防洪大堤施工变形监测问题分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 测绘信息与工程Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　２００２　Ｄｅｃ．；２７（６）　１　文章编号：１００７—３８１７（２００２）０６—０００１—０２　中图分类号：Ｐ２５８　文献标识码：Ｂ　防洪大堤施工变形监测问题分析　田林亚　周绍光　刘红新　（河海大学测量工程系，南京市西康路ｌ号，２１００９８）　摘　要　在软土地区进行防洪大堤的施工，有必要通过变形监测、变形分析和变形预报来指导施工。主要对大堤施　工期的变形监测Ｉ＇ｆ题，如监测基准、监测方法与精度、变形分析与预报等进行分析。　关键词　防洪大堤；监测基准；水平位移；垂直位移；变形预报　在地质条件较差的地区进行防洪大堤施工，有必要在整　个施工阶段进行水平位移和垂直位移监测，获得大堤变形的　基准点的稳定性分析直接关系到监测方案的设计和监　测数据处理等一系列问题，参考系的选择只有在基准点稳定　基本信息，并通过变形分析和预报调节施工速率，以保证施　工安全。由于大堤呈带状布置，有较大的断面尺寸和较高的　填土高度，各断面所处的局部地形地质条件也不同，施工期　的变形量较大．引起变形的因素也较复杂，其施工变形监测　在监测方法、精度要求、数据处理等方面有其自身的特点。　１　变形监测的参考系　性分析之后才会更切合实际。在基准点具有很好稳定性的情　况下，应首先选用固定基准，监测网采用经典平差。　２水平位移监测方法与精度　在防洪大堤的施工阶段，安全监测仍然以常规的大地测　量方法为主，前方交会法、视准线法和极坐标法是水平位移　监测的主要方法。从观测精度方面分　根据大堤带状的特点，监测基点应选埋在变形区以外的　基岩上或深埋在原状土上，也可以设立于稳固的建构筑物　上。具体埋设位置应根据监测段的长度合理选择，原则上能　使监测控制网有较均匀的精度分配。　变形监测选择何种参考系（也即监测基准），取决于基准　析，只有对确定的观测对象，才能得出　某一种方法观测精度高低的结论。假　定采用的观测仪器为Ｔ２０００＋ＤＩ５，观　测图形如图１所示，设基线长４００　ｍ，　分别采用对称交会和极坐标测量，其　Ａ　交会角分别为６Ｏ。，９Ｏ。和１２０。，若采用　视准线法，设两基点之间的长度为　Ｃ　Ｂ　点是否稳定。稳定性分析是通过对基准点的重复观测后进行　的，如果基准点在观测前后没有发生增减，观测方法和观测　纲要不变，稳定性分析可在同一基准下进行，即将两期观测　成果按同一基准分别进行平差，获得某一重心基准下的坐标　向量估值ｚ和它的协因数矩阵Ｑ；。从两期的平差结果可以　得到基准点的位移ｄ和相应的协因数矩阵Ｑ　，即　ｄ＝；２一王　Ｑｄ—Ｑ；　＋　．　图』观测图形　４００　ｍ，全部观测一个测回，计算所得结果列于表１。　表１　几种观测方法精度比较　（１）　（２）　根据位移ｄ计算的单位权方差为：　ｄ　一ｄｒＱ　１ｄ　ｄ　（３　式中，　为独立的个数。　通过对这一特定仪器和特定图形的计算得到的结论是：　精度由高到低的顺序为边角交会法、测角交会法、活动觇牌　由观测值改正数求得一个综合的单位权方差为：　一［（　Ｐ　）“　＋（　ＰＶ）‘　］／ｆ　（４）　法、极坐标法、测边交会法。　式中，　为观测值改正数的列矩阵，Ｐ为观测值改正数的权　矩阵，厂为两期多余观测总数。　组成统计量：　Ｔ一　／　：　（５）　防洪大堤监测段一般都较长，如果在相应监测断面大堤　的－－Ｎ布置工作基点，使得监测点和工作基点位于同一方向　上，这样通视条件容易得到满足。因此，极坐标法是一种适用　的方法。　对监测网作整体检验，若丁满足Ｔ％Ｆ（ａ，　，，），表明基　若不计仪器与测点的对中误差，按极坐标法观测测点Ｐ　的点位中误差为：　准点稳定，否则表明基准点有变动，应设法进一步查明动点。　如果观测成果不属于同一基准，应先将其坐标向量和协　因数阵转换到同一个基准再行分析。通常采用　变换，即　Ｘ　一Ｓ女Ｘ　（６）　／＇ｆ／ｐ＝土［　；＋（ｍｐ／ｐ）。・Ｓ。］“。　（８）　若采用Ｔ２０００＋ＤＩ５作极坐标观测，　一３＋２×１０～，　＝０．７”，当　分别为１００　ｍ、２００　ｍ、３００　ｍ、４００　ｍ、５００　ｍ　６００　ｍ时，可求得／＇／Ｔｐ一３．２２　ｍｍ、３．４７　ｍｍ、３．７４　ｍｍ、４．０４　ｍｎ】　４・３５　ｍｍ、４．６７　ｍｍ。防洪大堤可持续施工的条件一般为日均　Ｑ　一Ｓ　Ｑ　ｓ＇ｒ　　（７）　式中，　为相似变换矩阵，下标　和ｋ表示不同的监测基准。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２　测绘信息与工程Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　２００２　Ｄｅｃ．；２７（６）　水平位移４、于５　ｍｍ～１０　ｍｍ，如果仅要求沿横断面方向满　看，却有明显的滑坡趋势．有关单位作出暂缓施工的决定。　足该值，可以推得Ｓ￣６ＯＯ　ｍ时，都可以满足精度要求。　变形预报是指导施工的重要手段，导致大堤产生变形的　原因是非常复杂的．除大堤的填土速率和时效及其周期性变　３垂直位移监测方法与精度　量的影响外，地基土的力学性质、地下水的状况、原有地面的　大堤垂直位移监测可以采用水准测量方法。设每次观测　地形条件等都会产生不同程度的影响，一些影响源难以准确　的水准路线基本相同．从工作基点到变形点的测站数皆为　，　地进行描述。以某大堤沉降预报为例，首先用回归分析方法　每测站的观测高差中误差为　．同一测点相邻两周期测得　建立统计模型，初步建立的方程为：　的高程为Ｈ“　、Ｈ“　，两期测得的沉降值为△Ｈ，则有：　＝“ｏ＋“１Ｈ＋“ｚＨ　＋ａ　３Ｈ。＋ａ　４Ｈ　＋　Ｈ—Ｈｔ　一Ｈ‘　Ｉ　６１Ｈｌ＋６２Ｈ１　＋　１丁＋ｃ２ｌｎＴ　７／ＡＨ—Ｅ２ｎＪ“　＾　式中，Ｈ为主大堤的填土高度，Ｈ　为压载平台的填土高度，　设大堤可持续施工的条件是日均沉降小于１０　ｍｍ，相邻　为时效。　两周期的间隔天数为７　ｄ．则△Ｈ的允许值为７０　ｍｍ，若取　用６７期观测成果进行逐步回归计算，剔除粗差后建立　，，『ｊ　为允许值的ｌ／１０，则　一土７　ｍｍ。根据实际情况假设　回归模型，并用该模型对后续几期的沉降量进行预测，预测　最不利条件下　为８，可求得　为土１．７５　ｍｍ。每测站观测　值与实测值相差较大，说明用回归模型进行大堤施工期的沉　高差中误差主要由水准管气泡居中误差、照准误差和估读误　降预报可能存在一定的缺陷。鉴于影响源存在一定的灰色　差引起．如果采用ｓ　级水准仪进行观测，设水准管分划值为　度，从灰色系统理论出发，用近期１０期成果建立了某点的灰　２Ｏ　．视线长度为５Ｏ　ｍ，估读误差为土１．５　ｍｍ．可求得其综合　色ＧＭ（１，１）模型，并用所建模型对后续几期的沉降量进行　影响为±１．６２　ｍＹｌｌ，可见采用Ｓ　级水准仪进行观测即可满　预测，预测值与实测值相差较小，说明用灰色ＧＭ（１，１）模型　足要求。　进行大堤施工期的沉降预报是可行的。　４监测数据处理方法　６结束语　数据处理的首期观测一般进行两次，取其均值作为成　根据大堤及其施工的特点，采用合理的监测基准、监测　果．以后每期观测一次。通过不同周期的观测值，计算出相邻　方法和监测精度，及时地进行变形分析，建立合理的监控模　周期的变形量、日均变形量以及累积变形量，以报表形式提　型进行变形预报，可以使施工得以顺利进行。为充分反映大　交给有关单位。表中的备注栏主要填写大堤的堤面高程、变　堤的变形情况，应选择地形地质条件较差的地段为监测断　形简单分析、测点的破坏和恢复情况以及有关建议等。　面，测点应及时选埋，首期观测应适时进行。为保证监测成果　由于监测断面和测点多、数据量大，为减少内业计算量，　的可靠性，各方应密切配合，避免人为的影响。　口　可以选用Ｅｘｃｅｌ电子表格存储观测数据。采用Ｅｘｃｅｌ下的　ＶＢＡ编制程序．用于各种计算和成果、图表的打印输出。为　参考文献　有关单位便于理解水平位移的变化情况，应建立以堤轴线和　［１］　李健生．中国江河防洪丛书总论卷［Ｍ］．北京：水利水电出版　监测断面组成的新坐标系，对实测成果进行坐标转换。　社，１　９９９．　Ｅ２３　陈永奇．变形观测数据处理ＥＭ３．北京：测绘出版社，１９８８．　５变形分析与预报　［３］　章书寿，华锡生．工程测量［Ｍ］．北京：水利电力出版社．Ｉ９９，１．　为保证大堤施工安全，要根据实测数据计算日均变化量　［４］　邓聚龙．灰色系统理论［Ｍ］．武汉：华中理工大学出版社，ｌ　９９０．　来控制，还要绘制位移一时间过程线、位移一荷载过程线进行变　收稿日期：２００２—０８—２６．　形趋势的描述。如在某大堤的水平位移监测中．相邻几期的　作者简介：田林亚．副教授，现主要从事数据处理理论与新技术的　日均水平位移量都没有超过限值的要求，但从变化过程线上　教学与研究。　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ　ＩＮ　ＴＨＥ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ＯＦ　ＦＬＯＯＤ—ＣＯＮＴＲＯＬ　ＤＹＫＥ　ＴＩＡＮ　Ｌｉｎｙａ　ＺＨＯＵ　Ｓｈａｏｇｕａｎｇ　ＬＩＵ　Ｈｏｎｇｘｉｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｈｅｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・１　Ｘｉｋａｎｇ　Ｒｏａｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１　００９８、Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｗｈｅｎ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｏｕｔ　ｆｌｏｏｄ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｙｋｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ　ａｒｅａ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｒｅｃｔｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔｕｍ　ｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｅｔｃ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ｆｌｏｏｄ—ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｙｋｅ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔｕｍ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ：ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ