淺談長洲水利樞紐垂直位移變形監測

曹振君

【摘要】對變形體進行周期性測量，通過對溫以確定其空間位置隨時間的變化的特征。經過對觀測點進午長期而具有周期性的重復觀測，求得其在兩個觀測周期變化量，通過對建筑物的定期的周期性觀測，掌握監測點的變化規律，監視工程建筑物的狀態變化和工作情況。LeicaDNA03電子水準儀其外形采用流線型設計，減低風阻影響；儀器外殼采用遮光材料，減小溫度對儀器產生的影響，并且采用新式標準磁阻尼補償器，使其補償性能得以提高。在實際應用中其高精度、易操作、自動化、智能化等特點得到了充份的體現。

【關鍵詞】變形監測；垂直位移；周期觀測；數字水準儀；自動化

一、引 言

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

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、水文地質、土壤的物理性質、大氣溫度等。例如基礎的地質條件不同，有的穩定、有的不穩定，會引起建筑物的不均勻沉陷，使其發生傾斜；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性和周期性的變化，而引起建筑物的規律變形。另一種是與建筑物本身相聯系的原因，即建筑物本身的荷重，建筑物的結構、型式及動荷載（如風力、水流、震動等）的作用。此外由于勘測、設計、施工以及運營管理工作的不合理性也會引起建筑物產生額外的變形。變形觀測的任務是長期而具有周期性的，對觀測點進行重復觀測，求得其在兩個觀測周期變化量，通過對建筑物的定期的周期性觀測，掌握監測點的變化規律，監視工程建筑物的狀態變化和工作情況。在發現不正常現象時，及時分析原因，采取措施，防止事故發生，并改善運營方式，以保證安全。

對于外部變形觀測來講，變形觀測的結果能否客觀及時的反映建筑物的變形特點和變形規律，這主要是由監測網的布置，網型的特點，監測部位的選擇以及觀測方法和觀測精度等因素決定的。根據具體情況，具體分析，因地制宜，才能取得正確有效的觀測結果，從而達到對建筑物安全監測的目的。

二、監測網布置及施測

2.1垂直位移監測網的布置

根據水利樞紐主體工程施工步驟，對施工期變形觀測也分為三步，并擬定合理、科學的方案。根據垂直位移觀測的技術要求，擬定垂直位移監測的方案為“先建網，后監測；先外江，次內江，后中江”。

根據擬定方案，首先建立施工期垂直位移監測網。監測網分別以長水基右和長水基左作為施工期監測網的基點，參考點分別布設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；內江右岸主體建筑物（內江重力壩）下游約0.5公里處的CZBX04；內江左岸的CZBX05及距內江左岸主體建筑物下游約1公里處的CZBX06。水準路線從長水基右開始，經過各參考點附合到長水基左，全線長約10Km，形成附合水準路線。按《國家一、二等水準測量規范》中一等水準測量的要求執行。

目標點分布：垂直位移觀測采用精密水準測量法進行觀測，在船閘、泄水閘、廠房的閘墩、重力壩的每個壩段各設1～2個測點；土壩頂部下游側每40米設一個測點。整個長洲樞紐共計約120個垂直位移監測點。

2.2 垂直位移監測實施

2.2.1監測方法及有關規定

長洲水利樞紐垂直位移變形監測采用幾何水準法進行，觀測儀器為LeicaDNA03數字水準儀及3m銦瓦尺一對。LeicaDNA03電子水準儀其外形采用流線型設計，減低風阻影響。儀器外殼采用遮光材料，減小溫度對儀器產生的影響。并且采用新式標準磁阻尼補償器，使其補償性能得以提高。每公里往返測標準偏差為0.3mm；限差依據《國家一、二等水準測量規范》（GB/T1897-91）和《混凝土大壩安全監測技術規范》的要求。測段往返測高差不符值不超過 mm、環線閉合差不超過 mm、檢測高差的較差應不超過表 mm；測站視線長度（儀器至標尺距離）≤30m、前后視距差≤0.5m、視線高度2.50m>L>0.50m

注：K---測段、區段或路線長度，km； L---附合路線長度，km；

F---環線長度，km； R---檢測測段長度，km。

2.2.2監測實施

根據《混凝土大壩安全監測技術規范》中要求，需要在各項工程完建后及時采集變形監測初始值，并且對建筑物進行周期性連續觀測，觀測周期根據工程的規模、監測點的數據、位置以及觀測一次所需時間的長短定為初期為半月一次，根據數據分析建筑物趨向穩定后調整為月觀測。將觀測路線定為閉合水準路線。觀測結果的精度主要根據閉合差和測段間的往返測高差不符值來評定，在平差時將閉合差按測點間公里數進行分配后得到結果。

變形監測的工作流程如下：

準備資料、外業觀測、數據傳輸（.GIS文件）、內業處理資 料 整 編（.XLS文件）、編寫監理月報，再進入下一監測期。

三、長洲水利樞紐的監測數據分析

3.1 監測數據預處理

3.1.數據處理及分析

使用LeicaDNA03數字水準儀自動記錄，在儀器中根據《國家一、二等水準測量規范（GB/T1897-91）》設定限差，并按其規范要求進水準路線測量，測量過程中儀器自動對測量數據進行地球曲率改正。將采集數據存貯在內存卡上，數據格式為GIS，使用自編程序或徠卡辦公室軟件對數據進行處理并計算出各測段（測點）間高差，再將往返測高差不符值根據測段（測點）間距離進行配符改正，最后得到改正后高差。計算出各測點高程值與上周期觀測值進行比對得出變形值。

3.2 監測數據分析

從變形結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，溫升時壩體混凝土膨脹，使變形監測點所處平面呈上升趨勢，溫降時混凝土收縮，使變形監測點所處平面呈下沉趨勢。

變形監測中變形體的位移情況需要通過對多周期監測數據的分析，發現變形體的位移情況與周邊的很多因素有關（如：氣溫、變形體自身的溫度、水位、應力等）。通過幾何分析確定變形量的大小、方向及其變化，即變形體形態的動態變化；再通過物理解釋分析變形體產生位移的原因。一般來說幾何分析是基礎，主要是確定相對和絕對位移量，物理解釋則是在于從本質上認識變形。變形物理解釋和變形預報可根據確定函數法如動力學方程進行，也可根據大量的監測資料用統計分析法進行，同時還可將兩種方法結合起來進行綜合分析預報。總體來說，變形監測是基礎，變形分析是手段，變形預報是目的，變形觀測數據處理的過程就是進行變形分析和預報的過程。

參考文獻：

[1] 張正祿 工程測量[M]. 武漢。 武漢大學出版社的，2005

[2] 主辦單位. 《國家一、二等水準測量規范（GB/T1897-91）》