工程变形监测技术总结

第1章概述

主要内容变形监测的目的与意义变形监测的主要内容变形监测的精度与周期变形监测系统设计变形监测技术发展进展定义对被监测的对象或物体(简称变形体)进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。变形监测又称变形测量或变形观测。变形体一般包括工程建筑物、技术设备以及其他自然或人工对象。工程建筑物和技术设备变形以及局部地表形变的监测乃是工程测量学的重要内容。变形监测是掌握建筑物工作性态的基本手段，但仅对建筑物进行位移特征的监测是不够全面的，还需要对结构内部的应力、温度以及外部环境进行相应的监测，只有这样才能全面掌握建筑物的性态特征，为此，在变形监测的基础上发展成为安全监测。安全监测的成果不仅可以反映建筑物的工作性态，同时还能反馈给生产管理部门，以控制和调节建筑物的荷载，所以，安全监测有时又称安全监控。安全监测的主要目的是确定建筑物的工作性态，保证建筑物的安全运营，为此，需要建立一套完整的安全评判理论体系，以分析和评判建筑物的安全状况，由此而产生和发展了一种新的建筑物健康诊断理论。1.1变形监测的目的与意义

目的与意义

分析和评价建筑物的安全状态

验证设计参数

反馈设计施工质量

研究正常的变形规律和预报变形的方法

具体表现对于机械技术设备，则保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害；通过对矿山由于矿藏开挖所引起的实际变形的观测，可以采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可以改进变形预报模型。在地壳构造运动监测方面，主要是大地测量学的任务，但对于近期地壳垂直和水平运动以及断裂带的应力积聚等地球动力学现象、大型特种精密工程如核电厂、粒子加速器以及铁路工程也具有重要的工程意义。变形监测的特点

周期性重复观测

精度要求高

多种观测技术的综合应用

监测网着重于研究点位的变化

变形的原因主要可分为外部原因和内部原因两个方面。外部原因主要有：建筑物的自重、使用中的动荷载、振动或风力等因素引起的附加荷载、地下水位的升降、建筑物附近新工程施工对地基的扰动等等。内部原因主要有：地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。分析引起建筑物变形的原因，对以后变形监测数据的分析解释是非常重要的。变形的一般分类在通常情况下，变形可分为静态变形和动态变形两大类。静态变形主要指变形体随时间的变化而发生的变形，这种变形一般速度较慢，需要较长的时间才能被发觉。动态变形主要指变形体在外界荷载的作用下发生的变形，这种变形的大小和速度与荷载密切相关，在通常情况下，荷载的作用将使变形即刻发生。按变形特征分类根据变形体的变形特征，变形可分为变形体自身的形变和变形体的刚体位移。变形体自身形变包括：伸缩、错动、弯曲和扭转四种变形；刚体位移包含整体平移、整体转动、整体升降和整体倾斜四种变形。按变形速度分类变形按照其速度一般可分为：长周期变形、短周期变形和瞬时变形。长周期变形一般指在比较长的时间段内发生的循环变形过程，如大坝在运营期由于受水压、温度等的影响而产生的年周期变形等。短周期变形是指在较短的一段时间内发生的循环变形过程，如高大型建筑物在日照的作用下而发生的周日变形等。瞬时变形是指在短时间荷载作用下发生的瞬间变形，例如，烟囱、塔柱等高大建筑物在风力的作用下发生的变形等。按变形特点分类变形按其特点可分为弹性变形和塑性变形两类。当作用的荷载在构件的弹性范围内时，其发生的变形一般为弹性变形，其特点是当荷载撤销后，变形也将消失。当荷载作用在非弹性体或者荷载超过了构件的弹性限度，则会产生塑性变形，其特点是当荷载撤销后，变形没有或者没有全部消失。在实际工程中，弹性变形和塑性变形会同时存在。1.2变形监测的主要内容

对于不同类型的变形体，其监测的内容和方法有一定的差异；总的来说可以分成现场巡视、位移监测、渗流监测、应力监测等几个方面。

现场巡视现场巡视检查是变形监测中的一个重要内容；包括巡视检查和现场检测两项工作；分别采用简单量具或临时安装的仪器设备在建筑物及其周围定期或不定期进行检查；检查结果可以定性描述，也可以定量描述。

巡视检蛋查不仅铲是工程改运营期版的必需涌工作，柿在施工检期也应伍十分重多视。巡视检枪查的次秃数应根扮据工程遇的等级傍、施工登的进度纪、荷载藏情况等睬决定。巡视芬检查踢的方捧法主迷要依刚靠目渡视、讲耳听鸣、手溪摸、踢鼻嗅逆等直麦观方隶法，抚也可谜辅以蒙锤、浅钎、男量具内、放厌大镜摄、望亏远镜王、照挡相机豆、摄跟像机情等工解器具警进行因。现场脖巡视谁检查勒应按关规定逢做好掘记录曲和整尖理，阵并与往以往滔检查题结果简进行饮对比贸，分挑析有巨无异庆常迹近象。环境开量监搏测环境宫量监喉测一牛般包取括气睛温、灵气压卸、降秀水量念、风票力、练风向里等。对于水裕工建筑激物，还只应监测公库水位治、库水螺温度、斥冰压力就、坝前凳淤积和脊下游冲伟刷等；对于晒桥梁掉工程絮，还各应监蛋测河膝水流俯速、漫流向礼、泥寨沙含拳量、朵河水缸温度茎、桥摧址区私河床婶变化怖等。总之比，对算于不激同的英工程百，除穗了一婆般性本的环绸境量乓监测扛外，爷还要使进行浇一些讽针对阴性的傅监测暮工作碍。位移悦监测位移监债测主要崇包括沉诞降监测忌、水平头位移监秘测、挠剃度监测网、裂缝撑监测等会；对于漫不同良类型缠的工菜程，荷各类搬监测交项目港的方错法和加要求厘有一舒定的沙差异电。为使测蓬量结果尊有相同缸的参考强系，在葵进行位骡移测量比时，应雅设立统帽一的监斗测基准峰点。渗流监正测渗流杰监测次主要控包括他地下恢水位举监测美、渗到透压屋力监看测、幼渗流统量监屈测等柏。对于浊水工樱建筑蔽物，垦还要灭包括庄扬压督力监播测、篮水质页监测辈等。应力岩、应掉变监缴测应力、锄应变监哄测的主甩要项目避包括：霜混凝土益应力应酒变监测房诚、锚杆嚷（锚索饶）应力驼监测、两钢筋应减力监测之、钢板片应力监拆测、温阴度监测擦等。为使应壁力、应门变监测折成果不击受环境箩变化的蝴影响，终在测量殃应力、锄应变时优，应同魔时测量董监测点尝的温度奴。应力有、应抵变的玻监测崇应与墨变形次监测秆、渗休流监窝测等塞项目美结合宾布置壤，以告便监主测资受料的弃相互就验证痒和综锄合分典析。应力嘱、应迁变监妹测一电般采钟用专画门的长应力榆计和明应变很计进映行。周边监古测周边省监测牌主要盗指对替工程陕周边增地区辟可能报发生划的对齐工程牲运营栋产生孤不良话影响剂的监继测工漂作；主要包祖括：滑耻坡监测射、高边勿坡监测询、渗流议监测等革。1.3变形监痒测的精君度和周樱期变形燥监测谁的精佩度在制杏定变洲形观闭测方狠案时保，首范先要节确定肉精度蒙要求区。如果沟观测偷的目志的是封为了含使变坚形值坦不超锋过某休一允跪许的孙数值服而确中保建嘉筑物测的安仍全，委则其查观测越的中附误差执应小荐于允爸许变岔形值睛的1/1愤0～1/2西0；如果观东测的目坐的是为砍了研究诊其变形鼓的过程惹，则其鹿中误差潜应比这爸个数小砍得多。项目位移中误差限值水平位移坝体重力坝±1.0mm拱坝径向±2.0mm切向±1.0mm坝基重力坝±0.3mm拱坝径向±1.0mm切向±0.5mm坝体、坝基垂直位移±1.0mm坝体、坝基挠度±0.3mm倾斜坝体±5.0″坝基±1.0″坝体表面接缝与裂缝±0.2mm近坝区岩体水平位移±2.0mm垂直位移坝下游±1.5mm库区±2.0mm滑坡体和高边坡水平位移±0.3～3.0mm垂直位移±3.0mm裂缝±1.0mm表1.1混凝尚土大蚊坝变兵形监拌测的路精度变形测量等级沉降观测位移观测适用范围观测点测站高差中误差（mm）观测点坐标中误差（mm）特级≤0.05≤0.3特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测一级≤0.15≤1.0高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测二级≤0.50≤3.0中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测三级≤1.50≤10.0低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测表1.2建筑物销变形测蔬量等级阔及精度变形监骄测的周分期变形填监测额的时箭间间估隔称到为观客测周参期，营即在疫一定炒的时惜间内樱完成背一个惯周期茧的测卧量工哪作。观测周畜期与工机程的大示小、测杜点所在摄位置的驰重要性陆、观测酬目的以唇及观测药一次所孕需时间哭的长短缩慧有关。根据观够测工作征量和参款加人数锦，一个撕周期可上从几小透时到几历天。观测速郑度要尽佳可能地廉快，以俘免在观津测期间刚某些标阅志产生归一定的陈位移。变形监伴测的周行期应以类能系统祖反映所衰测变形偷的变化总过程且铺不遗漏着其变化辱时刻为更原则，炼根据单锹位时间兵内变形让量的大冬小及外送界影响普因素确耻定。当观习测中牢发现量变形恶异常慕时，沟应及误时增霜加观纪测次靠数。不同周着期观测闹时，宜声采用相戴同的观内测网形晌和观测剩方法，粥并使用厘相同类激型的测赚量仪器写。对于护特级牵和一骄级变臣形观存测，幕还宜俘固定秘观测表人员求、选累择最犯佳观堤测时役段、记在基声本相消同的术环境辰和条狂件下布观测扬。一般可尘按荷载紧的变化犯或变形顷的速度卵来确定湖。在工程合建筑物矮建成初跌期，变猜形速度锦较快，耐观测次倾数应多句一些，湖随着建御筑物趋忍向稳定隙，可以结减少观侍测次数游，但仍疯应坚持任长期观颂测，以兄便能发储现异常骆变化。对于营周期涝性的甜变形掏，在滥一个讨变形什周期瞒内至午少应抢观测迁两次油。如果家按荷石载阶铅段来体确定窄周期具，建网筑物翠在基蝇坑浇剂筑第蛮一方宵混凝乔土后椅就立傲即开侨始沉嫁陷观漠测。在软基愉上兴建鼓大型建正筑物时折，一般破从基坑烟开挖测辞定坑底璃回弹就扣开始进洒行沉陷巡寿观测。一般岁来说插，从娃开始戚施工们到满老荷载遵阶段桌，观奸测周歉期约咳为10天～30天，从跳满荷载座起至沉横陷趋于袭稳定时饶，观测锤周期可恩适当放长长。在施连工期究间，芹若遇堵特殊却情况洲（暴陵雨、柴洪水槐、地旺震等流），赞应进习行加条测。变形种类水库蓄水前水库蓄水水库蓄水后2～3年正常运营混凝土坝：沉陷相对水平位移绝对水平位移土石坝：沉陷、水平位移1个月半个月0.5～1个月1季度1个月1周1季度1个月3～6个月半个月1季度1季度半年1个月6～12个月半年表1.取3大坝场变形旨观测钩周期1.4变形监岸测系统添设计设计追原则（1）针框对性设计人娘员应熟慨悉设计蜻对象，注了解工尘程规模坚、结构真设计方仇法、水挑文、气水象、地赠形、地航质条件朋及存在辽的问题你，有的茧放矢地员进行监闲测设计熄，特别臣是要根景据工程京特点及游关键部摆位综合酒考虑，触统筹安州排，做守到目的搂明确、朽实用性纳强、突阀出重点吊、兼顾咸全局，良即以重农要工程丹和危及薄建筑物梯安全的做因素为暂重点监驳测对象咽，同时沙兼顾全钱局，并心对监测摧系统进蹲行优化涌，以最片小的投德入取得杀最好的列监测效柿果。（2）完颤整性对监测华系统的斗设计要闭有整体景方案，济它是用胖各种不勺同的观醒测方法丘和手段棵，通过即可靠性和、连续啦性和整坟体性论爹证后，挣优化出呢来的最充优设计沙方案。值监测系柿统以监悉测建筑劣物安全删为主，编观测项酿目和测垮点的布球设应满五足资料致分析的芽需要，决同时兼血顾到验吐证设计何，以达山到提高瞒设计水屠平的目浅的。另熔外，观粘测设备马的布置口要尽可更能地与检施工期羞的监测医相结合歇，以指疏导施工圣和便于司得到施肿工期的护观测数厅据。（3）先瞧进性设计所汪选用的辩监测方苏法、仪叨器和设繁备应满厅足精度它和准确仔度的要铲求，并功吸取国搞内外的帜经验，摧尽量采日用先进勉技术，题及时有诞效地提例供建筑镜物性态搂的有关雀信息，妄对工程崇安全起躬关键作夜用且人堆工难以盼进行观怨测的数揭据，可林借助于赞自动化裳系统进搬行观测酱和传输寇。（4）可靠搂性观测稀设备丽要具闪有可够靠性达，特逢别是海监测判建筑皮物安治全的壮测点房诚，必斯要时蛮在这途些特胞别重分要的类测点支上布狼置两领套不恶同的稿观测疯设备宇以便灵互相乒校核饥并可轮防止译观测调设备轿失灵叼。观峰测设堵备的迹选择哗要便件于实谢现自咏动数颤据采冒集，揭同时薯考虑党留有袭人工袜观测汪接口斜。（5）经济笼性监测辜项目孙宜简犁化，摇测点续要优溜选，吉施工夹安装毫要方隐便。幼各监愁测项羊目要盯相互蜂协调鼠，并车考虑嘱今后医监测珠资料喂分析疗的需身要，循使监沃测成可果既闻能达戚到预指期目挠的，悼又能醒做到警经济脱合理示，节速省投度资。主要冶内容（1）技悲术设观计书削。测房诚量所石遵照成的规犯范及付其相谅应规扒定；柴合同召主要贸条款治及双音方职似责等示。（2）有咸关建楚筑物分自然脱条件赖和工顶艺生醉产过联程的龟概述涂。主溪要是故说明无各部蜡分观兰测的嗽重要蔬性及暂可能放出现贫的现路象的竹解释古。（3）观测类的原则臣方案。使包括监导测工作娇的重要骂性、目记的、要间求等的订总体说考明。（4）控绒制点魔及监杂测点漂的布椅置方出案。态包括疼监测度系统记布置杰图、川测量笋精度王要求割及说够明。（5）测量浆的必要轧精度论迫证。对宪主要监返测方法昼的精度滔论证，廊并说明仔观测中粘的注意轧事项。（6）测略量的语方法宿及仪大器。问包括凯仪器肌的种流类、肌数量左、精垃度等展，对姨于特堆殊仪络器应喂给出排加工摸图、站施工涉图，鸡以及侧观测坏规程摘。（7）成果文的整理菜方法及切其它要灿求或建蹦议。成顷果的整爸理一般锹按照规乖范的要并求执行单，对于泼规范中福没有明狭确规定柜的内容谎，应进述行详细型说明。（8）观测群进度计内划表。滑主要说圆明观测涝所需要且的时间小及其安田排。（9）观衬测人朗员的费编制逢及预计算。变形监僚测点的梁分类基准狸点是变配形监牧测系抓统的漂基本价控制窜点，后是测属定工鸦作点树和变抄形点脚的依筹据。乎基准尽点通跪常埋度设在拌稳固叨的基慈岩上毅或变蛮形区易域以以外，撤尽可她能长闷期保欲存，转稳定级不动棋。工作榨点又称浩工作扎基点倡，它棉是基怀准点匙与变激形观若测点斯之间梢起联新系作抖用的膨点。命工作铅点埋巴设在膝被研衣究对狐象附刑近，昏要求鬼在观削测期弦间保朋持点村位稳陈定，阿其点吃位由颠基准灵点定谜期检青测。变形观币测点是直警接埋慈设在欣变形阴体上古的能擦反映牌建筑贤物变怖形特虫征的佩测量令点，店又称晌观测向点，招一般罗埋设圾在建懒筑物遵内部电。并袍根据洪测定炕它们左的变他化来适判断墓这些葡建筑窗物的中沉陷滔与位方移。1.贺5变形监激测技术减发展进重展自动蒙化监顶测技嚷术电子默计算愉机技北术、矛激光四技术专、空既间技勇术等箭新科革技的白发展墨与应胶用，爪有力唉地促斯进了段观测助技术盯的发车展。根据对自动摘控制同原理悼，把心被观阻测的翼几何钉量（越长度记、角竹度）饺转换鸦成电仙量，标再与肢一些勺必要橡的测挎量电洋路、秒附件军装置帆相配擦合，秆组成第自动创测量增装置躲，从址而推凝动了讯连续介观测膨方法肾的兴殊起，模传感苗器也鞋成了舅自动亭化观鹊测必牌不可还缺的头重要固部件谣。从外悠部观遍测的油静力布水准焰、正碧倒锤雕、激除光准填直，这到内供部观皆测的病渗压陵计、棚沉降妹计、芽测斜拆仪、昆土体圾应变纷计、止土压铜力计猜，其备自动喊化遥扁测都邪建立司在传喉感器番的基巩础上奖。由于帮用途巴不同励，传年感器员有机掉械式淋、光参敏式删、电磁式（生又分配为电忘压式敲、电躺容式啊、电爪感式岂）等搞几种惰形式诱，精驻度也蜡各不叉相同苦。光纤心传感益检测膛技术光导纤抢维是以灰不同折位射率的敞石英玻烦璃包层谅及石英施玻璃细像芯组合做而成的技一种新临型纤维呆。它使减光线的右传播以纺全反射宇的形式重进行，通能将光雀和图像的曲折传匙递到所润需要的资任意空匹间。具有通杨信容量匆大，速队度快，折抗电磁桨干扰等峡优点。蹲以激光哑作载波拉，光导笛纤维作读传输路膨径来感伸应、传挪输各种舌信息。凡是电岛子仪器告能测量失的物理轮量（如哄位移、采压力、传流量、找液面、礼温度等据）它几管乎都能余测量。CT技术淋的应迅用CT技术懒（Co垒mp米ut霸er该iz碗ed孩T昌om减og义ra微ph歌y意译为刘“计算南机层析萍成像”壶）是在宗不破坏拴物体结泥构的前机提下，芹根据在彼物体周悉边所获骑取的某它种物理症量（如纯波速、谁Ｘ线光惭强）的扭一维投拖影数据隶，运用外一定的警数学方剖法，通题过计算摇机处理迷，重建象物体特田定层面层上的二年维图像霞以及依断据一系扯列上述柳二维图齐像而构应成三维拍图像的纽奉一门技待术。CT技术原在工秘程的惰选址迅、施鼠工和职运营诊期间屡可以籍发挥信重大剑作用豆，既县减少裙了仪丙器设夏备的柜复杂笑性，醋又提勤高了秧建筑泽物的独安全蔬度，狮同时考对于约建筑阵物的晓内部盐性态池检测残、缺骆陷搜堪索和谦老化它评判箩都将眼成为种重要突依据涨。GPS在变切形监键测中泰的应孝用由于屠接收加技术努和数车据处挠理技俘术的颠日臻笑完善悠，使绣测量茅的速僻度和徐精度铁不断郊提高具，GPS在我国论的变形纺监测领菠域中得异到应用剑。199旺8年，奇我国森的隔蚊河岩刑大坝崖外部湖变形畏首次睬采用GP阁S自动化朝监测系叉统；该系屡统具暮有速令度快梯、全炊天候逐观测叮、测办点间际无需朋通视描、自专动化纳程度浪高等街优点借，对与坝体累表面键的各午监测辰点能瓜进行铺同步贺变形狡监测题，并拼实现挑了从惊数据裙采集光、传址输、梢处理阶、分床析、钱显示布、存源储等口，测豆量精笼度可衣达到蚂亚毫逢米级纠。激光烧技术致的应事用激光翠技术堤的使春用，哗提高闷了探内测的臂灵敏徒度，钱减少鼓了作第业的亿条件忽限制虫，克骄服了呈一定污的外原界干棍扰。我国叨从70年代弱初开认始研蚊究激破光准章直系眨统，70年代解后期蒙开始蚊研究肃真空渣激光沿准直臣系统胆，198架1年在太栗平哨坝齿顶建成李运行。90年代后占期真空疾激光准经直系统钞有新的唱发展，迎采用密恒封式激述光点光挽源、聚趋