特大型工程（以发电厂为例）变形监测方案设计及信息的处理分析和预计.docx

特大型工程（以发电厂为例）变形监测方案设计及信息的处理分析和预计 绪论 改革开放以来，我国兴建了大量的水工建筑物、大型工业厂房和高层建筑物，大型建筑物在国民经济中也发挥着越来越重要的作用，而且许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系，因而变形监测研究和其安全问题在国内外受到了广泛的重视。为保证建(构)筑物的耐久性和安全性，并为施工和管理提供可靠的资料及相应的沉降参数,变形监测技术应运而生。变形监测是指测定构筑物及其地基在构筑物荷重等各种因素的外力作用下随时间而变形的工作,它是对构筑物上的一些观测点进行重复观测, 从这些观测点位置的变化中了解构筑物变形的空间分布和随时间等因素变化的情况。合理设计变形监测方案是变形监测的首要工作，其主要内容包括确定监测网的质量标准、选择观测方法、点位的最佳布设和观测方案的最佳选择。在过去的30年，变形监测方案设计的研究较为深入和全面，取得了丰富的研究成果和较好的实用效益，其主要发展是监测方案的综合设计和监测系统的数据管理及综合处理。为了了解变形的整个过程，大型工程建筑物的变形测量往往在建筑物的设计阶段就开始考虑，做出相应的设计，然后在建筑物的施工及整个运营期间进行定期观测或是在后期补设标志点来进行观测。变形监测方案的制定必须建立在对工程场地的地质条件、施工方案、施工周围环境详尽的调查了解基础之上，同时还需要与工程建设单位、施工单位、设计单位以及有关部门进行协调。由于变形监测方案的制定将影响到观测的成本、成果的精度，因此应当认真、全面的考虑。同时，在建筑物施工和运营期间, 对它们进行定期监测, 根据已测数据进行分析和研究, 对其作出相应预测预报是非常必要的。对已有的观测数据进行平差处理和分析,挖掘出高精度的函数关系和模型, 是资料分析整理的重要过程。常见的几种变形分析和预报方法有回归分析法、灰色系统分析模型、kalman 滤波模型和人工神经网络模型等等。 中文摘要摘要一般应说明研究工作目的、实验研究方法、结果和最终结论等，而重点是结果和结论。摘要中一般不用图、表、化学结构式、计算机程序，不用非公知公用的符号、术语和非法定的计量单位。工程建筑变形监测的直接目的之一就是对高层建筑的运营状态进行安全监控、评价和预报。从20世纪90年代以来,工业厂房建筑变形监测手段的硬件和软件迅速发展,监测范围不断扩大,监测自动化系统、数据处理和资料分析系统、安全预报及分析评价系统也在不断的完善。工程设计采用新的可靠度设计理论与方法以来,变形监测成为提供设计依据、优化设计和可靠度评价不可缺少的手段,成为工程设计和施工质量控制的重要手段。由于工程自身的特殊性和复杂性,在一般情况下,直接采用变形监测原始数据对高层建筑安全稳定状态进行评估和反馈是困难的。因此,为了实现高层建筑安全运营的设计目的,一般需要结合具体的工程和变形监测不同时段的不同特点和要求分别选用不同的手段和方法,认真做好监测数据和资料的整理分析工作,对高层建筑的安全稳定状态进行评估、预测和预报,并为改进建筑工程设计、施工方法和运营管理提供科学的依据。1. 变形监测概述变形监测的内容变形监测是指测定构筑物及其地基在构筑物荷重等各种因素的外力作用下随时间而变形的工作,它是对构筑物上的一些观测点进行重复观测, 从这些观测点位置的变化中了解构筑物变形的空间分布和随时间等因素变化的情况。由于工程建筑物都允许有一定的变形而不影响其正常使用和导致灾害，因此要求能准确地估计和观测到各种移动与变形值。其主要内容包括沉降监测、位移监测、倾斜监测、裂缝监测和挠度监测等。变形监测的目的及意义变形监测是工程管理运行的安全手段；通过在施工及运营期对变形体进行观测分析和研究，可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法，可以对不同地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形数值，为工程建筑物的设计与施工、维护管理和科学研究工作提供相关资料，为建筑结构安全评价提供相关资料，为建筑结构安全评价提供分析数据；变形监测是人们通过变形现象获得科学知识、检验理论和假设的必要手段，以达到了解变形变形机理，验证有关设计的理论和运动的假说，进行反馈技术及建立有效的预报模型，用于指导安全评估工作，减小灾害破坏程度。变形监测方法及发展 沉降监测方法主要有：精密水准测量，精密三角高程测量和液体静力水准测量等；水平位移监测方法主要有：交会法观测，精密导线测量，全站仪观测，视准现测量，引张线测量，垂线测量和激光准直测量等。在20世纪80年代以前,变形监测主要是采用常规地面测量技术和某些特殊测量手段。常规地面测量, 是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值；特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量。 近 10 年来, 近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡及高层建筑变形监测等方面得到了广泛应用,其监测精度可达到 mm 级；近几年发展起来的数字摄影测量技术, 也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用,并显示出良好的应用前景。目前变形监测的最新技术是变形监测机器人的应用。近年来, 我国在利用 g ps 进行滑坡变形、大坝变形、矿区地面沉陷和地壳形变监测等方面, 做了大量的研究工作。纵观国内外数十年变形监测技术的发展历程。传统的变形检测方法改进主要体现在观测设备上的改进。目前，多种技术的综合应用可以更好的用于变形观测实践中。多种传感器、数字近景摄影、全自动跟踪全站仪和gps的应用，将走向实时、连续、高效率、自动化、动态监测系统的发展方向。2. 变形监测方案设计观测精度的确定 依据电力建设施工及工程测量规范的要求，发电厂变形监测的等级取三等，主要精度指标要求见表 1。表 1 三等变形监测的精度要求表 mm垂直位移监测水平位移检测变形观测点的高程中误差相邻变形观测点的高差中误差变形观测点的点位中误差1.00.56.0监测频率要求变形监测方法的选择布设原则观测仪器及依据监测仪器设备的选择以满足变形监测精度要求，方便使用为原则。仪器设备一经选定，各观测周期不应变换。本项目使用的仪器设备见表 2。 表 2 观测仪器设备表设备名称型号标称精度全站仪徕卡tps10000.5 （1mm+1ppm）电子水准仪ds030.3mm基准点的布设工作基点的布设监测点的布设观测方案设计 监测基准设计变形监测采用的平面、高程系统：平面坐标系统为电厂施工坐标系，高程系统为85高程基准。监测基准网的等级取二等，主要精度指标要求见表 3。表3 二等监测基准网的精度要求表垂直位移监测水平位移监测相邻基准点的高差中误差mm0.5相邻基准点的点位中误差mm3.0每站高差中误差mm0.15测角中误差（）1.8往返较差或环线闭合差mm0.30n测边相对中误差1/100000水平位移监测基准网监测水平位移监测基准网由三点构成一单三角形，对边角进行全测，边角观测技术要求见表 4。表 4 边角观测技术要求表水平角观测的主要技术要求测回数半测回归零差（）一测回内2c互差（）同一方向值各测回较差（）同一方向值各测回较差（）二次照准读数差（）669661.5垂直角观测的主要技术指标测回数指标差较差（）测回较差（ ）455测边的主要技术条件每边测回数/各测回读数次数一测回读数较差mm单程各测回较差mm气象数据测定的最小读数往返较差mm往返温度c气压pa2 （a +bd）3/33/3340.250垂直位移监测基准网的施测厂区垂直位移监测基准网由起闭于gd10 与新建的三点组成闭合水准环，灰场垂直位移监测基准网由新建的高程基准点与 4 个灰坝沉降监测工作基点组成闭合水准环，水准观测的主要技术要求见表5。表5水准观测的主要技术要求表水准网视线长度前 后 视 距差前 后 视 距差 累 计 积差视 线 离 地面 最 低 高度基准网300.51.50.5监测网501.03.00.3平差计算与点位稳定性评价基准网平差采用最小二乘法，平面坐标取前期坐标数值固定一点一方向的自由网平差（三点分别进行轮换计算），厂区高程基准网取某一基准点高程计算，灰场高程基准网取评定为稳定的一工作基点高程计算。平面基准网稳定性评价取检测平差坐标值与前期成果比较，较差小于22q,可认为点位稳定。在每周期观测前进行的高程基准网点位稳定性检测评价方法与平面基准网相同，作为监测起始测站点（起算点），其成果应是由评价为稳定点起算的新值。变形监测方案电厂主要建筑（构）物变形观测点在电厂建设施工阶段进行了设计布设，收集到的设计资料有主厂房基础沉降观测点布置图、锅炉基础沉降观测点布置图，现场实际共有沉降观测点84 点。烟囱和灰场的变形监测点未查到设计布设资料，现场勘查找到烟囱筒身埋设有 4 个沉降观测点，根据实际情况取烟囱顶部 3 根避雷针作为其水平位移监测点标志，灰场的主（副）坝已有沉降观测点共 31 点。沉降观测厂区沉降观测网选一基准网点为起闭点与主厂房、锅炉、烟囱基础沉降观测点组成闭合水准环线，水准观测的主要技术要求见表 5。灰场主（副）坝沉降观测网主（副）坝各选择一个基准点作为起算点，分别与其沉降观测点组成独立的闭合水准环线，水准观测的主要技术要求见表 5。沉降监测网水准平差计算采用严密平差方法，平差结果精度指标应符合表 1 要求。水平位移观测烟囱水平位移观测点观测方法采用三站前方交会，水平角观测的技术要求见表 4。3. 信息的处理分析和预计监测资料的分析一般可分为定期分析和不定期分析。沉降数据处理在每次观测完后，都应该及时的进行数据处理。 对于沉降观测，除了必要的检查之外，还要进行严密的水准网平差。 由于在观测时水准路线往往不很长，并且其闭合差一般不会超过 1mm-2mm。因此闭合差可按测站数平均分配。如果观测点之间的距离相差很大，则可按距离成正比的分配。得到各观测点的高程后，与前次观测的高程做