供水工程變形觀測數據分析

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計

某供水工程起源于東莞市東江取水口,經東莞市、深圳市等鎮區,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的水準工作基點進行校核,對埋設的變形觀測點進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測量機器人{編號:100507,標稱精度[±1.0",±(1.5 mm+2 ppm×D)]}。

觀測方法:①B箱涵、B箱涵外側邊坡水平位移觀測,按三等三角觀測精度要求進行觀測。B箱涵水平位移采用小角度法進行觀測及計算,各位移點位移量為“+”表示偏離箱涵,位移量為“-”表示偏向箱涵。觀測基準點遭破壞,故重新布設。B外側邊坡水平位移采用極坐標法進行觀測及計算。數據處理時,假定GS05點坐標為:X=500.000,Y=500.000, GS05 至GS04 方位角為0,計算所在點的平面坐標、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行觀測,采用假定坐標系。數據處理時,假定JH01點坐標為:X=500.000,Y=500.000,JH01至JH02方位角為0,計算所在點的平面坐標、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行觀測。水平位移采用小角度法進行觀測及計算,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行。水平位移采用小角度法進行觀測及計算,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的Trimble DINI0.3電子水準儀(編號:731078,標稱精度±0.3 mm/km)和鋼尺條碼水準尺。

觀測方法:垂直位移觀測作業采用精密水準測量法。從作業基點出發,經過若干個觀測點,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。垂直位移觀測作業采用幾何水準測量方法。基準點與工作基點檢測采用二等變形(相當于國家一等水準)觀測,變形點觀測采用三等變形(相當于國家二等水準)觀測。對位移點進行觀測的同時,檢測位移基準點的相對關系。

1.3 觀測精度

水準基點、沉降觀測點觀測精度按《工程測量規范》第十章規定執行。水準基準點與工作基點校核觀測按二等變形(相當于國家一等水準)觀測精度進行測量,變形點觀測采用三等變形(相當于國家二等水準)觀測精度進行測量。

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,如發現觀測數據異常時,應增加觀測次數。

1.5 變形監測網布設

觀測變形網布設過程中,需確定觀測內容、布設變形觀測點、控制觀測精度及確認觀測頻次。在變形體上直接布設變形觀測點,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具有充分代表性,具體到布設的每個測點,主要體現為以下幾方面:點數足夠多,重點考慮特征點,關鍵部位的變形需反映整個建筑物特性,變形體應與觀測點緊密結合。結合具體情況分析建筑物,與設計人員密切配合,設計合理的建筑布點方案。

2 供水工程變形觀測結果統計

通過相關軟件對觀測數據進行計算分析,對供水工程的運行情況進行預警分析。對觀測數據進行預警分析:在某一年內,分析各個觀測項目的變形情況,掌握整個工程系統的變形;分析某一具體觀測項目在長時間序列內的連續變形情況,掌握觀測項目的變形趨勢,對未來變形進行預測,保證工程安全高效運行。

以2012年度的觀測工作為例,分析供水工程的整體變形情況,原始觀測數據經過軟件分析得到觀測結果匯總。以某具體觀測項目為研究對象,分析其多年來的變形發展,對未來做出預測,掌握工程運行情況。以B箱涵為例,統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的點號。

3 供水工程觀測結果預警分析

2012年度兩次觀測結果表明,變形觀測所用儀器工具性能良好,觀測技術指標達到規范要求,成果可靠。

從監測數據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)。各監測點沉降、位移變化量較小,表明沿線觀測點趨于穩定狀態。

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B箱涵基本穩定。2009年10月-2012年12月,位移值基本保持不變,維持在-3 mm左右,表明經過一段時間,B箱涵工作環境基本穩定之后,其變形量也較穩定,沒有大波動。總的來說,其垂直位移隨著時間的延長逐漸趨于穩定,變形值維持在一個較小的水平,從長期來看,該B箱涵基本處于穩定可控狀態。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定,變形值維持在0～25 mm,處于較穩定狀態。2005年-2008年各觀測點變形值表現出增大趨勢。2008年-2012年,各觀測點均在各自的變形水平上維持穩定不變,表明經過一段時間,B箱涵所處環境基本處于穩定,變形值不再發生大的變化。

4 結論

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定狀態。

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