浅谈工程测量变形测绘程志远

浅谈工程测量变形测绘程志远

程志远

哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司黑龙江省哈尔滨市150028

摘要：变形监测在现实生活中发挥着重要的作用，可以有效的对建筑物进行监测与预报，变形监测的意义在于用专业的仪器与方法对物体的变形现象、形态以及发展等进行相应的观测、分析、预报。其任务主要是监测建筑物在荷载以及外力的作用下，在物体所处位置、大小等各个方面上空间与时间的特征。

一、变形监测

变形监测是对所监测的建筑物定期进行测量从而观测建筑物空间位置随时间的变化特征的测量工作。对于建筑工程而言监测是基础，分析是手段，预报是目的。

二、变形测量的目的和内容

1、变形测量的目的

通过变形观测取得第一性的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因，采得措施，防止事故发生，并改善运营方式，以保证安全。

2、变形测量的内容

变形测量的主要内容包括沉降观测、水平位移观测、裂缝观测、倾斜观测、挠度观测和振动观测等。其中最基本的是建（构）筑物的沉降观测和水平位移观测。每一种建（构）筑物的观测内容，应根据建筑物的具体情况和实际要求综合确定测量项目。

三、工程变形监测技术

在工程和局部变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专业的测量手段、以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。

1、常规测量技术

常规大地测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使用，尤其是全自动跟踪全站仪（RTS,RoboticTotalStations），有时也叫测量机器人（Georobot）,为局部工程变形的自动监测或室内监测提高了一种良好的技术手段，它可以进行一定范围内无人值守、全天候、全方位的自动监测。实际工程试验表明，测量机器人监测精度可达亚mm级。最大的缺陷是受测程限制，测站点一般都在变形区域的范围之内。

2、地面摄影测量

地面摄影测量技术在变形监测中的应用虽然起步较早，但是由于摄影距离不能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于高塔、烟筒、古建筑、船闸、边坡体等的变形监测。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为地面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。

3、特殊的测量手段

光、机、电技术的发展，研制了一些特殊和专用的仪器可用于变形的自动监测，它包括应变测量、准直测量和倾斜测量。例如，遥测垂线坐标仪，采用自动读数设备，其分辨率可达0.01mm；采用光纤传感器测量系统将信号测量于信号传输合二为一，具有很强的抗雷击、抗电磁干扰和抗恶劣环境的能力，便于组成遥测系统，实现在线分布式监测。

4、GPS空间定位技术。

GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性（EpisodicandContinuousMode）两种模式。

5、3D激光扫描技术

三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量、高精度地获取空间点位及其变化信息。

四、变形观测数据分析

监测变形体的变形有两种方式：

1、利用变形体外一些稳定基点，测定变形体上目标点的绝对位移；为了确保基准点的稳定性。常将它们组成网，并定期观测以检查其稳定性，称之为参考网。

2、变形观测点都在变形体上，监测测点之间的相对变形。通常称为相对网，因为所有观测点都在变形体上，测点的位移是相对的。相对网分析主要问题是鉴别变形模型，确定了变形模型后就可以计算变形参数（例如：相对移动、应变等）

五、测绘中的位移基准点布设与测量

1、变形测量的精度等级确定原则

①对一个实际工程，变形测量的精度等级应先根据各类建（构）筑物的变形允许值。

②当仅给定单一变形允许值时，应按所估算的观测点精度选择相应的精度等级；

③当给定多个同类型变形允许值时，应分别估算观测点精度，并应根据其中最高精度选择相应的精度等级；

④当估算出的观测点精度低于一定精度要求时，宜采用三级精度；

⑤对于未规定或难以规定变形允许值的观测项目，可根据设计、施工的原则要求，参考同类或类似项目的经验，选取适宜的精度等级。

2、水平位移监测的内容和方法

水平位移观测的内容建筑物水平位移观测包括：位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测，受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测，以及挡土墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等，应测定在规定平面位置上随时间变化的位移量和位移速度。

3、观测点的布设

（1）水平位移观测点的选设：观测点的位置，对建筑物应选在墙角、柱基及裂缝两边等处；地下管线应选在端点、转角点及必要的中间部位；护坡工程应按待测坡面成排布点；测定深层侧向位移的点位与数量，应按工程需要确定。控制点的点位应根据观测点的分布情况来确定。

（2）水平位移观测点的标志设置：建筑物上的观测点，可采用墙上或基础标志；土体上的观测点，可采用混凝土标志；地下管线的观测点，应采用井式标志。各种标志的形式和埋设，应根据点位条件和观测要求设计确定。控制点的标石、标志，应按《建筑变形测量规程》中的规定采用。对于如膨胀土等特殊性土地区的固定基点，亦可采用深埋钻孔桩标石，但须用套管桩与周围土体隔开。

4、观测措施（1）仪器：尽可能采用先进的精密仪器。（2）采用强制对中：设置强制对中固定观测墩，使仪器强制对中，即对中误差为零。目前一般采用钢筋混凝土结构结构的观测墩。观测墩底座部分要求直接浇筑在基岩守上，以确保其稳定性。并在观测墩顶面常埋设固定的强制对中装置，该装置能使仪器及战舰牌的偏心误差小于0.1mm。满足这一精度要求的强制对中装置式样很多，有采用圆球插入式的，有采用埋设中心螺杆的。置中圆盘的优点是适用于多种仪器，对仪器没有损伤，但加工精度要求较高。（3）照准觇牌：目标点应设置成（平面形状的）觇牌，觇牌图案应自行设计。视准线法主要误差来源是照准误差，研究觇牌形状、尺寸及颜色对于提高视准线的观测精度具有重要意义。一般地说，觇牌设计应考虑以下五个方面：①反差大：用不同颜色的觇牌所进行的实验表明，以白色作底色，以黑色作图案的觇牌效果最好。白色与红色配合，虽然能获得较好的反差，但是它相对于前者而言容易使观测者产生疲劳。②没有相位差：采用平面觇牌可以消除相位差，在视准线法观测中一般采用平面觇牌。③图案应对称。④应有适当的参考面积：为了精确照准，应使十字丝两边有足够的比较面积，图案间隔应根据观测点与目标之间的距离来确定。同心圆环图案对精确照准是不利的。⑤便于安置：所设计的觇牌希望能随意安置，即当觇牌有一定倾斜时仍能保证精确照准。（4）观测周期：水平位移观测的周期，对于不良地基土地区的观测，可与一并进行的沉降观测协调考虑确定；对于受基础施工影响的位移观测，应按施工进度的需要确定，可逐日或隔数日观测一次，直至施工结束；对于土体内部侧向位移观测，应视变形情况和工程进展而定。

结束语

测量技术在建筑工程中的重要性是毋庸置疑的，测绘工程的质量直接影响到工程建筑的质量，所以测绘技术的发展与应用对于建筑行业是非常重要的。而变形测量技术需要多学科知识的配合在确定变形监测精度，优化设计变形监测方案，合理地分析变形监测成果，特别是进行变形的物理解释时，变形测量工作者要熟悉所研究的变形体。研究地壳变形，需要有地球物理的知识；研究工程建筑物的变形，需要土力学和土木工程的知识；研究变形的机理，需要力学方面的知识。变形测量是处于测绘学和地球物理、土木工程等科学的边缘。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.城市测量规范（CJJ8-99）.北京；中国建筑工业出版社，1999.

[2]胡伍生，朱小华，丁育华.基坑支护工程变形监测.东南大学学报，2001（3A）.

[3]陈永奇.变形监测数据处理.北京：测绘出版社，1988.