深入分析变形监测

邹天其

（四川公路工程咨询监理公司， 四川 成都 610041）

0 引言

变形监测主要包括开始监测前，建立变形监测控制网，监测中，对变形体进行水平位移、沉降、倾斜、裂缝、挠度、摆动和振动等监测。变形监测是针对变形体中离散点的变化情况进行观测，并且描述变形体变形状态。变形监测主要有静态变形监测、动态变形监测这两种，其中静态变形以周期观测为主，动态变形则是持续性监测。

工程变形监测的监测对象（变形体）主要包括城市、工矿区等地面沉降监测（亦称地面形变监测）和工程建筑物三维变形监测、滑坡体滑动监测等。其中具有代表性的变形体监测案例主要有高层建筑物、大型水坝、桥梁设施、隧道工程、矿区地表等。

1 变形监测特点

变形监测主要具有以下特点：

1、重复性观测。重复观测的频率取主要决于变形大小、速度还有观测目的。第一次观测我们称为初始周期或零周期观测。每一周期观测方案比如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测人员都要求尽可能都一致。

2 、精度很高。和其他测量工作相比，变形观测要求的精度非常高，典型精度一般要求达到1 mm或则相对精度要达到10-6以上。

3、需要运用各式各样测量的方法。监测人员要对地面、空间、近景摄影等多种测量形式进行应用，从而达到取长补短的作用，使变形测量的准确性得到提升。

4、变形测量数据处理有极为严苛的要求。变形测量技术之后的数据处理阶段，所涉及到的知识比较广泛，也只有如此才能够充分解释变形体。

2 变形监测内容

通常变形观测分为几何监测、物理监测这两种形式：几何监测涉及到的内容比较多，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监测点所处位置发生了改变，垂直位移是变形监测点在竖直线方向上的发生了改变。偏距、倾斜、挠度等也可归结为水平和垂直位移。偏距和挠度可视某一特定方向的位移；倾斜可换算成水平或垂直位移分量，通过水平或垂直位移测量得到。物理量监测则涉及到应力、应变以及温度等相关内容。变形监测就是要掌握水工建筑物的实际形状大小，科学、准确的体现出水利工程建筑物状态，水利工程施工和运营管理来说极为重要。变形监测牵涉面非常广泛；应用到了到工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识。

3 变形监测方案设计

开始设计之前，我们应需要收集有关的地质和水文资料以及工程设计图纸，根据变形体特点、变形的类型、监测的目的、任务的要求以及测区条件等进行变形监测的方案设计，确定变形监测的精度等级、监测方法、监测基准网的精度估算和布设、观测周期、项目预警值、使用仪器设备等相关内容。

变形监测一般采用国家坐标系统和高程基准，或测区原有的独立坐标系和高程基准，较小规模的监测工程，也可采用假定坐标系和高程基准。

变形监测网一般需要同时进行顾及精度、可靠性、灵敏度以及费用准则的优化设计。

变形监测一般采用GB 50026-2007《工程测量规范》、JGJ8-2007《建筑变形测量规范》作为技术标准。

各观测周期的变形监测必须满足的要求是：1在规定的较短时间内完成；2采用相同观测路线、观测方法3必须使用同一仪器设备4观测人员不要更换，应相对固定5记录相关的环境因素，如荷载、温度、降水、水位等；6采用统一的国家基准处理观测数据。

每次变形观测结束，监测人员应当立即处理的观测数据，如果数据处理最终结果体现出下面几种情况之一，需要马上告知建设与施工两个单位，及时解决：

1、变形量达到了预警值或接近允许值的时候；

2、变形量变化异常；

3、出现建筑裂缝、地表裂缝，并且裂缝迅速扩大。

而对于较大规模或重要的工程，变形分析的内容一般包括：1、观测成果可靠性分析；2、变形体的累积变形量和两个相邻观测周期的相对变形量的分析；3、观测后相关影响因素的作用分析；4、回顾分析；5、有限元分析。

4 变形监测方法

静态变形监测一般使用如下几种方法：

1、常规测量方法。监测人员通常会应用常规经纬仪、水准仪、全站仪等设备，从方向、角度、高差等的观测值这几个方面完成监测变形发展。测量方法具体采用边角测量法、交会法与极坐标法等几种。这种馋鬼测量法更多被应用在变形监测网设置以及变形周期观测两项工作中。

2、GPS测量方法。通过GPS具备的精密定位技术，构建变形监测基准网，用于观测基准点以及变形观测点。GPS法一般在施工现场滑坡三维变形、桥梁水平位移等工作中得到广泛应用，并且突显出GPS测量在精准度、抗干扰性以及操作等方面的优势。

3、合成孔径雷达测量法。通过微波雷达成像传感器，可以对地面进行扫描，进而达到主动遥感成像的目的，经过数据加工、处理之后，雷达影像相位信号内对地面形变信息进行提取。这种方法更多在地面形变监测中运用，覆盖范围比较大，花费的成本低，无需构建监测网，此外也以其空间分辨率高这一优势获取地区范围内的连续地表形变信息，完全突破了天气、时间等因素的限制。

4、准直测量法。监测人员展开变形观测点偏离基准线距离的测量，以此可以明确某方向点位对应的基准线变化方向以及实际距离。其中准直测量主要涉及到水平准直、铅直这两点内容。水平准直法主要是测量偏离水平基准线微距离，那么在设置水平基准线时则是和被监测物体平行；铅直法是对偏离垂直基准线的微距离进行测量，垂直基准线和过基准点铅垂线相垂直。

5、液体静力水准测量法。监测人员在基准点设置观测头，其余观测头则放置于变形观测点处，计算每个点之间的差值，便可以求出观测点相对基准点高差。液体静力水准测量法无需点、点通视，便可以有效输出液面高程变化的电感，这对于变形监测自动化目标的实现有重要意义。

动态变形监测的监测方法主要有三种：

（1）实时动态GPS测量。

（2）近景摄影测量。

（3）地面三维激光扫描。

5 结束语

由于变形监测在工程建设中越来越重要，高程建筑、特大桥梁、水库大坝、重要工程设施、重要地下工程深基坑、高边坡等等都离不开变形监测，使得学好变形监测意义重大。

本文重点在于变形监测的方案设计和变形监测方法。

变形监测方案设计主要是变形监测网的设计以及基准点、工作基点和变形观测点的选取。观测完成后采取合理的变形分析方法并对观测精度进行评估。

变形观测方法分为静态监测和动态监测。静态监测方法分为（1）常规大地测量方法（2）GPS测量方法（3）合成孔径雷达干涉测量方法（4）准直测量方法（5）液体静力水准测量方法动态变形监测的监测方法主要有三种：（1）实时动态GPS测量方法（2）近景摄影测量方法（3）地面三维激光扫描方法