赵文广

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130012）

1 研究背景

变形监测是对监视对象（简称形变体）进行测量，以确定其空间位置随时间的变化特征[1]。它的任务是确定在各种荷载和外力作用下变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征[2]。

本文以正在进行施工的吉林省西部供水输水明渠衬砌材料的冻胀为例，阐述变形监测技术及后期数据的处理方法。

由于本工程（输水明渠）处在严寒地区，对不利地质条件渠道所采取的渠道衬砌等处理措施会直接影响到工程运行的寿命期及工程投资。现代施工技术中，环境的复杂性及频繁地使用大型机械设备，难免对变电站基坑、建（构）筑物造成影响。因此在施工前，必须要对基坑、主要建筑物进行变形监测设计，通过变形监测及形变分析和预测，确保整个工程的安全、顺利进行[3]。

2 冻胀变形观测方案

2.1 监测点的布置

在吉林省西部供水输水明渠输水结构冻胀研究中设置2 个试验段，分别代表挖方（受地下水影响）和填方（不受地下水影响）2 种类型。试验段变形点为J1-4、J5-8、L1-4、L5-8、P1-8、A1-8、D1-4、D5-8 等等，表1 列出部分试验衬砌形式，并备注了该种衬砌形式所在渠道的阳坡或阴坡。

表1 部分试验衬砌形式

2.2 传统变形监测系统在本工程中的应用

传统大地变形监测系统包含的固定点分为基准点、工作基点、监测点。

基准点为变形测得的测量基准，工作基点为以基准点为基点测得的等级低一级的基准点，监测点埋设在变形体用于变形体的变形监测。

2.2.1 变形观测点的布设

布设观测点时，应顾及观测方法、设备和观测内容。观测点数量应足够，其位置应有代表性，它们的变化应能反映出整个建筑物的变形特征。

2.2.2 基准网的建立

起算基点（工作基点）的高程直接影响监测点的高程，由于区域沉降的存在，需要将区域沉降的量值传递到监测点上，以保证全线的沉降基准统一在基岩上[4]。

2.2.3 工作基点的测算

工作基点的独立坐标的获取方式与基准点相同，工作基点每个周期都需要测。

2.2.4 变形监测的平面网

本次变形监测为二等变形监测，根据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》的精度要求，对监测点的变形监测数据进行采集。徕卡TS30 超高精度全站仪自由设站法能够满足精密工程测量的要求[5]。

2.2.5 变形监测的高程网

沉降观测进行二等水准测量。零周期对监测点的水平值进行2 次测量，然后取平均数，作为零周期的数据，复测周期只进行一次观测，并与零周期进行对比。

2.2.6 平差软件

平差软件包括徕卡GEO 办公软件、Poweradj 软件和科傻平差软件（地面测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统）。

2.2.7 周期数据后处理

由于本次变形监测为监测渠道衬砌面的冻胀变形，实际测得的坐标为正南正北方向，渠道本身存在弯曲弧度，故正南正北的变形量不能代表渠道衬砌面水流方向与垂直水流方向的变化量。因此建立顺水流方向与垂直水流方向作为横纵轴的PVH 坐标系。以PVH 坐标为原始数据，对比每期变化量，在Excel 上生成变化量与变化速率的折线波动图。

2.2.8 精度估算

二等变形监测的沉降监测点测站高差中误差为0.5 mm。

2.3 数据处理

对于获得的水平位移观测数据（水平角、平距），使用科傻平差软件处理，获得监测点的平面坐标，每个复测周期都与上一周期和零周期的X值、Y值与水平变化量进行对比，得到每周期的位移差值，如表2所示。

表2 水平位移值

表2 仅列出部分周期的部分数值。对获得的二等水准沉降值平差后得到监控点的高程，每个复测周期都与上一周期和零周期进行对比，获得每周期分别与零周期、上周期相比的沉降值，如表3 所示。

表3 监测点绝对沉降值（单位：mm）

将已有的平面位移成果与沉降成果以周期为横轴，变化量为纵轴，将获得的表格数据处理为变形量曲线图，成果如图1 所示。

图1 监测点曲线变化图

2.4 精度统计

2.4.1 平面控制网

根据计算得到位移监测点坐标中误差为3.0 mm，精度检验合格。

2.4.2 高程控制网

根据计算表格得到闭合差为0.3 mm，环线距离为1.44 km，测段为3 段。根据以下公式计算每千米水准偶然中误差MΔ与每千米水准全中误差MW：

MW≤2.0 mm，满足精度要求。

3 结论

随着科技的发展与仪器的更新换代，现代变形监测技术已经成熟，但传统变形监测技术现今仍被应用广泛。本文系统阐述了传统变形监测从布设变形点到数据处理的全过程，并在得到水平位移变化量、沉降变化量、变化量随时间变化曲线图后，分析得出更适用于严寒地区的输水明渠衬砌形式。