傳統變形監測技術在輸水明渠襯砌材料變形分析中的應用

趙文廣

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130012）

1 研究背景

變形監測是對監視對象（簡稱形變體）進行測量，以確定其空間位置隨時間的變化特征[1]。它的任務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和時間特征[2]。

本文以正在進行施工的吉林省西部供水輸水明渠襯砌材料的凍脹為例，闡述變形監測技術及后期數據的處理方法。

由于本工程（輸水明渠）處在嚴寒地區，對不利地質條件渠道所采取的渠道襯砌等處理措施會直接影響到工程運行的壽命期及工程投資。現代施工技術中，環境的復雜性及頻繁地使用大型機械設備，難免對變電站基坑、建（構）筑物造成影響。因此在施工前，必須要對基坑、主要建筑物進行變形監測設計，通過變形監測及形變分析和預測，確保整個工程的安全、順利進行[3]。

2 凍脹變形觀測方案

2.1 監測點的布置

在吉林省西部供水輸水明渠輸水結構凍脹研究中設置2 個試驗段，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。試驗段變形點為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 部分試驗襯砌形式

2.2 傳統變形監測系統在本工程中的應用

傳統大地變形監測系統包含的固定點分為基準點、工作基點、監測點。

基準點為變形測得的測量基準，工作基點為以基準點為基點測得的等級低一級的基準點，監測點埋設在變形體用于變形體的變形監測。

2.2.1 變形觀測點的布設

布設觀測點時，應顧及觀測方法、設備和觀測內容。觀測點數量應足夠，其位置應有代表性，它們的變化應能反映出整個建筑物的變形特征。

2.2.2 基準網的建立

起算基點（工作基點）的高程直接影響監測點的高程，由于區域沉降的存在，需要將區域沉降的量值傳遞到監測點上，以保證全線的沉降基準統一在基巖上[4]。

2.2.3 工作基點的測算

工作基點的獨立坐標的獲取方式與基準點相同，工作基點每個周期都需要測。

2.2.4 變形監測的平面網

本次變形監測為二等變形監測，根據JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》的精度要求，對監測點的變形監測數據進行采集。徠卡TS30 超高精度全站儀自由設站法能夠滿足精密工程測量的要求[5]。

2.2.5 變形監測的高程網

沉降觀測進行二等水準測量。零周期對監測點的水平值進行2 次測量，然后取平均數，作為零周期的數據，復測周期只進行一次觀測，并與零周期進行對比。

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（地面測量工程控制與施工測量內外業一體化和數據處理自動化系統）。

2.2.7 周期數據后處理

由于本次變形監測為監測渠道襯砌面的凍脹變形，實際測得的坐標為正南正北方向，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。因此建立順水流方向與垂直水流方向作為橫縱軸的PVH 坐標系。以PVH 坐標為原始數據，對比每期變化量，在Excel 上生成變化量與變化速率的折線波動圖。

2.2.8 精度估算

二等變形監測的沉降監測點測站高差中誤差為0.5 mm。

2.3 數據處理

對于獲得的水平位移觀測數據（水平角、平距），使用科傻平差軟件處理，獲得監測點的平面坐標，每個復測周期都與上一周期和零周期的X值、Y值與水平變化量進行對比，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數值。對獲得的二等水準沉降值平差后得到監控點的高程，每個復測周期都與上一周期和零周期進行對比，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 監測點絕對沉降值（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，將獲得的表格數據處理為變形量曲線圖，成果如圖1 所示。

圖1 監測點曲線變化圖

2.4 精度統計

2.4.1 平面控制網

根據計算得到位移監測點坐標中誤差為3.0 mm，精度檢驗合格。

2.4.2 高程控制網

根據計算表格得到閉合差為0.3 mm，環線距離為1.44 km，測段為3 段。根據以下公式計算每千米水準偶然中誤差MΔ與每千米水準全中誤差MW：

MW≤2.0 mm，滿足精度要求。

3 結論

隨著科技的發展與儀器的更新換代，現代變形監測技術已經成熟，但傳統變形監測技術現今仍被應用廣泛。本文系統闡述了傳統變形監測從布設變形點到數據處理的全過程，并在得到水平位移變化量、沉降變化量、變化量隨時間變化曲線圖后，分析得出更適用于嚴寒地區的輸水明渠襯砌形式。