【文章內(nèi)容簡介】 過于安全”也是有問題的，出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因主要是：監(jiān)測數(shù)據(jù)的后處理模型不當(dāng)，對于應(yīng)變計所測數(shù)據(jù)的處理模型研究成果很少，陳常松等指出這個問題值得進一步探討；測試元件的設(shè)置位置、技術(shù)要求不到位；測試元件本身的質(zhì)量問題，不同研發(fā)、 生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則不同，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。新式的監(jiān)測儀器無疑推動工程監(jiān)控的進步，但隨著新產(chǎn)品的應(yīng)用，在實踐中出現(xiàn)了一些新的、有待完善的技術(shù)問題，解決這些技術(shù)問題以及其實現(xiàn)的效果是變形監(jiān)測者和產(chǎn)品研發(fā)者都應(yīng)密切關(guān)注的方面，有必要做進一步探討。 隨看科學(xué)技術(shù)的進步和對大型構(gòu)筑物變形監(jiān)側(cè)要求的不斷提高，變形監(jiān)側(cè)儀器、技術(shù)和方法的研發(fā)也在不斷地發(fā)展。在國內(nèi)已有運用 GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀等儀器設(shè)備進行大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測的案例。與國外比較而言，我國監(jiān)測手段相對落后，實時、自動化采集監(jiān)測信息尚未 普及 ,。隨著高精度智能型全站儀、靜力水準(zhǔn)儀等高精度、智能化測量儀器的出現(xiàn)，為高效、精確地進行大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測提供了很好的硬件平臺，同時為解決大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測要求精度高、測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)測中的應(yīng)用效果如何，又會產(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。研究運用先進儀器設(shè)備進行大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的自動化、高精度和智能化，解決實踐中出現(xiàn)的一些新的技術(shù)問題， 依據(jù)現(xiàn)場采集的監(jiān)測信息對 大型構(gòu)筑物 的安全性及時作出預(yù)報， 具有重要的現(xiàn)實意義。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第一章 緒論 4 課 題的來源及主要研究內(nèi)容 本論文依托平頂山水庫工程一 安全自動監(jiān)測系統(tǒng)在 白龜山水庫泄洪 閘站工程的應(yīng)用 ，側(cè)重實踐，結(jié)合理論分析，就運用高精度、智能化的先進儀器設(shè)備進行大型構(gòu)筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，解決實踐中出現(xiàn)的一些的技術(shù)問題進行探討研究，力爭得出一些有益的結(jié)論。 本工程監(jiān)測中配備了土壓力計、靜力水準(zhǔn)儀等測量設(shè)備，為探討一些技術(shù)問題提供良好的硬件支持。 本文研究的內(nèi)容： ① 系 統(tǒng)研究了安全監(jiān)測技術(shù)在 構(gòu)筑物工程中 的應(yīng)用問題 。 ② 研究了 大型構(gòu)筑物 監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置和監(jiān)測方法；監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理、分析評價的內(nèi)容和方法 。 ③ 研究了幾種安全監(jiān)測技術(shù)。 ④ 通過對白龜山水庫泄洪 閘站 的變形監(jiān)測和水位沉降監(jiān)測進行實證，闡述了安全監(jiān)測技術(shù)在大型構(gòu)筑物工程監(jiān)測中的應(yīng)用。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測技術(shù) 5 第二章 安全監(jiān)測技術(shù) 安全監(jiān)測技術(shù)，就是利用測量儀器及其他專用儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行監(jiān)視、觀測，并與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較，從而對工程安全性進行監(jiān)測的工作。其任 務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。通常，變形監(jiān)測的對象分為全球性或區(qū)域性的變形研究，以及工程和局部性變形研究。其中對重要建（構(gòu)）筑物在各種應(yīng)力作用下的變形監(jiān)測是判別結(jié)構(gòu)是否安全的重要手段，其成果也是驗證設(shè)計理論和檢驗工程質(zhì)量的重要資料。由于工程測量學(xué)是研究工程建設(shè)在勘測、施工和管理階段所進行的各種測量工作的學(xué)科，因而在工程領(lǐng)域，也常把變形測量作為工程測量的一個重要組成部分 [6]。 隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)化大生產(chǎn)的發(fā)展，以及人口的急劇增長，必然要求加速物質(zhì)和能源的生 產(chǎn)，導(dǎo)致各種工程規(guī)模越來越大，工程費用越來越高，工程要求也越來越精密，而一旦由于某種原因引起工程災(zāi)害，其所造成的損失程度也將越來越嚴重。因此，準(zhǔn)確地了解這種變形顯得越來越重要。同時人類為了實現(xiàn)預(yù)測和防治工程災(zāi)害的目的，促使安全監(jiān)測的理論、方法和儀器手段得了快速發(fā)展。 安全監(jiān)測的目的 安全監(jiān)測的目的，在于獲得被研究對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)）筑物的運營狀況。如：利用震前地表變形趨勢作地震預(yù)報，邊坡微小移動可作為滑坡的報警信號，大壩和尾礦壩的變 形量可以判斷壩體是否安全穩(wěn)固。根據(jù)變形監(jiān)測資料，還可檢驗設(shè)計理論是否正確，提供設(shè)計并修改所需的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如巖體地下工程監(jiān)測，是實現(xiàn)信息化施工的重要手段。 安全監(jiān)測的對象和內(nèi)容 安全監(jiān)測對象是多種多樣的，大致可概括為三類：地表變形、工程建（構(gòu)）筑物變形和大型精密設(shè)施的變形。地表變形，可以是自然原因產(chǎn)生，即板塊運動、地球內(nèi)部巖漿活動等，也可能是人工的原因。而工程建（構(gòu)）筑物有各種不同類型，如：水利水電樞紐工程、橋梁、高層建筑、冶煉設(shè)施、精密輸送帶、尾砂壩、井塔和井架、架空索道、擋土墻、地下井巷、隧洞等等 。大型精密設(shè)施，如：粒子加速器等科學(xué)設(shè)施以及軍事設(shè)施中的各種設(shè)備、導(dǎo)軌等往往也是變形監(jiān)測的重要對象 [7]。 地表及各種工程建（構(gòu)）筑物，由于地質(zhì)、力學(xué)原因，往往會產(chǎn)生移動與變河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測技術(shù) 6 形。 這種變形有多大？變形的機理是什么？變形有什么規(guī)律？移動與變形會不會導(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)確地估計和觀測到各種移動與變形值，并能判定工程建（構(gòu)）筑物的允許變形值。變形測量就是針對這些問題進行研究與測量的一個學(xué)科分支，因此變形測量的內(nèi)容主要有：沉降測量、位移測量、 應(yīng)變測量、傾斜測量、裂縫測量和撓度測量等。從歷次測量結(jié)果的比較中了解變形隨時間發(fā)展的情況。變形監(jiān)測的周期常隨單位時間內(nèi)變形量的大小而定。當(dāng)變形量較大時，測量周期宜短；而當(dāng)變形量減小，工程建（構(gòu)）筑物趨向穩(wěn)定時，測量周期則可相應(yīng)放長。 安全監(jiān)測的方法 觀測對象的變形過程一般都是動態(tài)過程，只不過有的變形速度很快，有的則很很慢。通常是通過對被研究對象的不同離散時刻點進行觀測，這時，把對象作靜態(tài)系統(tǒng)看待，然后由多個時刻的觀測結(jié)果，再來研究其運動的動態(tài)過程。變形監(jiān)測方法的選擇取決于變形體的特征、變形監(jiān)測的目的 、變形大小和變形速度等因素。 在全球性變形監(jiān)測方面，空間大地測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。 在區(qū)域性變形監(jiān)側(cè)方面， GPS 已成為主要的技術(shù)手段。近 10 年發(fā)展起來的空間對地觀測遙感新技術(shù)一合成孔徑雷達干涉測量，在監(jiān)測地震變形、火山地表移動、冰川漂移、地面沉降、山體滑坡等方面，其試驗成果的精度可達厘米或毫米級，表現(xiàn)出了很強的技術(shù)優(yōu)勢，但精密水準(zhǔn)測量依然是高精度高程信息獲取的主要方法。 在工程和局部性變形監(jiān)測方面，地面常規(guī)測量技術(shù)、地面攝影測量技術(shù)、特殊和專用的測量手段， 以及以 GPS 為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。 根據(jù)對象的不同，變形和沉降測量方法大體上可分為下列幾類。 大地測量方法 在這類方法中，視被觀測對象的形狀、范圍以及測量精度等要求的不同，測定平面位置的變形有等各種測量方法；測定沉降變形有精密水準(zhǔn)測量、連通管測量等；由于高精度全站儀的出現(xiàn)，使這種變形測量方法成為一種最有效、直觀的方法，并主要用于對地表的變形測量。如地震監(jiān)測、邊坡監(jiān)測，也可用于大型構(gòu)筑物的測量，如水壩、碼頭等。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測技術(shù) 7 攝影測量方法 攝影測量方法包括地面單張相片攝影測量、地面 立體攝影測量、航空攝影測量等。單相片攝影測量只能測定平行于攝影機承片框平面上的變形，地面立體攝影測量則可測定物體空間位置的移動和變形，這兩種方法最適于近距離單體建筑物的變形測量。由于計算機的廣泛應(yīng)用，使非地形解析攝影測量方法有了很大發(fā)展，因此在近景攝影變形測量中不但可用帶有框標(biāo)與定向設(shè)備的測量攝影機，而且可廣泛使用非量測用普通攝影機，這就為攝影測量方法在變形測量中的應(yīng)用開辟了更廣闊的前景，如數(shù)字化攝影測量和實時攝影測量系統(tǒng)的應(yīng)用。航空攝影測量一般只適于大面積的地表變形測量。攝影測量方法具有很多優(yōu)點，如：可于 同一時刻對建（構(gòu)）筑物和對象（的很大范圍進行觀測，并可測定任意數(shù)量的點，其中包括不能直接測量的點，外業(yè)工作量少，效率高；能夠?qū)⒂^測得到的全部資料貯存，并可隨時恢復(fù)其空間模型；而且對觀測快速變形具有其他方法所不可及的優(yōu)點。 攝影測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，但在實際應(yīng)用中也受到一些條件限制。 ① 設(shè)備過于專業(yè)化、價格昂貴； ② 所需工作環(huán)境在工 程中往往難以滿足，如地下空區(qū)測 量難于設(shè)置攝站； ③ 數(shù)據(jù)處理技術(shù)復(fù)雜； ④ 數(shù)據(jù)處理周期長、信息反饋慢等原因，因而該法難于推廣。 攝影測量方法適用范圍包括如下幾個方面： ① 變形測量，包括房屋、橋梁、 井筒、井架、隧道及各種工業(yè)構(gòu)筑物和地下工程的變形測量； ② 文物考古中發(fā)掘現(xiàn)場測繪等； ③ 露天礦、隧道斷面驗收測量，物料（如煤堆）體積測量，露天邊坡及取土場穩(wěn)態(tài)監(jiān)測； ④ 塌陷區(qū)測量。 物理學(xué)傳感器方法 所謂傳感器就是將觀測對象的各種物理量（如位移、應(yīng)變、溫度、應(yīng)力等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栆员氵M行測定的器件，如光纖傳感監(jiān)測技術(shù)、智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計等。它是變形測量中的一種行之有效的方法，能監(jiān)測到變形體內(nèi)部變形和受力狀況，它的最大優(yōu)點是能自動化、遠距離操縱和連續(xù)記錄。 GPS 技術(shù) GPS 作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已逐漸在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。自從 20 世紀 80 年代以來，尤其是進入 90 年代后， GPS 衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用 GPS 同時測定三維坐標(biāo)的方法將測繪定位技術(shù)從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事后處理擴展到實時（準(zhǔn)實時）定位與導(dǎo)航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至毫米級，從而大大拓寬了它的應(yīng)用范圍和在各行各業(yè)中的作用。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測技術(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 信號接收機以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包）。其用于變形監(jiān)測的作業(yè)方式可劃分為周期性和連續(xù)性兩種模式。 GPS 作為一種新方法，由于其硬件和軟件的發(fā)展與完善，特別是高采樣率（目前有的已高達 20Hz） GPS 接收機的出現(xiàn)，在大型結(jié)構(gòu)物動態(tài)特性和變形監(jiān)測方面已表現(xiàn)出其獨特的優(yōu)越性。近幾年來，一些大型工程建筑物己開展了卓有成效的CPS 動態(tài)監(jiān)測實驗與測試工作。 在將 GPS 應(yīng)用于橋梁安全監(jiān)測方面，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)測的實例。與此同 時，在香港，為了增強和改進青馬大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作，采用 GPS 量度三座懸吊體系橋梁的橋身和橋塔瞬間位移，推算其相應(yīng)的截面中線位移及各相應(yīng)主要構(gòu)件的應(yīng)力狀況，直接改進橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的一般檢測和評估工作： ① 報告大橋整體結(jié)構(gòu)的位移從而反映其工作環(huán)境和荷載的變化； ② 進一步分析計算主要構(gòu)件的實際內(nèi)力分布，例如主懸索纜、縱向主梁等； ③ 驗 證不尋常荷載記錄，例如臺風(fēng)、地震、超重交通荷載或被車船撞擊事故等； ④ 推算大橋主要構(gòu)件有否損壞或累積性的損壞； ⑤ 推算大橋的承載能力及論證設(shè)計施工假設(shè)和參數(shù)的有效性； ⑥ 為大橋營運和維修決策者提供大橋超載的警告信息。在虎門大橋建成通車后，為了掌握懸索橋在實際運行中的變形和應(yīng)力變化規(guī)律并積累相關(guān)數(shù)據(jù)，進一步對大橋的安全特性進行評價， 采用 GPS 測量懸索橋的動態(tài)三維位移，實時得到橋梁的線型狀況和變形規(guī)律。經(jīng)過一年多的實際運行證明，利用 GPS 技術(shù)可以用于懸索橋的三維位移實時動態(tài)測量，測得在風(fēng)荷載、隨機車輛荷載以及溫度變化等因素影響下的位移和變形，并分析這些因素影響下的振動規(guī)律和頻率特性，驗證懸索橋的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計理論，為進一步研究懸索橋的安全特性規(guī)律提供了條件，這項技術(shù)可推廣用于大型構(gòu)筑物的安全監(jiān)測。但應(yīng)該看到，實時動態(tài)地精確測量一個運動物體的三維坐標(biāo)，仍然是一個需深入研究的難題。 在目前的 GPS 安全監(jiān)側(cè)系統(tǒng)中，一股都是利用雙頻 GPS 接收 機，采用 IGS 的精密星歷和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理軟件，根據(jù)電離層組合來進行差分計算，得出高精度的變形監(jiān)測成果。由于受到各種條件的限制（穩(wěn)定的數(shù)據(jù)鏈路、復(fù)雜的軟件系統(tǒng)以及昂貴的硬件設(shè)備等），目前的 GPS 系統(tǒng)一般為非實時的監(jiān)測系統(tǒng)，并且利用多歷元的觀測數(shù)據(jù)進行解算和后處理。隨著 GPS 硬、軟件的發(fā)展，測量精度的提高， GPS 變形監(jiān)測系統(tǒng)越來越向數(shù)據(jù)采集自動化、內(nèi)外業(yè)處理一體化的方向發(fā)展。 安全監(jiān)測的技術(shù)和方法正在由傳統(tǒng)的單一監(jiān)測模式向點、線、面立體交叉的空間模式發(fā)展。在實際的變形監(jiān)測中，根據(jù)變形監(jiān)測的目的、變形體的實際情 況不同，常常是大地測量方法、攝影測量方法、物理學(xué)傳感器方法和 GPS 技術(shù)等測河南城建學(xué)院本科畢業(yè)論文 第二章 安全監(jiān)測技術(shù) 9 量技術(shù)共存與互補，利用它們各自優(yōu)勢，共同完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。比如采 GPS和高精度全站儀進行平面控制網(wǎng)測量，進行聯(lián)合平差。利用精密水準(zhǔn)測量資料和GPS 測量成果，以較高精度來確定測點的高程。 本章小結(jié) 本章介紹了安全