何嬋軍 付寧波

（1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院 湖北武漢 430064；2.江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心 江西南昌 330209）

1 引言

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡稱鄂北工程）采用3根DN3800mm的PCCP管并排同槽埋設(shè)，管內(nèi)直徑3.8m，三根管道中心距為6.1m，管間凈距1.6m，兩側(cè)管外寬度均大于0.8m，開槽底寬18.4m。管道鋪設(shè)在未經(jīng)擾動的原狀土地基上，管道頂部以上埋深約3.0~5.0m，基坑深6.0~9.0m，建基面高程隨地形起伏變化而變化。渠道基坑開挖臨時(shí)邊坡以坡高小于10m的中等邊坡為主，局部為高邊坡。為及時(shí)獲得施工過程中建筑物的性狀，保證施工安全，提高施工質(zhì)量，需對重要建筑物較全面系統(tǒng)的監(jiān)測，通過分析監(jiān)測資料，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握重要建筑物各階段的工況，作出正確評價(jià)，對未來運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)，確保工程安全運(yùn)行，充分發(fā)揮工程效益。

本文以位于襄陽市黃集鎮(zhèn)樁號55+181~60+181段的生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目為研究主體，從外觀監(jiān)測內(nèi)容、實(shí)施方案、數(shù)據(jù)分析等方面進(jìn)行探討，積累了一些具有參考價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)方法。

2 外觀監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測內(nèi)容及方法

外觀監(jiān)測內(nèi)容主要包括：管道施工期沉降變形監(jiān)測；鎮(zhèn)墩、進(jìn)排氣閥井、放空閥井沉降變形監(jiān)測；典型鎮(zhèn)墩沉降、水平位移監(jiān)測。

結(jié)合鄂北工程監(jiān)測要求精度高、安全可靠的技術(shù)要求，實(shí)驗(yàn)段的管道及管線建筑物沉降的變形采用二等精密水準(zhǔn)網(wǎng)要求施測，每公里水準(zhǔn)測量的偶然中誤差不應(yīng)大于1.0mm，全中誤差不大于2.0mm；典型鎮(zhèn)墩的水平位移監(jiān)測采用視準(zhǔn)線法中的小角法，水平位移觀測墩的對中盤中心不得偏離視準(zhǔn)線20mm及偏角不大于30″，測角精度需優(yōu)于1″。本方案設(shè)計(jì)采用Leica DNA03電子水準(zhǔn)儀和Leica TCA2003全站儀分別進(jìn)行水準(zhǔn)測量和小角法測量，完全能滿足設(shè)計(jì)需要。

2.2 監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)

2.2.1 沉降變形監(jiān)測網(wǎng)

沉降變形監(jiān)測網(wǎng)分三層布設(shè)：

（1）水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)。本工程采用國家統(tǒng)一高程進(jìn)行沉降監(jiān)測，選擇線路附近2個或2個以上的一等水準(zhǔn)點(diǎn)作為整個沉降變形監(jiān)測網(wǎng)的高程基準(zhǔn)。

（2）沉降位移工作基點(diǎn)的布設(shè)。根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)計(jì)樁號及地形特征，在監(jiān)測點(diǎn)附近或觀測有利地形位置布設(shè)1~2個工作基點(diǎn)，以附合線路的形式將沉降位移工作基點(diǎn)聯(lián)測到水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)上。

（3）沉降點(diǎn)的布設(shè)。每隔700m布置1個沉降監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面在左、中、右管道各布置1個沉降測點(diǎn)。一般以附合線路或閉合線路聯(lián)測至附近沉降位移工作基點(diǎn)上；在聯(lián)測困難情況下，在監(jiān)測點(diǎn)附近布設(shè)臨時(shí)沉降位移工作基點(diǎn)，以附合線路形式將臨時(shí)沉降位移工作基點(diǎn)聯(lián)測至沉降位移工作基點(diǎn)，以水準(zhǔn)支線將沉降觀測點(diǎn)聯(lián)測至臨時(shí)沉降位移工作基點(diǎn)，沉降變形監(jiān)測示例網(wǎng)見圖1所示。

圖1 沉降變形監(jiān)測示例網(wǎng)

2.2.2 水平位移監(jiān)測點(diǎn)

典型鎮(zhèn)墩的水平位移監(jiān)測點(diǎn)采用觀測墩形式布設(shè)，墩面設(shè)置強(qiáng)制歸心對中盤，為保證水平位移觀測墩的對中盤中心偏離視準(zhǔn)線≤20mm及偏角≤30″，水平位移觀測墩的埋設(shè)分以下四步進(jìn)行：

（1）確定視準(zhǔn)線。在埋設(shè)水平位移觀測墩前，需在監(jiān)測斷面兩端布置工作基點(diǎn)觀測墩，工作基點(diǎn)觀測墩的對中盤中心所確定的視線即為視準(zhǔn)線。

（2）確定水平位移觀測墩基座位置。按設(shè)計(jì)要求，在鎮(zhèn)墩頂部三根PCCP管位置布設(shè)水平位移觀測墩。根據(jù)已確定的視準(zhǔn)線，利用全站儀或經(jīng)緯儀配合圓棱鏡的方式使觀測墩的中心位置盡可能地處于視準(zhǔn)線上，并做好標(biāo)記。以標(biāo)記位置為中心，按照設(shè)計(jì)尺寸澆筑觀測墩基座。

（3）澆筑墩柱。再次利用全站儀或經(jīng)緯儀配合圓棱鏡的方式確定墩柱中心位置，并做好標(biāo)記。以標(biāo)記位置為中心，按照設(shè)計(jì)尺寸澆筑墩柱，澆筑高度至設(shè)計(jì)高度約20cm。

（4）安設(shè)強(qiáng)制歸心對中盤。墩柱基本凝固穩(wěn)定后再安設(shè)對中盤，在兩工作基點(diǎn)上分別架設(shè)全站儀和覘牌，確定視準(zhǔn)線方向后固定全站儀水平羅盤，同時(shí)水平位移觀測墩對中盤中心安設(shè)簡易覘牌，邊澆筑混凝土邊調(diào)整對中盤中心位置直至偏距滿足設(shè)計(jì)要求。在對中盤凝固過程中，利用視準(zhǔn)線多次檢查對中盤偏距及偏角，以便在凝固前能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整糾正。

2.3 外觀監(jiān)測實(shí)施

2.3.1 沉降變形監(jiān)測

沉降變形監(jiān)測采用國家二等水準(zhǔn)測量進(jìn)行觀測，各項(xiàng)精度指標(biāo)和技術(shù)要求參考《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897-2006）、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 551-2012）、《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL 601-2013）執(zhí)行[1][2][3]。 針對觀測實(shí)施過程中遇到的多個難點(diǎn)問題，通過多種方案的嘗試比較，獲得了一些具有參考價(jià)值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（1）高陡邊坡的上下轉(zhuǎn)站問題。由于管槽深6.0～9.0m，坡度比小于1:1，且坡壁光滑，在進(jìn)行管道臨時(shí)沉降點(diǎn)觀測時(shí)上下溝槽是一大難點(diǎn)。經(jīng)實(shí)地查勘，發(fā)現(xiàn)覆土管道的樁號位置坡道較平緩，通過多個位置實(shí)踐作業(yè)，均可成功上下溝槽。

（2）觀測階段的選擇問題。PCCP管一般經(jīng)歷：初安裝、開始覆土、覆土結(jié)束、注水打壓試驗(yàn)、通水運(yùn)營等階段，選擇地基荷載變化的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行沉降變形觀測，能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)管道及地基的沉降情況，作出正確評價(jià)。

（3）觀測環(huán)境的選擇問題。施工現(xiàn)場變化復(fù)雜，各種機(jī)械、車輛的碾壓振動會嚴(yán)重影響觀測精度及成果可靠度。選擇合適的水準(zhǔn)線路，避開地面振動較大和車輛往返頻繁區(qū)，能有效提高觀測精度和作業(yè)效率。

（4）管道上的轉(zhuǎn)站問題。由于管頂為弧狀，若遷尺員和觀測員均處于同一根管道上，不僅對觀測效率產(chǎn)生一定程度影響，而且人員、儀器安全得不到保障。采用“觀測員處于中間管道、兩遷尺員前后分別處于兩側(cè)管道”的方式既能提高觀測效率、又能有效降低安全事故的發(fā)生。

（5）不利天氣條件的應(yīng)對問題。高陡邊坡區(qū)域風(fēng)力大小不一、陽光直射度時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，觀測中視線刻度會產(chǎn)生不同程度的抖動。首先選擇風(fēng)力相對均勻、光線相對柔和的水準(zhǔn)線路，其次增加每個記錄讀數(shù)的次數(shù)并取均值。

（6）觀測規(guī)律問題。每次觀測應(yīng)盡量選擇同一水準(zhǔn)線路、同一觀測者、同樣觀測時(shí)間段和天氣、固定的立尺和測站點(diǎn)，使每次觀測的系統(tǒng)誤差一致，能提高變形監(jiān)測成果的可靠度[4]。

2.3.2 水平位移監(jiān)測

水平位移監(jiān)測采用小角法方法實(shí)施，小角法測量偏離值見圖2所示，圖中AB為工作基點(diǎn)確定的視準(zhǔn)線，i為觀測點(diǎn)，水平距離Si首次觀測后作為常數(shù)供每周期使用，根據(jù)規(guī)范中水平位移中誤差限差2mm的要求，結(jié)合本工程的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)定偏角αi觀測方案見表1。

圖2 小角法測量偏離值

表1 偏角αi觀測方案

各測回使用同一個度盤分劃線。為提高觀測精度及可靠度，可分別在兩工作基點(diǎn)上設(shè)站進(jìn)行偏角觀測，再取加權(quán)平均值。偏差計(jì)算公式△i及加權(quán)平均值計(jì)算公式見式（1）、式（2）。

3 數(shù)據(jù)分析與成果提交

3.1 數(shù)據(jù)分析

（1）每次監(jiān)測結(jié)束后，以基準(zhǔn)點(diǎn)或視準(zhǔn)線為已知點(diǎn)（基準(zhǔn)）進(jìn)行平差、計(jì)算獲取監(jiān)測點(diǎn)的高程值或偏離值。

（2）每次監(jiān)測前，首先根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)所受荷載、環(huán)境變化等因素對變形量大小、速率進(jìn)行預(yù)先判斷，再通過觀測結(jié)果檢驗(yàn)預(yù)判的正確性。如一致，繼續(xù)分析變形內(nèi)在因素；否則檢查分析觀測數(shù)據(jù)的正確性，確認(rèn)無誤后再分析變形因素，并對后期準(zhǔn)確預(yù)判提供指導(dǎo)性意見。

（3）設(shè)置安全等級。根據(jù)變形允許值d限，將d限/3、2d限/3、d限分別設(shè)定為安全、預(yù)警、危險(xiǎn)三個層次的上限值。根據(jù)觀測結(jié)果給出相應(yīng)的安全等級。

（4）每個監(jiān)測點(diǎn)的觀測成果構(gòu)成時(shí)間序列，繪制變形過程曲線并作分析，對每個斷面上的3個點(diǎn)和相鄰斷面點(diǎn)可作比較和相關(guān)分析。對變形較大或超過允許值的點(diǎn)，分析變形原因，及時(shí)匯報(bào)上級部門，為設(shè)計(jì)和施工提供決策依據(jù)。

取樁號59+504斷面點(diǎn)下沉曲線圖說明，見圖3所示。斷面上的3個監(jiān)測點(diǎn)編號為GD11、GD12、GD13分別位于左、中、右管頂（規(guī)定以順?biāo)狈较驗(yàn)樽螅?。前三次觀測累積沉降量小于1mm，第4次觀測時(shí)沉降量驟然變大，中間管道沉降點(diǎn)GD12達(dá)到14mm。根據(jù)現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)：此次觀測前經(jīng)歷了幾場暴雨，雨后又回填了大量土，可能是由荷載突然加大、地基積水造成。目前變形已超過預(yù)警值，已及時(shí)上報(bào)相關(guān)部門。

圖3 樁號59+504斷面點(diǎn)下沉曲線圖

3.2 成果提交

監(jiān)測單位應(yīng)在每次觀測結(jié)束后24小時(shí)內(nèi)提交本次觀測成果（本次變形量、累積變形量）和簡單的分析報(bào)告。每半月至少提供一次在此期間的觀測成果，包括：變形量、累積變形量、變化曲線圖、原始觀測成果表和變形分析報(bào)告。并在所有觀測結(jié)束后提交完整的監(jiān)測報(bào)告，包括：變形監(jiān)測技術(shù)報(bào)告、基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)和監(jiān)測點(diǎn)平面位置示意圖、各監(jiān)測點(diǎn)的高程或偏離值、過程曲線和變形分析等。

4 結(jié)束語

本文從外觀監(jiān)測的實(shí)施方法、使用儀器、外業(yè)施測、成果提交等方面作了全面系統(tǒng)介紹，采用的方法和積累的經(jīng)驗(yàn)可供其它標(biāo)段的監(jiān)測工作參考借鑒。目前鄂北工程已全面建設(shè)啟動，生產(chǎn)性試驗(yàn)項(xiàng)目的成功實(shí)施對后續(xù)工作的全面開展具有重要指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國水利部.SL 601-2013，混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，2013.

[2]中華人民共和國水利部.SL 551-2012，土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，2012.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 12897-2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].北京.中國標(biāo)志出版社，2006.

[4]張正祿，孔寧，沈飛飛等，地鐵變形監(jiān)測方案設(shè)計(jì)與變形分析[J].測繪信息與工程，2010，35(6):25-27.