供水工程变形观测数据分析

麦永华

(广东粤港供水有限公司,广东 深圳 518000)

1 供水工程变形观测方案设计

某供水工程起源于东莞市东江取水口,经东莞市、深圳市等镇区,最终汇入B水库,沿线长度约60 km。沿线水工建筑物变形观测是对埋设的水准工作基点进行校核,对埋设的变形观测点进行垂直位移观测及水平位移观测。

1.1 水平位移观测

使用仪器:水平位移观测使用日本SOKKIA的SRX1X测量机器人{编号:100507,标称精度[±1.0",±(1.5 mm+2 ppm×D)]}。

观测方法:①B箱涵、B箱涵外侧边坡水平位移观测,按三等三角观测精度要求进行观测。B箱涵水平位移采用小角度法进行观测及计算,各位移点位移量为“+”表示偏离箱涵,位移量为“-”表示偏向箱涵。观测基准点遭破坏,故重新布设。B外侧边坡水平位移采用极坐标法进行观测及计算。数据处理时,假定GS05点坐标为:X=500.000,Y=500.000, GS05 至GS04 方位角为0,计算所在点的平面坐标、位移量并确定位移方向。②A高边坡水平位移选用三等变形观测精度进行观测,采用假定坐标系。数据处理时,假定JH01点坐标为:X=500.000,Y=500.000,JH01至JH02方位角为0,计算所在点的平面坐标、位移量并确定位移方向。③A水库大坝水平位移选用三等变形观测精度进行观测。水平位移采用小角度法进行观测及计算,位移量为“+”表示向下游方向位移,位移量为“-”表示向上游方向位移。④B水库大坝水平位移观测按三等变形观测精度要求进行。水平位移采用小角度法进行观测及计算,位移量为“+”表示向下游方向位移,位移量为“-”表示向上游方向位移。

1.2 垂直位移观测方法

使用仪器:沉降观测采用美国生产的Trimble DINI0.3电子水准仪(编号:731078,标称精度±0.3 mm/km)和钢尺条码水准尺。

观测方法:垂直位移观测作业采用精密水准测量法。从作业基点出发,经过若干个观测点,形成一个(多个)闭合或附合路线,其中以闭合路线为佳,特别难观测的观测点采取支水准路线往返测量。观测期间,采用固定的观测仪器、观测人员、观测路线、测站、观测周期及观测时段。垂直位移观测作业采用几何水准测量方法。基准点与工作基点检测采用二等变形(相当于国家一等水准)观测,变形点观测采用三等变形(相当于国家二等水准)观测。对位移点进行观测的同时,检测位移基准点的相对关系。

1.3 观测精度

水准基点、沉降观测点观测精度按《工程测量规范》第十章规定执行。水准基准点与工作基点校核观测按二等变形(相当于国家一等水准)观测精度进行测量,变形点观测采用三等变形(相当于国家二等水准)观测精度进行测量。

水平位移观测:B水库高边坡采用四等变形观测;A水库大坝、B水库大坝、B箱涵、B高边坡、A高边坡水平位移观测采用三等变形观测。

1.4 工作周期

变形测量工作周期以系统反映观测变化过程、不遗漏变化时刻为原则,分析单位时间中变形量的大小、外界因素影响后确定,如发现观测数据异常时,应增加观测次数。

1.5 变形监测网布设

观测变形网布设过程中,需确定观测内容、布设变形观测点、控制观测精度及确认观测频次。在变形体上直接布设变形观测点,用于变形体变形值的测定。在观测分析过程中,测点的位置变化体现为变形体形变,尤其是在分析过程中可从测点位置变化分析出变形体整体的形变规律,故对观测点的观测是对变形体作一次抽样检测。对样本的基本要求是应具有充分代表性,具体到布设的每个测点,主要体现为以下几方面:点数足够多,重点考虑特征点,关键部位的变形需反映整个建筑物特性,变形体应与观测点紧密结合。结合具体情况分析建筑物,与设计人员密切配合,设计合理的建筑布点方案。

2 供水工程变形观测结果统计

通过相关软件对观测数据进行计算分析,对供水工程的运行情况进行预警分析。对观测数据进行预警分析:在某一年内,分析各个观测项目的变形情况,掌握整个工程系统的变形;分析某一具体观测项目在长时间序列内的连续变形情况,掌握观测项目的变形趋势,对未来变形进行预测,保证工程安全高效运行。

以2012年度的观测工作为例,分析供水工程的整体变形情况,原始观测数据经过软件分析得到观测结果汇总。以某具体观测项目为研究对象,分析其多年来的变形发展,对未来做出预测,掌握工程运行情况。以B箱涵为例,统计该观测项目长时间序列变形情况,作出多年来的曲线图,如图1、图2。

图1 B箱涵垂直位移曲线Fig.1 Vertical displacement curve of box B culvert

图2 B箱涵水平位移曲线Fig.2 Horizontal displacement curve of box B culvert

其中,右边图例所示点号均为B箱涵观测项目所布设的点号。

3 供水工程观测结果预警分析

2012年度两次观测结果表明,变形观测所用仪器工具性能良好,观测技术指标达到规范要求,成果可靠。

从监测数据可以看出各变形观测点变形情况如下:A泵站最大沉降量为3.0 mm(点号为 LHCJ13),A箱涵最大沉降量为+3.5 mm(点号为 L63),B泵站最大沉降量为+4.7 mm(点号分别为 QLCJ8),B箱涵最大沉降量为-2.0 mm(点号分别为 GSWY05),最大位移量为-9.6 mm(点号分别为 GSWY8),B箱涵外侧边坡最大位移量为 5.6 mm(点号为GSWY16),B泵站最大沉降量为+2.3 mm(点号为JHCJ04),高边坡最大沉降量为+7.3 mm(点号为 JHWY17),最大位移量为+9.8 mm(点号为 JHWY16),竹尾田埋管最大沉降量为+2.8 mm(点号为 L88),A水库大坝最大沉降量为-3.3 mm、+3.3(点号分别为雁-1、雁主5-1),最大位移量为-8.4 mm(点号为雁主 8),B水库大坝最大沉降量为+4.2 mm(点号为深主 10),最大位移量为+10.0 mm(点号为深主 5)。各监测点沉降、位移变化量较小,表明沿线观测点趋于稳定状态。

B箱涵2004-2012年的垂直位移与水平位移变化情况如下:①垂直位移方面:各观测点的变化趋势基本一致,体现了B箱涵的位移变化趋势;从变形值来看,2004年12月-2009年5月,B箱涵的垂直位移都在0上下浮动,绝对值不超过3 mm,表明这段时间内B箱涵基本稳定。2009年10月-2012年12月,位移值基本保持不变,维持在-3 mm左右,表明经过一段时间,B箱涵工作环境基本稳定之后,其变形量也较稳定,没有大波动。总的来说,其垂直位移随着时间的延长逐渐趋于稳定,变形值维持在一个较小的水平,从长期来看,该B箱涵基本处于稳定可控状态。②水平位移方面:2004年-2012年B箱涵水平位移值总体上先增大后趋于稳定,变形值维持在0～25 mm,处于较稳定状态。2005年-2008年各观测点变形值表现出增大趋势。2008年-2012年,各观测点均在各自的变形水平上维持稳定不变,表明经过一段时间,B箱涵所处环境基本处于稳定,变形值不再发生大的变化。

4 结论

2012年度各变形观测点变形情况如下:A泵站最大沉降量为3.0 mm(点号为LHCJ13),B箱涵最大沉降量为3.5 mm(点号为L63),B高边坡最大位移量为5.6 mm(点号为GSWY16),各观测点沉降、位移变化量较小,表明沿线观测点趋于稳定状态。

对供水工程变形观测资料进行整理及预警分析,从单个观测项目角度出发,分析该项目在长时间序列下的变形情况。以某一年的数据为例,分析这一时间段内所有观测项目的整体变形情况。两种分析方法结果表明,该工程沿线建筑物基本处于稳定状态。