浅谈变形监测平面控制网的建立与精度分析

浅谈变形监测平面控制网的建立与精度分析

发表时间：2019-09-12T11:49:43.813Z 来源：《基层建设》2019年第17期作者：岳小勇[导读] 摘要：如今在人类生活和生产建设中，出现了越来越多的山体、基坑塌陷等的灾害。

青海地理信息产业发展有限公司青海西宁摘要：如今在人类生活和生产建设中，出现了越来越多的山体、基坑塌陷等的灾害。由于多种因素的影响，在一定的时间内发生某种程度的变形，这种变形在一定范围内往往是允许的，但当其超出一定值时，就很可能会变成灾害，而要预防这些灾害的发生，就必须进行变形监测，分析变形产生的原因，总结变形发展的规律。本文主要就变形监测平面控制网的建立与精度进行分析，以供参考和借鉴。

关键字：变形监测；平面控制网；精度；分析引言

变形是自然界历来普遍存在的现象，它是指变形体在各种外力作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中发生变化。所谓变形监测，就是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作，其任务是在确定各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。 1变形监测概述 1.1变形监测的概念

变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作，其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道以及地铁等。变形监测的内容应根据变形体的性质和地基情况决定，对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。

1.2变形网的特点

第一，工程测量控制网建立时，保证网点之间的相对精度至关重要，而变形监测网的布网目的是为了测定网点的变形，网点之间的相对精度不是最重要的。由于布网目的不同，影响网质量的因素也就不同，比如大气折光和系统误差对工程测量控制网的影响很大，而对变形网的影响不是最重要的。在变形观测中只要保证监测仪器和人员相对不变，计算过程中上述影响可以相互抵消，使变形不会受这些误差的影响；第二，首级网的精度相对较高，基准点一般应建立在变形体以外的稳定区域，特别是网址的起算点一点要建立在基岩基础上，以便于发现其他点位移，工作基点可以布设在变形区；第三，变形网的网址应在现有的人力、物力和财力的基础上尽可能的具有发现监测点位移的精度、灵敏度和可靠性，看其指标能否满足变形监测要求；第四，变形网的边长一般较短，但精度高，一般情况下需要强制归心；变形网要求通视条件好，而不过于要求网形的构成；对变形网来说，多余观测冗余多。 2变形监测系统的组成 2.1自动监测系统

通常情况下，为实现项目监测的自动化，工作基点站应设在隧道侧壁，同时设置四个校核点以校核工作基点。安装于基点站的TCA2003全站仪与监测系统机房建立通讯联系，由机房控制全站仪对校核点和变形点按一定的顺序进行逐点扫描、记录、计算及自校，并将测量结果发送至机房入库存储或并进行整编分析，实现了自动观测、记录、处理、储存、变形量报表编制和监测结果自动远程发送等功能。

2.2徕卡自动全站仪

徕卡TCA系列自动化全站仪，又称“测量机器人”，该仪器精度高，且性能稳定，其内置自动目标识别系统，可以自动搜索目标、精确照准目标、跟踪目标、自动测量、自动记录数据，在几秒内完成一目标点的观测，像机器人一样对多个目标作持续和重复观测，具有计算机远程控制等优异的性能。采用结构变形自动化监测系统进行变形监测，可以实现无人值守及自动进行监测预报，即实现变形监测全自动化，它不仅便捷准确，而且可以减少传统意义上形变观测中的人为观测误差及资料整编分析中可能造成的数据差错。

2.3工作基站及校核点设置

为使各点误差均匀，并使全站仪容易自动寻找目标，工作基站布设于监测点中部，校核点布设在远离变形区以外，最外观测断面以外40m左右的隧道中，先制作全站仪托架，托架安装在隧道侧壁，离道床距离1.2m左右，以便全站仪容易自动寻找目标，监测基准点使用位于东山口站台内的平面、高程控制点。

2.4隧道监测断面布置及监测断面内监测点布置

变形监测点按照设计要求的断面布设，上下行隧道各布置5个监测断面，每个断面在轨道附近的道床上布设两个沉降监测点，中腰位置两侧各布设两个水平位移监测点，即每个监测断面布设6个监测点。各观测点用连接件（人字形钢架）配小规格反射棱镜，用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，棱镜反射面指向工作基点。布设监测点应严格注意避免设备侵入限界，可以将监测点布设在图中位置。

3变形监测平面控制网的建立与精度分析 3.1监测网的建立 3.1.1平面控制网的建立

首先应根据设计单位和用户对实施监测物的精度要求，结合施工单位的仪器设备，制定平面测量的等级，然后充分考虑工程各部施工放样需要，点位不与工程建筑物发生冲突，使用方便，点位便于长期保存等方面情况下交替进行图上和实地选点，构造网形，确定点位测量的实方案。在点位确定后，可以根据点与点之间的通视情况构成网形，拟定图中的角度和边长观测量，可以用专有的软件进行精度的估算和观测量优化，通常是边角全测网开始优化计算，若计算结果的冗余过大，删掉一些通视条件不好的，边长过长，竖直角过大的边和相应的角度，再进行估算，直至点位精度满足要求，工作量又相对较小。

3.1.2高程控制网

首先根据设计单位对两点之间差异沉降量出发，制定相对沉降量的观测中误差，确定观测等级，比如说两点间差异沉降量的允许值为，差异沉降量的观测中误差取1/10 ，两点间的差异是两点的高差之差，而高差是高程之差，所以任意观测点高程中误差是1/20 ，确定观测等级之后确定选点布网，确定实施方案和观测仪器。另外，高程基准点应选在变形体以外的稳定区域，特别是网的起算点一定要建在基岩基础上，确保其稳定性，消除基准点对变形点观测精度的影响，以便发现观测点的垂直位移。

3.2监测方法

本次监测拟采用隧道结构变形自动化监测系统软件进行自动变形监测，该系统由武汉大学测绘学院开发用于自动型TCA系列的全站仪的自动监测，具有自动控制及变形数据分析功能，是目前该方面最先进的系统。该系统将自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能合为一体，是进行自动变形监测理想系统。

3.3观测精度分析

影响变形观测精度的主要因素包括系统误差和偶然误差的影响，对本系统而言，系统误差主要有仪器本身构造引起的误差、测站和目标点固定的对中误差、仪器随时间的度盘零方位的漂移、外界气象条件引起的观测值的变化等；偶然误差主要是仪器测量时的随机误差，主要体现为仪器的标称精度，系统误差可以通过采用差分方法或坐标转换方法予以消除。

结束语

综上所述，变形监测手段随着科技的发展和现场的需要不断的向前发展和革新，利用测量机器人及配套的监测软件在使用隧道内进行全自动监测。与传统监测相比较，具有简便、灵活、无人值守、实时、动态的监测特点，并实现了测量数据的自动处理、传输、预警等功能，节省人力物力，是运营地铁隧道变形不间断三维监测的理想手段。

参考文献：

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[2]王川，张鹏，廖贵能.小湾水电站库盘监测系统变形效应分析[J].水利科技与经济，2017，23(05):65-71.