論變形監測技術的現狀與發展趨勢

張歡　馬杰

[摘要]水庫大壩作為國民經濟重要的基礎設施，其安全性備受矚目。變形監測是大壩安全監測重要的一部分，可以較為直觀地反映水庫大壩的變形位移情況，但有些水庫大壩運行期間，變形監測系統會出現各種問題。文章闡述水庫大壩變形監測技術的現狀以及發展趨勢，以期可以為相關人士提供一定的參考和幫助。

[關鍵詞]變形；監測技術；現狀；發展趨勢

一、常規的變形監測系統及方法

（1）水平位移監測：對水工建筑物的順水流方向或順軸線方向的水平位移變化進行監測。常用觀測方法分基準線法、大地測量方法兩大類。

基準線法是通過一條固定的基準線來測定監測點的位移，常見的有視準線法、引張線法、真空激光準直法、垂線法。

大地測量方法主要以外部變形監測控制網點為基準，以大地測量方法測定被監測點的大地坐標，進而計算被監測點的水平位移。常見的方法有交會法、精密導線法、三角測量法、極坐標法、GNSS觀測法等。

（2）垂直位移觀測：對水工建筑物垂直方向的位移變化進行測量，用以了解水工建筑各個設計監測部位的垂直位移變化情況，進而確定水工建筑隨著施工及蓄水等因素變化、基礎的沉降抬升情況，從而掌握水庫大壩的狀態。

常用的方法有幾何水準測量方法、三角高程測量法、液體靜力水準法、雙金屬標法、水管式沉降儀法等。

（3）撓度觀測：一般用于混凝土壩，以壩體內置的鉛垂線（正垂線和倒垂線）為基準，測量壩體不同高度相對于鉛垂線的水平位置變化，從而確定壩體的撓曲變化。

（4）裂縫觀測：對建筑物產生的裂縫或庫岸邊坡裂縫進行位置、長度、寬度、深度、錯距等監測，以了解裂縫的變化情況。

一般采用丈量方式，可采用檢定過的鋼尺、銦鋼尺等進行精密量距，也可在內部壩塊接縫處埋設測縫計，在壩趾和混凝土面板接縫之間還需要埋設三向、雙向測縫計，在山體或基礎應力較大處埋設裂縫計，用于監測施工縫、周邊縫等開合情況。

（5）滑坡及崩岸觀測：滑坡體崩岸區應進行定期監測，并進行巡視檢查，必要時進行預警，減少突發事件發生時的損失。

二、變形監測現狀

（一）設計不足

水庫大壩在初期勘測設計階段，由于未考慮到運行期周邊市政工程的影響，將部分控制網點、視準線工作基點、水準基準點、水準工作基點等布設在高邊坡或公路旁邊，以便不遭受人為破壞，也便于觀測人員到達。但部分邊坡在電站施工后期，因邊坡出現塌方、道路進行拓寬等原因，造成基點及基準點破壞，需要進行測點重建和數據引測。

（二）維護不當

水庫大壩監測人員缺少專業的監測知識，運行期間對變形監測設施儀器維護不當，保護措施不到位，導致部分儀器設備失效、自動化系統癱瘓，或存在缺陷卻依然采集“正常數據”。

（三）管理不嚴

（1）水庫大壩進入運行期后，一般管理單位僅投入較少的人員進行現場管理，安全監測專業技術人員缺失。大量的監測工作需要具備專業技術能力的人員來完成，主管人員經常身兼數職。（2）監測工作實施過程中極少能按照國家規范、行業標準來執行，導致采集到的監測數據粗差、誤差較大，不能滿足監測分析要求。（3）許多變形監測儀器設備需要定期檢定，部分電站主管部門監測管理不嚴，導致監測儀器多年未進行檢驗、率定，其測量數據可信度不高。

（四）技術落后

隨著社會的進步和技術的革新，安全監測技術也有了很大發展。新儀器、新方法、新軟件等一系列新技術的出現，極大地減小了安全監測人員的工作強度，也有利于科學、高效地進行安全監測施工、實施以及最終分析。部分水庫大壩管理方由于資金不足、觀念落后等因素，至今仍采用老舊的設備、方法進行安全監測工作，不僅精度滿足不了要求，有時受天氣影響，甚至無法完成觀測任務。

三、變形監測的發展趨勢

（一）建立多導航衛星系統的實時變形監測分析系統

對于區域性橋梁或者是地殼的變形監測，可以采用多星實時變形監測系統能自動的分析和處理變形監測數據的能力，從而對變形體的監測做出科學合理的預測。未來衛星將不同衛星導航系統之間的融合用于變形監測。因此，研究GNSS實時動態的監測大型構筑物也是一個主要的研究方向。

（二）建立GNSS/GNSS集成的變形監測系統

當前變形監測技術不僅需要獲取變形體的大小，還應該對變形體做出一定的預測和解釋。雖然GNSS技術在變形監測中的觀測精度較高，自動化水平較高以及數據處理軟件也較完善。但是仍無法對變形體的信息做出合理分析，所以可以考慮將兩者進行有效的融合。

總而言之，隨著我國信息技術的不斷發展，大壩變形監測技術逐步實現了信息智能化，對大壩變形監測資料分析提出更高的要求。為此，應進一步研究解決監測資料分析中存在的問題，為大壩安全建設及安全評估提供更有價值的科學依據。不斷深化監測分析成果在水利工程中的應用價值，促進水電行業的發展。