安全监测技术在某大型构筑物工程中的应用.doc

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1、 毕 业 论 文 题 目：安全监测技术在某大型构筑物工程中的 应用 学 院： 市政与环境工程学院 专 业： 安全工程 姓 名： 曲闯 学 号： 02309148 指导老师： 韦连喜 完成时间： 2013年5月25日 河南城建学院本科毕业论文 摘要安全监测技术在某大型构筑物工程中的应用摘要：大型构筑物变形监测是保证工程质量和安全的重要手段，并已成为工程建设和管理工作中极其重要的组成部分。不断出现的新结构、新技术、新工艺，对大型构筑物变形监测的精度、数据采集的时间间隔等都提出了更高的要求，不仅需要监测其外部变形还要监测其内部变形和受力状况1。在国内已有运用GPS技术、全站仪、水准仪等仪器设备进行大

2、型构筑物变形监测的案例。与国外比较而言，监测手段相对落后，实时、自动化采集监测信息尚未普及。研究运用先进仪器设备进行大型构筑物变形监测数据采集的自动化、高精度和智能化，解决实践中出现的一些新的技术问题，具有重要的现实意义。本文结合平顶山白龟山水库泄洪闸站监测和控制实践，对静力水准仪、土压力计等运用于大型构筑物变形监测中的一些关键技术进行了研究。首先，研究了静力水准仪等先进测量仪器在大型构筑物变形监测中的应用情况，针对一些具体技术问题，得出一些有益结论，为使用高精度、智能化的先进仪器设备进行大型构筑物变形监测积累了一定经验2。其次，总结了在本工程监测中土压力计安装测试的实践经验，从全程测试的分析

3、结果看，符合现场实际情况。最后，通过监测实践，解决了变形监测中一些技术问题，同时也说明了高精度、智能仪器设备应用于大型构筑物变形监测的前景广阔，应用价值高3。本文的研究工作，为深入开展大型构筑物变形监测技术研究提供参考。关键词：安全监测，大型构筑物，土压力计，静力水准仪，全站仪Safety monitoring technology in a large engineering structuresAbstract: Deformation monitoring is an important measure for huge building to ensure their quality

4、and security, and as an important part in the construction and management system. The new structure, new technique, new material appeared continuously, it puts forward the higher request towards deformation monitoring and control of huge building, not only need to monitor its outer deformation but a

5、lso need to monitor its inside deformation and stress state. In domestic, there are cases that apply GPS, total station and leveler on the deformation monitoring of huge building. Compare with abroad, the means of the deformation monitoring is backward, the level of automation is low. Therefore, stu

6、dy deeply to apply high accuracy and intelligent advance instruments, solve new technique problem in practice, and set up consummate deformation monitoring system is very important.This paper associates the practice of construction monitoring and control of Baiguishan reservoir sluice station of Pin

7、gdingshan, carrying on a research to the key technology problem of deformation monitoring of huge building by applying static water level, earth pressure; vibrating wire sensor. In the first, it takes research on static water level in deformation monitoring, several experiment items for some concret

8、e technique problems are designed, and some useful conclusions are obtained. It accumulates experience for deformation monitoring of huge building by applying high accuracy and intelligent advance instruments. Secondly, practical experience in install and test vibrating wire sensors is summed up. Th

9、e method of data process is explored and putted into practice. It provides reference to the further analogous work. In the end, through practice of construction monitoring&control of Baiguishan reservoir sluice station of Pingdingshan, some technique problems in deformation monitoring is resolved, a

10、lso explained that the high accuracy and intelligent instruments apply in deformation monitoring is broad prospects.We hope this paper will become the bases of the further research in the field.Key words: safety monitoring, major structures, earth pressure, static water level, Total StationII河南城建学院本

11、科毕业论文 目录目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状及发展趋势21.3 课题的来源及主要研究内容4第二章 安全监测技术52.1 安全监测的目的52.2 安全监测的对象和内容52.3 安全监测的方法62.3.1 大地测量方法62.3.2 摄影测量方法72.3.3 物理学传感器方法72.3.4 GPS技术72.4 本章小结9第三章 安全监测仪器103.1 全站仪103.1.1 概述103.1.2全站仪的操作与使用103.2 土压力计113.3 孔隙水压力计123.4 静力水准仪123.5 本章小结13第四章 工程安全监测系统的设置144.1 安全监测系统设置的必要性144.

12、2 安全监测系统的设置原则144.2.1 可靠性原则144.2.2 多层次监测原则144.2.3 重点监测关键区的原则144.2.4 方便实用原则144.2.5 经济合理原则154.3 监测内容信息的分类154.3.1 土层孔隙水压力变化的测试154.3.2 地下水位动态监测154.3.3 肉眼巡视与裂缝观测154.4 本章小结15第五章 安全自动监测系统应用165.1 工程概况165.2 监测内容及测点布置165.2.1 监测内容165.2.2 测点布置165.3 安全自动监测系统的结构组成175.3.1 系统软件功能选择185.3.2 在线监测（数据采集）功能185.3.3 数据管理功能1

13、95.3.4 报表制作功能195.3.5 系统管理功能195.4 本章小结19结论21参考文献23致谢24IV河南城建学院本科毕业论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景近些年来，在工程领域，随着经济建设的飞速发展，各种大型重点建设项目及技术复杂的新型工程不断出现。虽然人们可以精心设计、精心施工，确保工程质量和提高工程的安全度，将失事概率减低到最小程度。但是，目前人们对各类工程所需的地质条件、水文情况、自然环境因素影响的客观规律在认识上还有一定的局限性，尤其是在某些不利地质条件下进行设计与施工，这些都使工程建设的各环节包含着一定的风险因素，其工作性态和安全状况随时都在变化。况且，一些新技

14、术、新工艺、新材料的应用和设计理论都处于研究探索阶段，单从理论计算分析上难以把握工程所处的实际状态。对大型构筑物变形实时监测除了及时掌握构筑物的工作性态，有多方面的必要性。第一，大量观测资料是构筑物工作性态的真实反映，可以验证设计参数与改进设计，对新技术、新工艺、新材料的应用情况进行客观评价；第二，可以判断构筑物运行是否处于持续正常状态，对不安全迹象和险情进行诊断并采取措施予以加固；第三，利用长期积累的观测资料掌握变形的变化规律，对构筑物的未来性态做出及时有效的预报，如果对工程的环境监测与险情预报到位、准确且及时，往往可以防止重大事故的发生。因此，对大型构筑物外部变形和内部变形的研究已成为工程

15、安全监测和安全管理工作中极其重要的组成部分4。安全监测就是通过观测仪器和设备，以及时取得反映工程性态变化以及环境对工程作用的各种数据的观测和资料处理等工作。其目的是分析估计工程的安全程度，以便及时采取措施，设法保证工程安全运行。1954年建成的坝高66.5m的法国马尔巴塞双曲拱坝，蓄水后，左坝肩部分产生了不均匀变形和滑动，由于没有必要的安全监测设施，故在管理人员没有丝毫的觉察下，于1959年12月2口突然溃决，短短45分钟，使下游8km处的一兵营500名士兵几乎全部丧生，距坝l0km的一城镇变成废墟，直接经济损失达6800多万美元。在大型桥梁的建设工程中，也不乏桥毁人亡的重大事故。从事故发生的

16、原因来看，主要是施工、设计或材料等方面出现的问题造成的；从事故发生的时间来看，有些发生在施工过程中，有些发生在桥梁建成以后的使用期间。其中有些事故，如果能够在施工过程当中对某些关键控制部位实施同期监测，那么就完全有可能将事故的发生消灭在萌芽状态。也有部分已建成的桥梁因施工监测和控制不力，成桥运营一段时间后，主梁线形呈波浪形或梁体出现裂纹，不但影响行车舒适，也留下外观缺陷，有些桥梁需要投入巨资加固维修，有些桥梁提早报废。张石高速公路某连拱隧道为双向四车道双连拱隧道，地质条件差，地下水丰富，为此，在施工过程中对隧道变形进行了全过程的现场监测，并及时反馈到设计施工中去，指导施工，并针对隧道变形情况提

17、出了相应的工程措施，确保工程质量和安全。上述正反两方面的工程实例充分表明，对大型构筑物进行实时监测，将起到耳目的重要作用，是保证工程质量和安全的重要手段。因而，变形监测研究在国内外受到了广泛的重视。1.2 国内外研究现状及发展趋势国外，在大型构筑物变形监测和控制技术方面的研究和应用起步较早，众多发达国家已将变形监测和控制纳入常规施工管理工作中，监测方法已从人工测量转向自动监测，并已形成了较完善的监测和控制系统。即便如此，国外对大型构筑物变形监测和控制技术的研究还在继续，这是由于影响大型构筑物变形的因素多而复杂，不断出现的新结构、新技术、新工艺的大型构筑物也对变形监测和控制提出了更高的要求5。我

18、国对大型构筑物变形监测技术研究始80年代，最早是应用于大坝工程安全监测，之后在大跨度桥梁工程、长大隧道、高边坡及深基坑等公路大型构筑物变形监测中展开研究探讨。在20世纪80年代，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、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值。其优点： 能够提供变形体整体的变形状态； 适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境； 可以提供绝对变形信息但外业工作量大，布点受地形条件影响，不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量，它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点，

19、但通常只提供局部的和相对的变形信息。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。近景摄影测量可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系；可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；像片上的信息丰富、客观而又可长期保存，有利于进行变形的对比分析；监测工作简便、快速、安全。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。GPS全球定位系统的应用给安全监测技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍，国外从20世纪80年代开始用GPS进行变形监测。近年来，我国在利用GPS进行滑坡变形、大

20、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。GPS变形监测主要有如下优点： 精度较高，在基线长度大于l0km时，其相对精度可达到10-610-7，明显优于传统大地测量监测技术； 监测不受天气条件限制，可以进行全天候监测； 监测、记录、计算全自动完成，确保了监测成果的客观性及可靠性，同时大大减小了监测人员的劳动强度； 监测点之间不需通视，选点不受地形条件限制； 监测点的三维坐标可以同时测定； 其建网费用约为常规大地测量技术建网费用的1/61/3。全站仪、近景摄影测量、GPS定位技术可直接测量大型构筑物的外部变形，其内部变形测量的研究，在国内，目前处于初级阶段。徐友仁等在吸收目前

21、国内外传感器及自动化监测技术的基础上，有针对性地研制开发了精度高、稳定性较好的自动化监测仪器和设备，主要成果有光纤传感监测技术、地震CT技术等。钢筋混凝土结构的应力监测采用的元件趋向于稳定性好、数字化的智能弦式数码应变计，温度修正效果明显，特别适合长期观测。一般是埋入式混凝土应变计和钢筋计，配备综合测试仪可显示应变值、温度值。但目前实践中应用的效果并不理想，从很多公开发表的论文总结的结果看，很多案例都对应力测试的准确性提出质疑，测试得到的应力值往往大大高于理论计算值，应力不超限就不大引起人们的注意，实际上应力“过于安全”也是有问题的，出现此类现象的原因主要是：监测数据的后处理模型不当，对于应变

22、计所测数据的处理模型研究成果很少，陈常松等指出这个问题值得进一步探讨；测试元件的设置位置、技术要求不到位；测试元件本身的质量问题，不同研发、生产厂家，产品结构、技术要求、试验方法、检验规则不同，没有统一标准。新式的监测仪器无疑推动工程监控的进步，但随着新产品的应用，在实践中出现了一些新的、有待完善的技术问题，解决这些技术问题以及其实现的效果是变形监测者和产品研发者都应密切关注的方面，有必要做进一步探讨。随看科学技术的进步和对大型构筑物变形监侧要求的不断提高，变形监侧仪器、技术和方法的研发也在不断地发展。在国内已有运用GPS、全站仪、水准仪等仪器设备进行大型构筑物变形监测的案例。与国外比较而言，

23、我国监测手段相对落后，实时、自动化采集监测信息尚未普及,。随着高精度智能型全站仪、静力水准仪等高精度、智能化测量仪器的出现，为高效、精确地进行大型构筑物变形监测提供了很好的硬件平台，同时为解决大型构筑物变形监测要求精度高、测量条件差的难题提供支持，但这些新型仪器在大型构筑物变形监测中的应用效果如何，又会产生一些什么样的新问题，如何解决这些问题，类似的探讨比较少。研究运用先进仪器设备进行大型构筑物变形监测数据采集的自动化、高精度和智能化，解决实践中出现的一些新的技术问题，依据现场采集的监测信息对大型构筑物的安全性及时作出预报，具有重要的现实意义。1.3 课题的来源及主要研究内容本论文依托平顶山水

24、库工程一安全自动监测系统在白龟山水库泄洪闸站工程的应用，侧重实践，结合理论分析，就运用高精度、智能化的先进仪器设备进行大型构筑物变形监测数据采集，解决实践中出现的一些的技术问题进行探讨研究，力争得出一些有益的结论。本工程监测中配备了土压力计、静力水准仪等测量设备，为探讨一些技术问题提供良好的硬件支持。本文研究的内容： 系统研究了安全监测技术在构筑物工程中的应用问题。 研究了大型构筑物监测系统的设置和监测方法；监测数据的采集、处理、分析评价的内容和方法。 研究了几种安全监测技术。 通过对白龟山水库泄洪闸站的变形监测和水位沉降监测进行实证，阐述了安全监测技术在大型构筑物工程监测中的应用。4河南城建

25、学院本科毕业论文 第二章 安全监测技术第二章 安全监测技术安全监测技术，就是利用测量仪器及其他专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视、观测，并与相关标准比较，从而对工程安全性进行监测的工作。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。通常，变形监测的对象分为全球性或区域性的变形研究，以及工程和局部性变形研究。其中对重要建（构）筑物在各种应力作用下的变形监测是判别结构是否安全的重要手段，其成果也是验证设计理论和检验工程质量的重要资料。由于工程测量学是研究工程建设在勘测、施工和管理阶段所进行的各种测量工作的学科，因而在工程领域，也常把变形测量作为工程测量

26、的一个重要组成部分6。随着科学技术与工业化大生产的发展，以及人口的急剧增长，必然要求加速物质和能源的生产，导致各种工程规模越来越大，工程费用越来越高，工程要求也越来越精密，而一旦由于某种原因引起工程灾害，其所造成的损失程度也将越来越严重。因此，准确地了解这种变形显得越来越重要。同时人类为了实现预测和防治工程灾害的目的，促使安全监测的理论、方法和仪器手段得了快速发展。2.1 安全监测的目的安全监测的目的，在于获得被研究对象在变形过程中有关变形大小的一切资料，分析研究这些资料可以监视地表变形和工程建（构）筑物的运营状况。如：利用震前地表变形趋势作地震预报，边坡微小移动可作为滑坡的报警信号，大坝和尾

27、矿坝的变形量可以判断坝体是否安全稳固。根据变形监测资料，还可检验设计理论是否正确，提供设计并修改所需的经验数据，如岩体地下工程监测，是实现信息化施工的重要手段。2.2 安全监测的对象和内容安全监测对象是多种多样的，大致可概括为三类：地表变形、工程建（构）筑物变形和大型精密设施的变形。地表变形，可以是自然原因产生，即板块运动、地球内部岩浆活动等，也可能是人工的原因。而工程建（构）筑物有各种不同类型，如：水利水电枢纽工程、桥梁、高层建筑、冶炼设施、精密输送带、尾砂坝、井塔和井架、架空索道、挡土墙、地下井巷、隧洞等等。大型精密设施，如：粒子加速器等科学设施以及军事设施中的各种设备、导轨等往往也是变形

28、监测的重要对象7。地表及各种工程建（构）筑物，由于地质、力学原因，往往会产生移动与变形。这种变形有多大？变形的机理是什么？变形有什么规律？移动与变形会不会导致工程灾害？由于工程建（构）筑物都允许有一定的变形而不影响其正常使用和造成损害，因此要求能准确地估计和观测到各种移动与变形值，并能判定工程建（构）筑物的允许变形值。变形测量就是针对这些问题进行研究与测量的一个学科分支，因此变形测量的内容主要有：沉降测量、位移测量、应变测量、倾斜测量、裂缝测量和挠度测量等。从历次测量结果的比较中了解变形随时间发展的情况。变形监测的周期常随单位时间内变形量的大小而定。当变形量较大时，测量周期宜短；而当变形量减小

29、，工程建（构）筑物趋向稳定时，测量周期则可相应放长。2.3 安全监测的方法观测对象的变形过程一般都是动态过程，只不过有的变形速度很快，有的则很很慢。通常是通过对被研究对象的不同离散时刻点进行观测，这时，把对象作静态系统看待，然后由多个时刻的观测结果，再来研究其运动的动态过程。变形监测方法的选择取决于变形体的特征、变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。在全球性变形监测方面，空间大地测量是最基本且最适用的技术，它主要包括全球定位系统 （GPS）等技术手段。在区域性变形监侧方面，GPS已成为主要的技术手段。近10年发展起来的空间对地观测遥感新技术一合成孔径雷达干涉测量，在监测地震变形、火山地表移

30、动、冰川漂移、地面沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度可达厘米或毫米级，表现出了很强的技术优势，但精密水准测量依然是高精度高程信息获取的主要方法。在工程和局部性变形监测方面，地面常规测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段，以及以GPS为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。根据对象的不同，变形和沉降测量方法大体上可分为下列几类。2.3.1 大地测量方法在这类方法中，视被观测对象的形状、范围以及测量精度等要求的不同，测定平面位置的变形有等各种测量方法；测定沉降变形有精密水准测量、连通管测量等；由于高精度全站仪的出现，使这种变形测量方法成为一种最有效、直观的方法，并主要用于对地表的变形

31、测量。如地震监测、边坡监测，也可用于大型构筑物的测量，如水坝、码头等。2.3.2 摄影测量方法摄影测量方法包括地面单张相片摄影测量、地面立体摄影测量、航空摄影测量等。单相片摄影测量只能测定平行于摄影机承片框平面上的变形，地面立体摄影测量则可测定物体空间位置的移动和变形，这两种方法最适于近距离单体建筑物的变形测量。由于计算机的广泛应用，使非地形解析摄影测量方法有了很大发展，因此在近景摄影变形测量中不但可用带有框标与定向设备的测量摄影机，而且可广泛使用非量测用普通摄影机，这就为摄影测量方法在变形测量中的应用开辟了更广阔的前景，如数字化摄影测量和实时摄影测量系统的应用。航空摄影测量一般只适于大面积的

32、地表变形测量。摄影测量方法具有很多优点，如：可于同一时刻对建（构）筑物和对象（的很大范围进行观测，并可测定任意数量的点，其中包括不能直接测量的点，外业工作量少，效率高；能够将观测得到的全部资料贮存，并可随时恢复其空间模型；而且对观测快速变形具有其他方法所不可及的优点。摄影测量作为一种遥感式数据采集方法，虽然具有很多优点，但在实际应用中也受到一些条件限制。 设备过于专业化、价格昂贵； 所需工作环境在工程中往往难以满足，如地下空区测量难于设置摄站； 数据处理技术复杂； 数据处理周期长、信息反馈慢等原因，因而该法难于推广。摄影测量方法适用范围包括如下几个方面： 变形测量，包括房屋、桥梁、井筒、井架、

33、隧道及各种工业构筑物和地下工程的变形测量； 文物考古中发掘现场测绘等； 露天矿、隧道断面验收测量，物料（如煤堆）体积测量，露天边坡及取土场稳态监测； 塌陷区测量。2.3.3 物理学传感器方法所谓传感器就是将观测对象的各种物理量（如位移、应变、温度、应力等）转变为电信号以便进行测定的器件，如光纤传感监测技术、智能弦式数码应变计等。它是变形测量中的一种行之有效的方法，能监测到变形体内部变形和受力状况，它的最大优点是能自动化、远距离操纵和连续记录。2.3.4 GPS技术GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在越来越多的领域得到应用。自从20世纪80年代以来，尤其是进入90年代后，GPS卫星定位

34、和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至毫米级，从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用。GPS系统包括三大部分：空间部分（GPS卫星星座）、地面控制部分（地面监控系统）和用户设备部分（GPS信号接收机以及GPS数据的后处理软件包）。其用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性两种模式。GPS作为一种新方法，由于其硬件和软件的发展与完善，特别是高采样

35、率（目前有的已高达20Hz）GPS接收机的出现，在大型结构物动态特性和变形监测方面已表现出其独特的优越性。近几年来，一些大型工程建筑物己开展了卓有成效的CPS动态监测实验与测试工作。在将GPS应用于桥梁安全监测方面，目前国际上已开展了一些研究，英国已经有了将GPS用于变形监测的实例。与此同时，在香港，为了增强和改进青马大桥的结构健康监测工作，采用GPS量度三座悬吊体系桥梁的桥身和桥塔瞬间位移，推算其相应的截面中线位移及各相应主要构件的应力状况，直接改进桥梁监测系统的一般检测和评估工作： 报告大桥整体结构的位移从而反映其工作环境和荷载的变化； 进一步分析计算主要构件的实际内力分布，例如主悬索缆、

36、纵向主梁等； 验证不寻常荷载记录，例如台风、地震、超重交通荷载或被车船撞击事故等； 推算大桥主要构件有否损坏或累积性的损坏； 推算大桥的承载能力及论证设计施工假设和参数的有效性； 为大桥营运和维修决策者提供大桥超载的警告信息。在虎门大桥建成通车后，为了掌握悬索桥在实际运行中的变形和应力变化规律并积累相关数据，进一步对大桥的安全特性进行评价，采用GPS测量悬索桥的动态三维位移，实时得到桥梁的线型状况和变形规律。经过一年多的实际运行证明，利用GPS 技术可以用于悬索桥的三维位移实时动态测量，测得在风荷载、随机车辆荷载以及温度变化等因素影响下的位移和变形，并分析这些因素影响下的振动规律和频率特性，验

37、证悬索桥的设计参数和设计理论，为进一步研究悬索桥的安全特性规律提供了条件，这项技术可推广用于大型构筑物的安全监测。但应该看到，实时动态地精确测量一个运动物体的三维坐标，仍然是一个需深入研究的难题。在目前的GPS安全监侧系统中，一股都是利用双频GPS接收机，采用IGS的精密星历和高质量的数据处理软件，根据电离层组合来进行差分计算，得出高精度的变形监测成果。由于受到各种条件的限制（稳定的数据链路、复杂的软件系统以及昂贵的硬件设备等），目前的GPS系统一般为非实时的监测系统，并且利用多历元的观测数据进行解算和后处理。随着GPS硬、软件的发展，测量精度的提高，GPS变形监测系统越来越向数据采集自动化、

38、内外业处理一体化的方向发展。安全监测的技术和方法正在由传统的单一监测模式向点、线、面立体交叉的空间模式发展。在实际的变形监测中，根据变形监测的目的、变形体的实际情况不同，常常是大地测量方法、摄影测量方法、物理学传感器方法和GPS技术等测量技术共存与互补，利用它们各自优势，共同完成监测数据的采集。比如采GPS和高精度全站仪进行平面控制网测量，进行联合平差。利用精密水准测量资料和GPS测量成果，以较高精度来确定测点的高程。2.4 本章小结本章介绍了安全监测目的、对象、内容以及常见的安全监测的方法，对安全监测的必要性和相关技术做了简单的介绍。由本文介绍的四种方法可以看出，大地测量方法是较为传统且应用

39、较为广泛的方法，在今天的安全监测中仍然发挥着主导作用；摄影测量方法有自己独到的优点，但也存在着费用昂贵，部分地区条件不具备的缺点，因此应用范围受限；物理学传感器方法对工程内部变形的监测至关重要；这些年发展起来的GPS技术作为一种新的监测方法，对传统的监测方法是一种改革也是一种有效的补充。在实际的监测项目中，充分结合各种监测法的优点，合理配置各种安全监测仪器，会使安全监测的效果更加明显。9河南城建学院本科毕业论文 第三章 安全监测仪器 第三章 安全监测仪器3.1 全站仪全站仪是一种集测角、测距于一体的测量仪器，并在仪器内固化了一些应用软件，实现自动记录和处理数据，并可以与计算机通讯，功能完备，性

40、价比高，操作简单，备受测量界人士的青睐，特别是在通视、中短距离时测量具有突出的优势。全站仪作为数据采集的重要工具，应用于边界测量、现场布控、地形测量、施工测量和区域勘察等方面，可以大大提高了测量工作效率，减轻了测量人员的内、外业工作强度，采集的数据可靠性高，应用前景广阔。随着计算机技术、空间技术、信息处理技术的发展与广泛应用，全站仪的研发也有了长足的进步，特别是在中央处理单元（CPU）、内置软件和通迅上，并且出现了高精度智能型全站仪，即所谓的“测量机器人”，它能够自动跟踪测量目标，自动测量，自动记录数据。利用测量机器人进行工程建筑物的自动化变形监测，在工程建（构）筑物的变形自动化监测方面，测量

41、机器人正渐渐成为首选的自动化测量技术设备。3.1.1 概述 全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。 目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。全站仪图示见图3.1。 图3.1 全站仪3.1.2全站仪的操作与使用 不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。 全站仪的基本操作与使用方法 水平角测量 1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式

42、，照准第一个目标A。 2）设置A方向的水平度盘读数为00000。 3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。 距离测量 1）设置棱镜常数。测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。 2）设置大气改正值或气温、气压值 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。 3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 4）距离测量 照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距

43、、高差。 坐标测量 1）设定测站点的三维坐标。 2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。 3）设置棱镜常数。 4）设置大气改正值或气温、气压值。 5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。3.2 土压力计图3.2 土压力计土压力计图示见图3.2。土压力计由背板、感应板、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈等组成，是了解被测结构物内部土压力变化量、并可同步测量埋设点温度的有效监测设备。振弦式土压力计具有智能识别功能。土压

44、力计适用于长期测量土石坝、土堤、边坡、路基等结构物内部土体的压应力8。当被测结构物内土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的压应力值。同时可同步测出埋设点的温度值。3.3 孔隙水压力计孔隙水压力计是指用于测量构筑物内部孔隙水压力或渗透压力的传感器，按仪器类型可以分为差动电阻式、振弦式、压阻式及电阻应变片等。孔隙水压力计图示见图3.3。 图3.3 孔隙水压力计孔隙水压力计及其接收仪，可量测土体中任意位置的孔隙水压力大小，并

45、根据孔隙水压力消散速率控制沉降速率，监控构筑物周围降水情况及构筑物对周围土体扰动范围及程度。安装前，先在选定的位置钻孔到所需测的深度，再将用砂网、中砂裹好的压力计放到测点位置，然后在孔里注入中砂，以高出孔隙水压力计位置0.20.5m为宜，最后在孔里埋入粘土（一般是成品干燥粘土球），即可将孔隙封堵好。3.4 静力水准仪 静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。在使用中，多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。静力水准仪图示见图3.4。图3.4 静力水准仪静力水准仪是用

46、于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降的精密仪器。主要用于大型建筑物如水电站厂、坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程岩体等各测点不均匀沉降的测量。 3.5 本章小结以上简要介绍了一些常用仪器的用途、使用方法和注意事项，从中可以看出，除了经纬仪、水准仪外，其余的仪器都需要设置在混凝土或土体中，总与水有接触，防水处理的好坏，会直接影响到测量结果，所以仪器本身和传输线的防水是个关键；由于工程现场条件复杂，测试点极易受到破坏。造成监测数据间断，给数据分析带来无法估量的损失。因此，监测点必须牢固，标志醒目，并要求施工单位给予密切配合、确保测点在监测阶段不遭破坏；另外，这些仪器大多数都属于传感器之类，生产厂家生产时虽然已经给精确度（灵敏度），但使用时，由于各种外界因素影响，初始值并不为零，所以安装前后都应量测传感器的初始值（零飘值）。再就是，这些仪器基本都用信号线传输信号，而施工场地都比较复杂，信号线易遭受破坏，所以应妥善保护，经常检查设备是否正常工作，总结各种仪器在复杂环境工作下的注意事项，才能保证仪器的量测精度和采集监测数据的准确9。13河南城建学院本科毕业论文 第四章 工程安全监测系统的设置第四章