【正文】 .......................................................................................................................... 24 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 研究背景 近些年來，在工程領(lǐng)域，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，各種大型重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目及技術(shù)復(fù)雜的新型工程不斷出現(xiàn)。對(duì)大型構(gòu)筑物變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)除了及時(shí)掌握構(gòu)筑物的工作性態(tài)，有多方面的必要性。其目的是分析估計(jì) 工程 的安全程度，以便及時(shí)采取措施，設(shè)法保證 工程 安全運(yùn)行。其中有些事故，如果能夠在施工過程當(dāng)中對(duì)某些關(guān)鍵控制部位實(shí)施同期 監(jiān)測(cè)，那么就完全有可能將事故的發(fā)生消滅在萌芽狀態(tài)。因而，變形監(jiān)測(cè)研究在國內(nèi)外受到了廣泛的重視。 在 20 世紀(jì) 80 年代，變形監(jiān)測(cè)主要是采用常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)和某些特殊測(cè)量手段。 近 10 年來，近景攝影測(cè)量在隧道、橋梁、大壩、滑坡及高層建筑變形監(jiān)測(cè)等方面得到了廣泛應(yīng)用，其監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到 mm 級(jí)。據(jù)資料介紹，國外從 20 世紀(jì) 80 年代開始用 GPS 進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。徐友仁等在吸收目前國內(nèi)外傳感器及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地研制開發(fā)了精度高、穩(wěn)定性較好的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備，主要成果有光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)、地震 CT技術(shù)等。新式的監(jiān)測(cè)儀器無疑推動(dòng)工程監(jiān)控的進(jìn)步，但隨著新產(chǎn)品的應(yīng)用，在實(shí)踐中出現(xiàn)了一些新的、有待完善的技術(shù)問題，解決這些技術(shù)問題以及其實(shí)現(xiàn)的效果是變形監(jiān)測(cè)者和產(chǎn)品研發(fā)者都應(yīng)密切關(guān)注的方面，有必要做進(jìn)一步探討。隨著高精度智能型全站儀、靜力水準(zhǔn)儀等高精度、智能化測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)，為高效、精確地進(jìn)行大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)提供了很好的硬件平臺(tái)，同時(shí)為解決大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)要求精度高、測(cè)量條件差的難題提供支持，但這些新型儀器在大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果如何，又會(huì)產(chǎn)生一些什么樣的新問題，如何解決這些問題，類似的探討比較少。 本文研究的內(nèi)容： ① 系 統(tǒng)研究了安全監(jiān)測(cè)技術(shù)在 構(gòu)筑物工程中 的應(yīng)用問題 。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測(cè)技術(shù) 5 第二章 安全監(jiān)測(cè)技術(shù) 安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，就是利用測(cè)量?jī)x器及其他專用儀器和方法對(duì)變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)視、觀測(cè)，并與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，從而對(duì)工程安全性進(jìn)行監(jiān)測(cè)的工作。由于工程測(cè)量學(xué)是研究工程建設(shè)在勘測(cè)、施工和管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科，因而在工程領(lǐng)域，也常把變形測(cè)量作為工程測(cè)量的一個(gè)重要組成部分 [6]。 安全監(jiān)測(cè)的目的 安全監(jiān)測(cè)的目的，在于獲得被研究對(duì)象在變形過程中有關(guān)變形大小的一切資 料，分析研究這些資料可以監(jiān)視地表變形和工程建（構(gòu)）筑物的運(yùn)營(yíng)狀況。地表變形，可以是自然原因產(chǎn)生，即板塊運(yùn)動(dòng)、地球內(nèi)部巖漿活動(dòng)等，也可能是人工的原因。 這種變形有多大？變形的機(jī)理是什么？變形有什么規(guī)律？移動(dòng)與變形會(huì)不會(huì)導(dǎo)致工程災(zāi)害？由于工程建（構(gòu)）筑物都允許有一定的變形而不影響其正常使用和造成損害，因此要求能準(zhǔn)確地估計(jì)和觀測(cè)到各種移動(dòng)與變形值，并能判定工程建（構(gòu)）筑物的允許變形值。當(dāng)變形量較大時(shí)，測(cè)量周期宜短；而當(dāng)變形量減小，工程建（構(gòu)）筑物趨向穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量周期則可相應(yīng)放長(zhǎng)。 在全球性變形監(jiān)測(cè)方面，空間大地測(cè)量是最基本且最適用的技術(shù)，它主要包括全球定位系統(tǒng) （ GPS）等技術(shù)手段。 根據(jù)對(duì)象的不同，變形和沉降測(cè)量方法大體上可分為下列幾類。單相片攝影測(cè)量只能測(cè)定平行于攝影機(jī)承片框平面上的變形，地面立體攝影測(cè)量則可測(cè)定物體空間位置的移動(dòng)和變形，這兩種方法最適于近距離單體建筑物的變形測(cè)量。 攝影測(cè)量作為一種遙感式數(shù)據(jù)采集方法，雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也受到一些條件限制。它是變形測(cè)量中的一種行之有效的方法，能監(jiān)測(cè)到變形體內(nèi)部變形和受力狀況，它的最大優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)化、遠(yuǎn)距離操縱和連續(xù)記錄。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測(cè)技術(shù) 8 GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分（ GPS 衛(wèi)星星 座）、地面控制部分（地面監(jiān)控系統(tǒng)）和用戶設(shè)備部分（ GPS 信號(hào)接收機(jī)以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包）。 在將 GPS 應(yīng)用于橋梁安全監(jiān)測(cè)方面，目前國際上已開展了一些研究，英國已經(jīng)有了將 GPS 用于變形監(jiān)測(cè)的實(shí)例。但應(yīng)該看到，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地精確測(cè)量一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的三維坐標(biāo)，仍然是一個(gè)需深入研究的難題。 安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)和方法正在由傳統(tǒng)的單一監(jiān)測(cè)模式向點(diǎn)、線、面立體交叉的空間模式發(fā)展。 本章小結(jié) 本章介紹了安全監(jiān)測(cè)目的、對(duì)象、內(nèi)容以及常見的安全監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)安全監(jiān)測(cè)的必要性和相關(guān)技術(shù)做了簡(jiǎn)單的介紹。全站儀作為數(shù)據(jù)采集的重要工具，應(yīng)用于邊界測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)布控、地形測(cè)量、施工測(cè)量和區(qū)域勘察等方面，可以大大提高了測(cè)量工作效率，減輕了測(cè)量人員的內(nèi)、外業(yè)工作強(qiáng)度，采集的數(shù)據(jù)可靠性高，應(yīng)用前景廣闊。由于只需一次安置，儀器便可以完成測(cè)站上所有的測(cè)量工作，故被稱為“全站儀”。下面簡(jiǎn)要介紹全站儀的基本操作與使用方法。 3）照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo) B，此時(shí)顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。實(shí)測(cè)時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行改正。 2）設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。 5）量?jī)x器高、棱鏡高并輸入全站儀。振弦式土壓力計(jì)具有智能識(shí)別功能 。同時(shí)可同步測(cè)出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。安裝前，先在選定的位置鉆孔到所需測(cè)的深度，再將用砂網(wǎng)、中砂裹好的壓力計(jì)放到測(cè)點(diǎn)位置，然后在孔里注入中砂，以高出孔隙水壓力計(jì)位置 ~，最后在孔里埋入粘土 （ 一般是成品干燥粘土球 ） ， 即可將孔隙封堵好。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第三章 安全監(jiān)測(cè)儀器 13 圖 靜力水準(zhǔn)儀 靜力水準(zhǔn)儀是用于測(cè)量基礎(chǔ)和建筑物各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)沉降的精密儀器。因此，監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須牢固，標(biāo)志醒目，并要求施工單位給予密切配合、確保測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)階段不遭破壞；另外，這些儀器大多數(shù)都屬于傳感器之類，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)時(shí)雖然已經(jīng)給精確度（靈敏度），但使用時(shí)，由于各種外界因素影響，初 始值并不為零，所以安裝前后都應(yīng)量測(cè)傳感器的初始值（零飄值）。對(duì)于實(shí)踐較多的一般工程，可借助于以往的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料和室內(nèi)土工試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工 ； 而對(duì)于較為復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，就必須在 工程 組織設(shè)計(jì)中設(shè)置和實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了確保其可靠，必須做到第一，系統(tǒng)需采取可靠的設(shè)備。 ③ 在監(jiān)測(cè)儀器選型上以機(jī)測(cè)式儀器為主，輔以電測(cè)式儀器，為了保證監(jiān)測(cè)的可靠性，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)采用多種原理不同的方法和儀器。因此 ，應(yīng)將易出問題而且一旦出題就將帶來很大損失的部分，列為關(guān)鍵區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并盡早實(shí)施。按照監(jiān)測(cè)的物理力學(xué)量不同，監(jiān)測(cè)內(nèi)容可劃分為支護(hù)結(jié)構(gòu)、建構(gòu)物的位移或傾斜、應(yīng)力應(yīng)變 （ 土壓力 ） 等。 肉眼巡視與裂縫觀測(cè) 經(jīng)驗(yàn)表明，由有經(jīng)驗(yàn)的工程師每 天 進(jìn)行的肉眼巡視工作有著重要意義。 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在 工程開始前 前應(yīng)測(cè)得初始值，且不應(yīng)少于兩次。 本章小結(jié) 在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)工程施工引起的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)分布情況分清重點(diǎn)與一般，抓住關(guān)鍵部位，做到重點(diǎn)量測(cè)項(xiàng)目配套，強(qiáng)調(diào)量測(cè)數(shù)據(jù)與施工工 況的具體施工參數(shù)配套，以形成有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。雙向泵站 5 臺(tái)機(jī)組，正反向設(shè)計(jì)流量均為 40 m3/s，節(jié)制閘總凈寬 30 m，分 3 孔。翼墻等次要位置則設(shè)置常規(guī)的人工觀測(cè)點(diǎn)。 在節(jié)制閘順?biāo)鞣较蛟O(shè) 2 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，一個(gè)斷面在中軸線位置，另一斷面選河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第 五 章 安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用 17 在邊墩位置，每個(gè)斷面分別均勻布置 3 只滲壓計(jì)，共 6 只滲壓計(jì)。 ④ 墻后地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置 在閘站左右岸翼墻后土體中，各鉆孔埋設(shè) 4 只滲壓計(jì)，實(shí)現(xiàn)墻后地下水位自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集單元包括電源模塊、通信模塊和智能數(shù)據(jù)采集模塊。 泵站 DAU20xx 數(shù)據(jù)采集單元包 1 只 NDA1303 數(shù)據(jù)采集模塊和 1只 NDA1104 數(shù)據(jù)采集模塊， NDA1303 為差動(dòng)電容式數(shù)據(jù)采集智能模塊，接入所有 8 只電容式靜力水準(zhǔn)儀， NDA1104 為差動(dòng)電阻式數(shù)據(jù)采集智能模塊，接入泵站側(cè)土壓力計(jì)、滲壓計(jì)和水位計(jì)。信號(hào)線、通信線采用屏蔽線，進(jìn)行可靠接地。 DSIMS 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)具有在線監(jiān)測(cè)、離線分析、報(bào)表制作、圖形制作、測(cè)值預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)管理、文檔管理、系統(tǒng)管理、遠(yuǎn)程服務(wù)等 9 方面的功能。 ① 測(cè)量控制功能。 ③ 查詢測(cè)試功能。系統(tǒng)性能檢查包括測(cè)量穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性檢查。測(cè)值換算，是把中間結(jié)果轉(zhuǎn)換成最終結(jié)果，用于計(jì)算測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)物理量。報(bào)表輸出具有數(shù)據(jù)抽取和過濾功能，可制作具有 簡(jiǎn)便數(shù)據(jù)分析功能的綜合月報(bào)表；制作自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器的日?qǐng)?bào)表；提供自制報(bào)表的向?qū)А?自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)連續(xù)的得到觀測(cè)數(shù)據(jù)，克服了人工觀測(cè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用大的缺陷。同時(shí)，在設(shè)計(jì)階段將其納入工程的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)來一起考慮，會(huì)更有利于工程的實(shí)施，也是安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。 白龜山水庫 閘站 構(gòu) 筑物的觀測(cè)，在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮設(shè)置了人工觀測(cè)的沉降點(diǎn)，安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是工程建設(shè)中后增加的項(xiàng)目，在土建設(shè)計(jì)和管線的布置、預(yù)埋方面未進(jìn)行統(tǒng)一的考慮，施工中一些測(cè)量點(diǎn)的布置和管線走向受到一定的影響。 目前大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集有傳感器、 GPS、全站儀、電子、激光等技術(shù)；數(shù)據(jù)傳輸采用雙絞線、光纖和無線等方式；數(shù)據(jù)存貯采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)；安全評(píng)判由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析處理。本篇論文完成之際，我學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)。積極引進(jìn)和學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和理論。隨著科技的發(fā)展，新的安全監(jiān)測(cè)儀器會(huì)不段出現(xiàn)。最終減少事故發(fā)生率，提高工程安全水平，使安全監(jiān)測(cè)工作體現(xiàn)出良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于不同的工程，應(yīng)有所側(cè)重，針對(duì)工程的具體特點(diǎn)，選取恰當(dāng)?shù)膬x器和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。把安全監(jiān)測(cè)與安全經(jīng)濟(jì)學(xué)、安全管理學(xué)、安全系統(tǒng)工程等相關(guān)理論結(jié)合起來，由點(diǎn)連線，形成一個(gè)立體的、全面的安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；另外，對(duì)于工程的安全監(jiān)測(cè)，主要是由儀器和管理人員組成。 在安全監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備方面，甚至是安全理論方面，我國可能要落后于發(fā)達(dá)國家。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇運(yùn)用較廣、技術(shù)成熟、價(jià)格較低的電式傳感器，能達(dá)到監(jiān)測(cè)要求。經(jīng)過計(jì)算分析可以及時(shí)得到觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化曲線和報(bào)表，提高了工程觀測(cè)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性。這篇論文介紹了安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)及相 關(guān)儀器。而底板下的地基反力、壓力和翼墻后地下水位監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的人工觀測(cè)較難做到，其可靠性也不高。 系統(tǒng)管理功能 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)可對(duì)儀器布置圖及測(cè)點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)建或修改，并進(jìn)行初始化，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化系統(tǒng)配置，對(duì)系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)庫安全和系統(tǒng)用戶進(jìn)行管理。測(cè)值維護(hù)是對(duì)側(cè)點(diǎn)值的一些操作，包括數(shù)據(jù)的入庫、查詢、修改和增刪等。 數(shù)據(jù)管理功能 數(shù)據(jù)管理的主要功能是進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換最終成果的計(jì)算，是不同數(shù)據(jù)庫之間的文件轉(zhuǎn)換。監(jiān)控主機(jī)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元 DAU的功能進(jìn)行測(cè)試，包括采集及存貯、電源管理、時(shí)鐘管理、掉電保護(hù)、參數(shù)修改、自診斷、數(shù)據(jù)通信等功能。 ② 顯示打印功能。 DSIMS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第 五 章 安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用 18 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖 1。 DAU20xx 數(shù)據(jù)采集單元用雙絞線通過 NDA3100 通信轉(zhuǎn)換器與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的COM 口相聯(lián)， NDA3100 具有較好的防雷功能，可保護(hù)監(jiān)控計(jì)算機(jī) 不受雷害。電容式靜力水準(zhǔn)儀為電容感應(yīng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儀器安裝方便，防潮性能好，非接觸測(cè)量，沒有摩擦、阻力而造成的誤差。 安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 白龜山 水利樞紐安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由前端傳感器（土壓 力計(jì)、滲壓計(jì)和靜力水準(zhǔn)儀）、數(shù)據(jù)采集和防雷通信單元及監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。由于泵站與節(jié)制閘的靜力水準(zhǔn)安 裝位置高程不同，因此在節(jié)制閘側(cè)增設(shè) 1 臺(tái)工作轉(zhuǎn)點(diǎn)。 在節(jié)制閘順?biāo)鞣较蛑休S線位置底板下布置 3 只土壓力計(jì)。 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置 監(jiān)測(cè)內(nèi)容 根據(jù)《水工建筑物觀測(cè)工作手冊(cè)》和《水閘工程管理設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)和閘站工程的特點(diǎn)， 白龜山泄洪閘站 的常規(guī)監(jiān)測(cè)內(nèi)容為垂直位移、底板的壓力和上、下游水位監(jiān)測(cè)；選測(cè)內(nèi)容為底板的地基反力監(jiān)測(cè)和翼墻后地下水位監(jiān)測(cè)，主要是供科研使用。 白龜山水庫泄洪閘站工程 采用閘站結(jié)合方式，灌注樁基礎(chǔ)，站身和閘室為兩塊底板。當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)次數(shù)。肉眼巡視包括用裂縫讀數(shù)顯 微鏡量測(cè)裂縫寬度和使用一般的度量衡手段。 地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 當(dāng)?shù)叵滤坏纳祵?duì) 工程 有鉸大影響時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。 經(jīng)濟(jì)合理原則 在工程的安全監(jiān)測(cè)時(shí)，在做到準(zhǔn)確高效的同時(shí)，盡量兼顧經(jīng)濟(jì)合理。 重點(diǎn)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵區(qū)的原則 據(jù)研究，在 工程 不同部位，其穩(wěn)定性是各不相同的。 多層次監(jiān)測(cè)原則 多層次監(jiān)測(cè)原則的具體含義有 4 點(diǎn) ① 在監(jiān)測(cè)對(duì)象上以位移為主，但也考慮其它物理量監(jiān)