供水工程變形觀測數(shù)據(jù)分析

麥永華

(廣東粵港供水有限公司,廣東 深圳 518000)

1 供水工程變形觀測方案設(shè)計

某供水工程起源于東莞市東江取水口,經(jīng)東莞市、深圳市等鎮(zhèn)區(qū),最終匯入B水庫,沿線長度約60 km。沿線水工建筑物變形觀測是對埋設(shè)的水準(zhǔn)工作基點進(jìn)行校核,對埋設(shè)的變形觀測點進(jìn)行垂直位移觀測及水平位移觀測。

1.1 水平位移觀測

使用儀器:水平位移觀測使用日本SOKKIA的SRX1X測量機(jī)器人{(lán)編號:100507,標(biāo)稱精度[±1.0",±(1.5 mm+2 ppm×D)]}。

觀測方法:①B箱涵、B箱涵外側(cè)邊坡水平位移觀測,按三等三角觀測精度要求進(jìn)行觀測。B箱涵水平位移采用小角度法進(jìn)行觀測及計算,各位移點位移量為“+”表示偏離箱涵,位移量為“-”表示偏向箱涵。觀測基準(zhǔn)點遭破壞,故重新布設(shè)。B外側(cè)邊坡水平位移采用極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測及計算。數(shù)據(jù)處理時,假定GS05點坐標(biāo)為:X=500.000,Y=500.000, GS05 至GS04 方位角為0,計算所在點的平面坐標(biāo)、位移量并確定位移方向。②A高邊坡水平位移選用三等變形觀測精度進(jìn)行觀測,采用假定坐標(biāo)系。數(shù)據(jù)處理時,假定JH01點坐標(biāo)為:X=500.000,Y=500.000,JH01至JH02方位角為0,計算所在點的平面坐標(biāo)、位移量并確定位移方向。③A水庫大壩水平位移選用三等變形觀測精度進(jìn)行觀測。水平位移采用小角度法進(jìn)行觀測及計算,位移量為“+”表示向下游方向位移,位移量為“-”表示向上游方向位移。④B水庫大壩水平位移觀測按三等變形觀測精度要求進(jìn)行。水平位移采用小角度法進(jìn)行觀測及計算,位移量為“+”表示向下游方向位移,位移量為“-”表示向上游方向位移。

1.2 垂直位移觀測方法

使用儀器:沉降觀測采用美國生產(chǎn)的Trimble DINI0.3電子水準(zhǔn)儀(編號:731078,標(biāo)稱精度±0.3 mm/km)和鋼尺條碼水準(zhǔn)尺。

觀測方法:垂直位移觀測作業(yè)采用精密水準(zhǔn)測量法。從作業(yè)基點出發(fā),經(jīng)過若干個觀測點,形成一個(多個)閉合或附合路線,其中以閉合路線為佳,特別難觀測的觀測點采取支水準(zhǔn)路線往返測量。觀測期間,采用固定的觀測儀器、觀測人員、觀測路線、測站、觀測周期及觀測時段。垂直位移觀測作業(yè)采用幾何水準(zhǔn)測量方法?；鶞?zhǔn)點與工作基點檢測采用二等變形(相當(dāng)于國家一等水準(zhǔn))觀測,變形點觀測采用三等變形(相當(dāng)于國家二等水準(zhǔn))觀測。對位移點進(jìn)行觀測的同時,檢測位移基準(zhǔn)點的相對關(guān)系。

1.3 觀測精度

水準(zhǔn)基點、沉降觀測點觀測精度按《工程測量規(guī)范》第十章規(guī)定執(zhí)行。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點與工作基點校核觀測按二等變形(相當(dāng)于國家一等水準(zhǔn))觀測精度進(jìn)行測量,變形點觀測采用三等變形(相當(dāng)于國家二等水準(zhǔn))觀測精度進(jìn)行測量。

水平位移觀測:B水庫高邊坡采用四等變形觀測;A水庫大壩、B水庫大壩、B箱涵、B高邊坡、A高邊坡水平位移觀測采用三等變形觀測。

1.4 工作周期

變形測量工作周期以系統(tǒng)反映觀測變化過程、不遺漏變化時刻為原則,分析單位時間中變形量的大小、外界因素影響后確定,如發(fā)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)異常時,應(yīng)增加觀測次數(shù)。

1.5 變形監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

觀測變形網(wǎng)布設(shè)過程中,需確定觀測內(nèi)容、布設(shè)變形觀測點、控制觀測精度及確認(rèn)觀測頻次。在變形體上直接布設(shè)變形觀測點,用于變形體變形值的測定。在觀測分析過程中,測點的位置變化體現(xiàn)為變形體形變,尤其是在分析過程中可從測點位置變化分析出變形體整體的形變規(guī)律,故對觀測點的觀測是對變形體作一次抽樣檢測。對樣本的基本要求是應(yīng)具有充分代表性,具體到布設(shè)的每個測點,主要體現(xiàn)為以下幾方面:點數(shù)足夠多,重點考慮特征點,關(guān)鍵部位的變形需反映整個建筑物特性,變形體應(yīng)與觀測點緊密結(jié)合。結(jié)合具體情況分析建筑物,與設(shè)計人員密切配合,設(shè)計合理的建筑布點方案。

2 供水工程變形觀測結(jié)果統(tǒng)計

通過相關(guān)軟件對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析,對供水工程的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)警分析。對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警分析:在某一年內(nèi),分析各個觀測項目的變形情況,掌握整個工程系統(tǒng)的變形;分析某一具體觀測項目在長時間序列內(nèi)的連續(xù)變形情況,掌握觀測項目的變形趨勢,對未來變形進(jìn)行預(yù)測,保證工程安全高效運(yùn)行。

以2012年度的觀測工作為例,分析供水工程的整體變形情況,原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件分析得到觀測結(jié)果匯總。以某具體觀測項目為研究對象,分析其多年來的變形發(fā)展,對未來做出預(yù)測,掌握工程運(yùn)行情況。以B箱涵為例,統(tǒng)計該觀測項目長時間序列變形情況,作出多年來的曲線圖,如圖1、圖2。

圖1 B箱涵垂直位移曲線Fig.1 Vertical displacement curve of box B culvert

圖2 B箱涵水平位移曲線Fig.2 Horizontal displacement curve of box B culvert

其中,右邊圖例所示點號均為B箱涵觀測項目所布設(shè)的點號。

3 供水工程觀測結(jié)果預(yù)警分析

2012年度兩次觀測結(jié)果表明,變形觀測所用儀器工具性能良好,觀測技術(shù)指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求,成果可靠。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出各變形觀測點變形情況如下:A泵站最大沉降量為3.0 mm(點號為 LHCJ13),A箱涵最大沉降量為+3.5 mm(點號為 L63),B泵站最大沉降量為+4.7 mm(點號分別為 QLCJ8),B箱涵最大沉降量為-2.0 mm(點號分別為 GSWY05),最大位移量為-9.6 mm(點號分別為 GSWY8),B箱涵外側(cè)邊坡最大位移量為 5.6 mm(點號為GSWY16),B泵站最大沉降量為+2.3 mm(點號為JHCJ04),高邊坡最大沉降量為+7.3 mm(點號為 JHWY17),最大位移量為+9.8 mm(點號為 JHWY16),竹尾田埋管最大沉降量為+2.8 mm(點號為 L88),A水庫大壩最大沉降量為-3.3 mm、+3.3(點號分別為雁-1、雁主5-1),最大位移量為-8.4 mm(點號為雁主 8),B水庫大壩最大沉降量為+4.2 mm(點號為深主 10),最大位移量為+10.0 mm(點號為深主 5)。各監(jiān)測點沉降、位移變化量較小,表明沿線觀測點趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

B箱涵2004-2012年的垂直位移與水平位移變化情況如下:①垂直位移方面:各觀測點的變化趨勢基本一致,體現(xiàn)了B箱涵的位移變化趨勢;從變形值來看,2004年12月-2009年5月,B箱涵的垂直位移都在0上下浮動,絕對值不超過3 mm,表明這段時間內(nèi)B箱涵基本穩(wěn)定。2009年10月-2012年12月,位移值基本保持不變,維持在-3 mm左右,表明經(jīng)過一段時間,B箱涵工作環(huán)境基本穩(wěn)定之后,其變形量也較穩(wěn)定,沒有大波動?？偟膩碚f,其垂直位移隨著時間的延長逐漸趨于穩(wěn)定,變形值維持在一個較小的水平,從長期來看,該B箱涵基本處于穩(wěn)定可控狀態(tài)。②水平位移方面:2004年-2012年B箱涵水平位移值總體上先增大后趨于穩(wěn)定,變形值維持在0～25 mm,處于較穩(wěn)定狀態(tài)。2005年-2008年各觀測點變形值表現(xiàn)出增大趨勢。2008年-2012年,各觀測點均在各自的變形水平上維持穩(wěn)定不變,表明經(jīng)過一段時間,B箱涵所處環(huán)境基本處于穩(wěn)定,變形值不再發(fā)生大的變化。

4 結(jié)論

2012年度各變形觀測點變形情況如下:A泵站最大沉降量為3.0 mm(點號為LHCJ13),B箱涵最大沉降量為3.5 mm(點號為L63),B高邊坡最大位移量為5.6 mm(點號為GSWY16),各觀測點沉降、位移變化量較小,表明沿線觀測點趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

對供水工程變形觀測資料進(jìn)行整理及預(yù)警分析,從單個觀測項目角度出發(fā),分析該項目在長時間序列下的變形情況。以某一年的數(shù)據(jù)為例,分析這一時間段內(nèi)所有觀測項目的整體變形情況。兩種分析方法結(jié)果表明,該工程沿線建筑物基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。