大型人防工程变形监测数据处理与分析
2016-01-14徐健梅
摘 要：介绍变形监测的意义和重要性，分析了影响人防工程安全稳定的因素。给出了人防工程变形监测方案设计的注意事项，重点对沉降监测中的成果整理、变形分析和预测预报方法进行了介绍。以某工程人防工程为例，通过对该工程实施沉降监测，对监测数据进行处理和分析，根据实际变形量和预测变形量的比较，清楚看出实测的累计沉降量与预测预报的沉降量基本相当，说明可以采用预测方法对沉降趋势进行预测，为工程施工、运营管理和领导决策提供了第一手资料。
【关键词】人防工程，沉降监测，数据分析
中图分类号： P258 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00
人防工程在建设和运营期间由于各种因素会产生沉降等方面的变形，其安全直接影响建筑物的安全与稳定。本文是以人防工程的地表沉降为主线，对地表沉降进行监测并进行数据分析来研究其稳定性。
一、沉降监测的概念
人防工程施工初期基坑开挖和建筑物主体工程施工，因荷载变化会引起建筑物自身的沉降。为保证工程施工建设正常实施，须监控其沉降过程，得出基础深陷或回弹的变形量，这种变形监测即沉降观测。
二、沉降监测研究现状
1980年前，变形监测主要是采用常规测量仪器进行，而后， 近景摄影测量得到了广泛应用，近几年，数字摄影测量技术也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用，目前最新技术是变形监测机器人的应用。
三、人防工程沉降监测方案
1、影响人防工程稳定的因素
影响人防工程稳定内在因素有组成建筑物基础的岩体、地质构造、岩体结构等，其影响是长期而缓慢的；外部因素包括自身的载重、施工的质量、施工和营运期间工作不合理，以及周围环境影响产生额外的变形，它们直接影响人防工程的稳定。
2、沉降监测方案设计
为保证监测成果符合技术标准和有关部门的要求，沉降监测实施前，必须进行技术设计。
（1） 基准点、工作基点及沉降监测点的布设
根据人防工程地质条件和人防工程布置情况，选择一些基准点，作为位移变形监测的参照基准；工作基点是监测变形体的起算点，布置在变形体的周边，并方便与基准点进行联测；观测点布设在能明显反映变形地方。
（2） 沉降变形监测的精度及周期
沉降观测的测量精度等级采用II级水准测量，周期根据工程进度和变形速率拟定。
（3） 测量仪器和方法的选择
通常采用精密水准仪，按照《工程测量规范》（GB50026-2007）二等水准测量的技术要求施测。
③观测的时间和气象条件
应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行。
④监测数据采集作业技术要求
技术要求见《国家一、二等水准测量规范》
3、成果整理及变形分析
外业观测工作完成后，应检查观测成果，确保可靠性，对水准路线计算高差闭合差、高差全中误差和高差偶然中误差，若不满足规范要求，应查明原因，并及时进行重测。水准网的计算按最小二乘原理，采用间接平差进行网平差计算，并进行精度评定。
计算结果出来后，应结合内、外在因素进行初步的变形分析。比较相邻两观测周期、相同观测点有无显著变化，并绘制变形过程线，及时提供变形分析报告等。
4、预测预报
建筑物沉降监测数据处理的方法有GM（1，1）模型、曲线拟合模型、指数平滑模型、自回归法等，需要根据工程情况选择。GM（1，1）模型法是最常用、最简单的一种灰色模型。
四、人防工程变形监测实例分析
1、工程概况
某工程位于长江大桥西南端，根据工程建设需要，在工程竣工后对其人防工程进行变形监测与分析，以4号5号楼为例。
2、沉降监测及分析
（1） 监测点布设
对某人防工程地表沉降测点埋设后进行了首次观测，并以此次观测点位高程做基准。点位埋设分布示意图如图1.1所示。 （2） 沉降监测初步分析 1.1地下室地表沉降监测点分布示意图
表1.1为每次观测相对于首次观测点位的沉降量。由此沉降量，结合观测时间间隔，可计算出各点位的沉降速率，见表1.2、表1.3。
表1.1 人防工程地表沉降监测点沉降情况 单位：mm
测量时间
R-1
R-2
R-3
R-4
R-5
R-6
R-7
R-8
R-9
R-10
R-11
R-12
R-13
R-14
2013-5-13
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2013-5-21
-0.4
-1.6
-2.8
-1.2
-2.5
-1.4
-1.7
-0.8
-1.4
-1.9
-1.8
-2.4
-0.9
-2.4
2013-5-28
-2.9
-3.5
-4.0
-1.9
——
-1.1
-1.9
-2.9
-2.7
-0.8
-2.2
-3.1
-4.1
-4.6
2013-6-3
-4.9
-6.5
-5.8
-5.8
——
-3.7
-4.3
-6.4
——
-2.8
-4.0
-5.5
-6.1
-6.5
2013-6-11
-3.3
-3.7
-5.0
-4.8
——
-1.9
-2.5
-5.7
——
-1.3
-3.3
-3.7
-6.7
-7.1
2013-6-22
-3.5
-5.4
-6.3
-4.8
——
-2.9
-4.9
-5.9
-2.8
-3.1
-4.4
-3.9
-6.7
-6.1
2013-7-3
-4.2
-4.1
-5.0
-5.8
——
-1.7
-3.5
-5.2
——
-2.1
-4.8
-4.2
-7.9
-9.6
2013-7-15
-4.4
-4.2
-5.4
-4.4
——
-3.3
-4.2
——
——
-2.4
-4.3
——
-8.3
-9.1
2013-7-25
1.6
3.6
3.6
2.8
——
-1.3
-3.1
——
——
-1
-0.8
——
-7.4
-4.8
2013-8-4
-2.2
-2.1
-3.2
-5
-3.1
1.4
-0.7
——
——
2.7
-8.2
——
——
——
2013-8-14
-8.5
-9.2
-8.3
-6.8
-3.8
-6.6
-7.7
-5.8
-3.9
-4.5
-8.6
-4.8
-24.7
-19.9
2013-8-23
——
-6.9
-4.5
-10.9
-3.4
-0.9
-3.7
——
-1.8
-0.1
-3.0
——
——
-18.6
2013-8-28
-5.2
-4.7
-6.4
-6.4
-3.0
-2.3
-5.9
-4.9
-2.4
-1.3
-4.4
-5.2
-20.3
-16.1
2013-9-3
-5.5
-5.3
-6.8
-7.2
-3.6
-3.5
-4.8
-6.2
-3.8
-1.8
-5.7
-5.9
-22.5
-17.8
2013-9-9
-6.9
-5.8
-7.9
-7.8
-4.4
-4.1
-5.7
-7.5
-3.5
-2.4
-6.6
-6.8
-23.6
-19.4
2013-9-15
-9.3
-10.3
-9.2
-8.9
-5.7
-8.7
-7.1
-6.9
-4.0
-2.3
-8.0
-7.5
-25.2
-20.6
注：沉降量为相对于首次观测（2013.5.13）累计沉降量（正号为升，负号为降）
表1.2 人防工程地表沉降监测点沉降 表1.3 人防工程地表沉降监测点沉降
速率情况（2013.9.15相对于2013.5.13） 速率情况（2013.9.15相对于2013.8.14）
楼号
点名
累计沉降量（mm）
本次与首次观测时间间隔（d）
沉降速率（mm/d）
楼号
点名
累计沉降量（mm）
本次
与2011.8.14间隔（d）
沉降速率（mm/d）
人防工程地表沉降测点
R-1
-9.3
125
-0.074
人防工程地表沉降测点
R-1
-0.8
31
-0.026
R-2
-10.3
125
-0.082
R-2
-1.1
31
-0.035
R-3
-9.2
125
-0.074
R-3
-0.9
31
-0.029
R-4
-8.9
125
-0.071
R-4
-2.1
31
-0.068
R-5
-5.7
125
-0.046
R-5
-1.9
31
-0.061
R-6
-8.7
125
-0.070
R-6
-2.1
31
-0.068
R-7
-7.1
125
-0.057
R-7
0.6
31
0.019
R-8
-6.9
125
-0.055
R-8
-1.1
31
-0.035
R-9
-4.0
125
-0.032
R-9
-0.1
31
-0.003
R-10
-2.3
125
-0.018
R-10
2.2
31
0.071
R-11
-8.0
125
-0.064
R-11
0.6
31
0.019
R-12
-7.5
125
-0.060
R-12
-2.7
31
-0.087
R-13
-25.2
125
-0.202
R-13
-0.5
31
-0.016
R-14
-20.6
125
-0.165
R-14
-0.7
31
-0.023
由表可以看出： 9月15日相对于首期观测（5月13日），所有点位都出现下沉，R-13最大下沉了25.2mm，平均沉降速率为-0.076mm/d。9月15日相对于8月14日观测，间隔31天，点位有升有降，R-10最大上升2.2mm， R-12最大下降2.7mm。平均沉降速率为-0.024mm/d，各沉降点趋于稳定。
该工程地处长江边，故考虑引起人防工程地表不均匀沉降的原因主要是地质结构和建筑物的载荷。而沉降量较大的R-13、R-14两个监测点，所处地基为较松软土质，加上建筑物自身的荷载，造成其沉降较大，可以采用地基加固的方法对此处进行处理。
从整体监测成果来看，该人防工程除少数点沉降速度超过规范要求外，其余均满足规范0.04mm/d的要求。从最近一个月来看，各沉降点的沉降速度均满足规范0.04mm/d的要求，说明该人防工程趋于稳定。
五 预测预报
表1.4 9.15地表沉降监测点沉降情况预测与实测
楼号
点名
预测沉降量（mm）
实测沉降量（mm）
人防工程地表沉降测点
R-1
-9.97
-9.3
R-2
-9.20
-10.3
R-3
-7.16
-9.2
R-4
-12.29
-8.9
R-5
-4.34
-5.7
R-6
-5.03
-8.7
R-7
-7.19
-7.1
R-8
-7.16
-6.9
R-9
-3.05
-4.0
R-10
-1.95
-2.3
R-11
-6.89
-8.0
R-12
-7.50
-7.5
R-13
-25.44
-25.2
R-14
-23.91
-20.6
根据监测数据，利用2013年5月13日至2013年9月9日共15期沉降监测数据，采用GM（1，1）模型预测法，建立预报模型，对2013年9月15日沉降量进行了预报，预报和实测沉降量见表1.4，将预测结果与实际沉降观测结果进行了比较，见图1.2。
图1.2预报结果与实际沉降观测结果比较
从表1.4和图1.2可以清楚看出实测的累计沉降量与预报的沉降量基本相当，说明可以采用预报方法对沉降趋势进行预测，以便为工程施工、运营管理和领导决策提供了第一手资料。
参考文献
[1] 华锡生，黄腾等编著.精密工程测量技术及应用.2002.
[2] 黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社.2007.
作者简介：徐健梅（1982-），女，云南宾川人，讲师，工程硕士，主要从事测量专业课的教学与研究工作
