深入分析變形監測

鄒天其

（四川公路工程咨詢監理公司， 四川 成都 610041）

0 引言

變形監測主要包括開始監測前，建立變形監測控制網，監測中，對變形體進行水平位移、沉降、傾斜、裂縫、撓度、擺動和振動等監測。變形監測是針對變形體中離散點的變化情況進行觀測，并且描述變形體變形狀態。變形監測主要有靜態變形監測、動態變形監測這兩種，其中靜態變形以周期觀測為主，動態變形則是持續性監測。

工程變形監測的監測對象（變形體）主要包括城市、工礦區等地面沉降監測（亦稱地面形變監測）和工程建筑物三維變形監測、滑坡體滑動監測等。其中具有代表性的變形體監測案例主要有高層建筑物、大型水壩、橋梁設施、隧道工程、礦區地表等。

1 變形監測特點

變形監測主要具有以下特點：

1、重復性觀測。重復觀測的頻率取主要決于變形大小、速度還有觀測目的。第一次觀測我們稱為初始周期或零周期觀測。每一周期觀測方案比如監測網的圖形、使用儀器、作業方法乃至觀測人員都要求盡可能都一致。

2 、精度很高。和其他測量工作相比，變形觀測要求的精度非常高，典型精度一般要求達到1 mm或則相對精度要達到10-6以上。

3、需要運用各式各樣測量的方法。監測人員要對地面、空間、近景攝影等多種測量形式進行應用，從而達到取長補短的作用，使變形測量的準確性得到提升。

4、變形測量數據處理有極為嚴苛的要求。變形測量技術之后的數據處理階段，所涉及到的知識比較廣泛，也只有如此才能夠充分解釋變形體。

2 變形監測內容

通常變形觀測分為幾何監測、物理監測這兩種形式：幾何監測涉及到的內容比較多，例如水平位移、垂直位移以及偏距等。其中水平位移即水平面上位移監測點所處位置發生了改變，垂直位移是變形監測點在豎直線方向上的發生了改變。偏距、傾斜、撓度等也可歸結為水平和垂直位移。偏距和撓度可視某一特定方向的位移；傾斜可換算成水平或垂直位移分量，通過水平或垂直位移測量得到。物理量監測則涉及到應力、應變以及溫度等相關內容。變形監測就是要掌握水工建筑物的實際形狀大小，科學、準確的體現出水利工程建筑物狀態，水利工程施工和運營管理來說極為重要。變形監測牽涉面非常廣泛；應用到了到工程測量、工程地質、水文、結構力學、地球物理、計算機科學等諸多學科的知識。

3 變形監測方案設計

開始設計之前，我們應需要收集有關的地質和水文資料以及工程設計圖紙，根據變形體特點、變形的類型、監測的目的、任務的要求以及測區條件等進行變形監測的方案設計，確定變形監測的精度等級、監測方法、監測基準網的精度估算和布設、觀測周期、項目預警值、使用儀器設備等相關內容。

變形監測一般采用國家坐標系統和高程基準，或測區原有的獨立坐標系和高程基準，較小規模的監測工程，也可采用假定坐標系和高程基準。

變形監測網一般需要同時進行顧及精度、可靠性、靈敏度以及費用準則的優化設計。

變形監測一般采用GB 50026-2007《工程測量規范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規范》作為技術標準。

各觀測周期的變形監測必須滿足的要求是：1在規定的較短時間內完成；2采用相同觀測路線、觀測方法3必須使用同一儀器設備4觀測人員不要更換，應相對固定5記錄相關的環境因素，如荷載、溫度、降水、水位等；6采用統一的國家基準處理觀測數據。

每次變形觀測結束，監測人員應當立即處理的觀測數據，如果數據處理最終結果體現出下面幾種情況之一，需要馬上告知建設與施工兩個單位，及時解決：

1、變形量達到了預警值或接近允許值的時候；

2、變形量變化異常；

3、出現建筑裂縫、地表裂縫，并且裂縫迅速擴大。

而對于較大規?；蛑匾墓こ?，變形分析的內容一般包括：1、觀測成果可靠性分析；2、變形體的累積變形量和兩個相鄰觀測周期的相對變形量的分析；3、觀測后相關影響因素的作用分析；4、回顧分析；5、有限元分析。

4 變形監測方法

靜態變形監測一般使用如下幾種方法：

1、常規測量方法。監測人員通常會應用常規經緯儀、水準儀、全站儀等設備，從方向、角度、高差等的觀測值這幾個方面完成監測變形發展。測量方法具體采用邊角測量法、交會法與極坐標法等幾種。這種饞鬼測量法更多被應用在變形監測網設置以及變形周期觀測兩項工作中。

2、GPS測量方法。通過GPS具備的精密定位技術，構建變形監測基準網，用于觀測基準點以及變形觀測點。GPS法一般在施工現場滑坡三維變形、橋梁水平位移等工作中得到廣泛應用，并且突顯出GPS測量在精準度、抗干擾性以及操作等方面的優勢。

3、合成孔徑雷達測量法。通過微波雷達成像傳感器，可以對地面進行掃描，進而達到主動遙感成像的目的，經過數據加工、處理之后，雷達影像相位信號內對地面形變信息進行提取。這種方法更多在地面形變監測中運用，覆蓋范圍比較大，花費的成本低，無需構建監測網，此外也以其空間分辨率高這一優勢獲取地區范圍內的連續地表形變信息，完全突破了天氣、時間等因素的限制。

4、準直測量法。監測人員展開變形觀測點偏離基準線距離的測量，以此可以明確某方向點位對應的基準線變化方向以及實際距離。其中準直測量主要涉及到水平準直、鉛直這兩點內容。水平準直法主要是測量偏離水平基準線微距離，那么在設置水平基準線時則是和被監測物體平行；鉛直法是對偏離垂直基準線的微距離進行測量，垂直基準線和過基準點鉛垂線相垂直。

5、液體靜力水準測量法。監測人員在基準點設置觀測頭，其余觀測頭則放置于變形觀測點處，計算每個點之間的差值，便可以求出觀測點相對基準點高差。液體靜力水準測量法無需點、點通視，便可以有效輸出液面高程變化的電感，這對于變形監測自動化目標的實現有重要意義。

動態變形監測的監測方法主要有三種：

（1）實時動態GPS測量。

（2）近景攝影測量。

（3）地面三維激光掃描。

5 結束語

由于變形監測在工程建設中越來越重要，高程建筑、特大橋梁、水庫大壩、重要工程設施、重要地下工程深基坑、高邊坡等等都離不開變形監測，使得學好變形監測意義重大。

本文重點在于變形監測的方案設計和變形監測方法。

變形監測方案設計主要是變形監測網的設計以及基準點、工作基點和變形觀測點的選取。觀測完成后采取合理的變形分析方法并對觀測精度進行評估。

變形觀測方法分為靜態監測和動態監測。靜態監測方法分為（1）常規大地測量方法（2）GPS測量方法（3）合成孔徑雷達干涉測量方法（4）準直測量方法（5）液體靜力水準測量方法動態變形監測的監測方法主要有三種：（1）實時動態GPS測量方法（2）近景攝影測量方法（3）地面三維激光掃描方法