(jí)的基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)在變形體用于變形體的變形監(jiān)測(cè)。

2.2.1 變形觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)顧及觀測(cè)方法、設(shè)備和觀測(cè)內(nèi)容。觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)足夠，其位置應(yīng)有代表性，它們的變化應(yīng)能反映出整個(gè)建筑物的變形特征。

2.2.2 基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

起算基點(diǎn)（工作基點(diǎn)）的高程直接影響監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，由于區(qū)域沉降的存在，需要將區(qū)域沉降的量值傳遞到監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，以保證全線的沉降基準(zhǔn)統(tǒng)一在基巖上[4]。

2.2.3 工作基點(diǎn)的測(cè)算

工作基點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)的獲取方式與基準(zhǔn)點(diǎn)相同，工作基點(diǎn)每個(gè)周期都需要測(cè)。

2.2.4 變形監(jiān)測(cè)的平面網(wǎng)

本次變形監(jiān)測(cè)為二等變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)JGJ 8—2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》的精度要求，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。徠卡TS30 超高精度全站儀自由設(shè)站法能夠滿足精密工程測(cè)量的要求[5]。

2.2.5 變形監(jiān)測(cè)的高程網(wǎng)

沉降觀測(cè)進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量。零周期對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平值進(jìn)行2 次測(cè)量，然后取平均數(shù)，作為零周期的數(shù)據(jù)，復(fù)測(cè)周期只進(jìn)行一次觀測(cè)，并與零周期進(jìn)行對(duì)比。

2.2.6 平差軟件

平差軟件包括徠卡GEO 辦公軟件、Poweradj 軟件和科傻平差軟件（地面測(cè)量工程控制與施工測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化和數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化系統(tǒng)）。

2.2.7 周期數(shù)據(jù)后處理

由于本次變形監(jiān)測(cè)為監(jiān)測(cè)渠道襯砌面的凍脹變形，實(shí)際測(cè)得的坐標(biāo)為正南正北方向，渠道本身存在彎曲弧度，故正南正北的變形量不能代表渠道襯砌面水流方向與垂直水流方向的變化量。因此建立順?biāo)鞣较蚺c垂直水流方向作為橫縱軸的PVH 坐標(biāo)系。以PVH 坐標(biāo)為原始數(shù)據(jù)，對(duì)比每期變化量，在Excel 上生成變化量與變化速率的折線波動(dòng)圖。

2.2.8 精度估算

二等變形監(jiān)測(cè)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差為0.5 mm。

2.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)于獲得的水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)（水平角、平距），使用科傻平差軟件處理，獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，每個(gè)復(fù)測(cè)周期都與上一周期和零周期的X值、Y值與水平變化量進(jìn)行對(duì)比，得到每周期的位移差值，如表2所示。

表2 水平位移值

表2 僅列出部分周期的部分?jǐn)?shù)值。對(duì)獲得的二等水準(zhǔn)沉降值平差后得到監(jiān)控點(diǎn)的高程，每個(gè)復(fù)測(cè)周期都與上一周期和零周期進(jìn)行對(duì)比，獲得每周期分別與零周期、上周期相比的沉降值，如表3 所示。

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)絕對(duì)沉降值（單位：mm）

將已有的平面位移成果與沉降成果以周期為橫軸，變化量為縱軸，將獲得的表格數(shù)據(jù)處理為變形量曲線圖，成果如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)曲線變化圖

2.4 精度統(tǒng)計(jì)

2.4.1 平面控制網(wǎng)

根據(jù)計(jì)算得到位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差為3.0 mm，精度檢驗(yàn)合格。

2.4.2 高程控制網(wǎng)

根據(jù)計(jì)算表格得到閉合差為0.3 mm，環(huán)線距離為1.44 km，測(cè)段為3 段。根據(jù)以下公式計(jì)算每千米水準(zhǔn)偶然中誤差MΔ與每千米水準(zhǔn)全中誤差MW：

MW≤2.0 mm，滿足精度要求。

3 結(jié)論

隨著科技的發(fā)展與儀器的更新?lián)Q代，現(xiàn)代變形監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成熟，但傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)今仍被應(yīng)用廣泛。本文系統(tǒng)闡述了傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)從布設(shè)變形點(diǎn)到數(shù)據(jù)處理的全過程，并在得到水平位移變化量、沉降變化量、變化量隨時(shí)間變化曲線圖后，分析得出更適用于嚴(yán)寒地區(qū)的輸水明渠襯砌形式。