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1、毕业设计(论文)开题报告题目：高速公路路基路面变形监测方案设计与实现 课 题 类 别： 设计 论文学 生 姓 名：胡盛金学 号：2班 级：测绘1102班专业（全称）：测绘工程指 导 教 师：邢学敏2015 年 3 月一、本课题设计（研究）的目的：本课题要求实现高速公路路基路面变形监测方案的设计，方案能获取高速公路某一时段内的形变信息。具体要求：适当选取自己熟悉的变形监测技术：如水准测量，GPS测量，全站仪等，合理设计所选择地区的变形监测控制网，包括对监测网点位置的布设，网形的设计；完成观测周期的设计；对获取的高程数据信息进行数据处理,合理分析,适当选取参考高程点,换算出各监测点的形变信息；设计
2、合理的变形监测方案的精度评价方法；利用现有的公路变形观测数据信息验证设计的变形监测方案二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：2.1国内外高速公路变形监测研究现状 高速公路在建设，运营期间可能会出现一些病害，如果当这些病害发现的及时，及时的去补救，那么公路的维护费用将大大降低。如何在不影响正常施工和运营情况下，快速对整段路况做全面地调查并定位到问题区，成为急待解决的一大难题。 路基路面常规监测方法：在地面沉降变形监测中，最为普及的是传统测量方法。根据监测内容划分：主要有位移监测、应力监测、地下水的监测。根据监测物划分：主要有高速公路的路基监测，桥梁检测、边坡监测等。 众所周知，在公路施工建
3、设中土方路基总要发生一定的沉降。尤其在软土地区的高等级公路中，高填路基等，由于路基较高，荷载较大，路基沉降量极大，且沉降期也长。此时路基的沉降土方量在路基填筑总量中占有相当大的比例。能准确地测量计算出路基的沉降断面值对建设、设计、施工、监理单位再投资控制、工程预算、施工计划、工程监理方面均有实际意义1。 通常采用分层沉降仪2、沉降板、边桩监测垂直位移，采用测斜仪、边桩进行水平位移监测这种方法的监测。其原理选择一些典型的断面，布置沉降监测点。根据测点自身的沉降和路基沉降规律特点，绘制变形-路堤高度变化曲线3。分析整体位移、应力的变化趋势。这种方法虽然运用广泛，但是也有一定的局限性，费时费力施工因
4、素和器材因素的影响很大。监测受到一定的局限性，精度也不高。对于公路的建设和运营也会有着一定的干扰。2.2高速公路路基路面变形监测的背景和意义高速公路是经济发展的重要推动力,是联系各个行业的重要纽带。在高负荷运载的高速交通时代,确保每条高速公路的施工质量尤为重要。修建高速公路最为突出的问题就是路堤的变形和稳定性问题,因此必须对其进行动态监测。如何及时的进行有效的监测与控制对于高速公路的在施工中的安全和稳定,以及日后使用寿命来说是具有重要的意义的。高速公路是服务年限长、整体延伸长度大、行车速度快的特殊线型构筑物。高速公路路基的承载能力与稳定性受路基变形的影响较大，对高速公路进行变形监测具有重要的意
5、义。2.3高速公路路基路面变形监测的主要内容随着公路等级的提高，对公路变形监测提出更高的要求。一般可以根据测区范围的大小和测量仪器的精度高低，将高速公路变形监测分为传统变形监测和现代变形监测。所谓传统变形监测，是指用普通测量仪器(经纬仪、测距仪、水准仪等)所从事的公路变形监测。这种作业方式，其缺点是同一测站重复工作多，施工精度不高，野外周期较长，劳动强度较大，生产成本居高不下，因而一般用于测区范围较小、不考虑地球曲率影响且工程简单的低等级公路的变形监测。现代公路变形监测，是指用精密测量仪器(GPS、全站仪、水准仪等)所从事的公路变形监测。监测的主要内容如下：四等水平位移监测基准网联测、二等垂直
6、位移监测基准网联测、路面沉降监测1 256 点、高架桥桥墩沉降监测2 070 点、水上高架桥桥墩沉降监测80 点、大桥主桥桥墩水平位移监测50 点、桥台水平位移监测300 点、桥跨中沉降监测690 点、边坡平台水平位移监测200 点、高边坡支护水平位移监测200 点、高挡墙水平位移监测120点，高挡墙沉降观测点120 等4。 观测方法：1. 平面控制测量2. 垂直控制测量3. 路面沉降监测4. 匝道、主线主要桥台位移监测5. 桥台水平位移监测6. 挡墙顶和边坡平台监测点位移监测监测措施：（1）由于公路部分路段山高林密，测量组员选择GPS信号良好的道路区域建立临时控制网，临时点位不需要埋石，组网
7、后进行平差计算，再用全站仪通过临时控制点检查原有控制点的点位偏差，可以减少平面控制点复核工作量，同时减少GPS受环境因素的影响，提高工作效率。2）针对车流量大的问题，测量组员在测站的前后50 米范围内用雪糕筒设置警示标志，临时分隔车道，引导交通，指引车辆绕过测量作业路段，保护测量现场仪器和人员。（3）选择上午和中午车辆少的时段对桥面进行沉降监测，尽量减少车辆震动对沉降观测的影响。 综上所述，对于高速公路路基路面的变形监测是十分有必要的，且需要选择适当的方式方法去进行。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：变形观测的任务是确定在各种载荷和外力的作用下，变形体（高速公路）的形状、
8、大小及位置变化的空间状态和时间特征，检查工程建筑物和地质构造的稳定性，对变形进行几何分析，掌握规律、预测、预报变形，达到安全运营的目的。高速公路的变形监测内容主要包括：垂直位移观测，水平位移观测等。高速公路的变形监测主要是据公路附近的基准点，定期的对各观测点进行测量，测算出观测点在独立坐标系的坐标，并将不同时期所测得的坐标加以比较，得出高速公路的位移情况；在观测前，应先把所有基准点与测量控制网联测，以确定这些基准点在区域测量控制网坐标系统中的位置。本研究的重点在于：(1) 观测时段和周期的设计。1.选择在车流比较少的那段时间进行监测，这样能够尽最大可能的减少因车辆震动对沉降观测的影响；2.尽量
9、选择在光线较好的时段进行观测。3. 周期设计以一个月为一个周期。(2) 变形监测网形设计。1.按照规范对公路变形监测的要求，在达到监测网精度、灵敏性、稳定性、可靠性以及经济等这些要求的基础上进行优化设计，以确定监测网的网形；2.在满足监测点稳定性的前提下，需要尽可能减小监测点的造价5。(3) 数据处理。1.变形观测数据处理包括整理、整编观测资料，计算测点坐标和变形量，以及分析变形的显著性、规律及成因等。主要内容有：对观测记录进行校核，检查是否有记录或计算错误；数据存档及存入数据库；绘制相应图表（如测站分布图、建筑物变形图、变形过程线等）。2.变形观测数据分析包括两类，即几何分析和物理解释。几何
10、分析是分析变形体在时域中和空间中的变形特性，物理解释是分析变形与变形原因之间的关系，用于预报变形和理解变形的机理6。本研究的难点在于：(1) 基准点的实地选取。稳定的基准点是变形监测网的根本，所以在选取基准点的时候需要特别考虑基准点的稳定性。由基准点所形成的测量网叫做基准网，基准网也需要定期重复观测，目的是检查基准网的稳定性。本方案拟设一条5km长的公路，宽度为7m，旨在对公路路面进行沉降观测。首先通过实地考察和对公路周边地质结果进行资料收集，确定相对稳定的区域，根据调查所得稳定区域的位置、面积，在区域内选取等距离的11个稳定的点BM1至BM11作为本次水准监测网的基准点。(2) 变形监测网形
11、设计。按照规范对公路变形监测的要求，在达到监测网精度、灵敏性、稳定性、可靠性以及经济等这些要求的基础上进行优化设计，以确定监测网的网形(3) 数据处理。每期观测结束后，先进行监测基准网平差，并计算出各基准点的高程。再根据平均间隙法，把当期与首期的观测作为检验，对各个工作基点进行稳定性分析。如果存在不稳定点，再根据限差检验法以2倍中误差作为极限误差，找出不稳定点并对高程值进行修正。最后再以各沉降监测点构成的闭合水准路线进行平差，计算出各沉降监测点的高程。1.单一闭合水准路线的平差计算与附合水准路线得方法是一样的，只是路线高程闭合差计算公式不一样。单一闭合水准路线高程闭合差： （4-1）各测段的观
12、测高差改正数的和应与闭合差是等值反号的，所以： （4-2）按照水准测量的定权公式，可得出各测段高差之权为： 或 （4-3）其中，C为定权的任意常数，是测段的水准路线长，是测段的测站数。 按照最小二乘原理导出：各测段高差改正数的大小应与其权倒数成正比。再结合上式可知各测段高差改正数应与测站数或者路线长度成正比，所以： 或 （4-4）在求得各测段高差改正数之后，就能够算出各个测段观测高差的平均值和各待定点高程平差值，即： （4-5）2.变形结果分析：水准变形监测是选取稳定区域的点作为基准点，在变形区域内选取监测点，然后分时段开展四等水准测量，分别测出各时段、各点位的高程。分别用任一时间点时监测点的
13、高程减掉参考点的起始时间的高程，以得出变形结果。本研究拟采用的研究手段如下：1. 变形监测网的基准设计按照规范对公路变形监测的要求，在达到监测网精度、灵敏性、稳定性、可靠性以及经济等这些要求的基础上进行优化设计，以确定监测网的网形(4) 数据处理。2.变形监测点的布设原则稳定的基准点是变形监测网的根本，所以在选取基准点的时候需要特别考虑基准点的稳定性。由基准点所形成的测量网叫做基准网，基准网也需要定期重复观测，目的是检查基准网的稳定性。本方案拟设一条5km长的公路，宽度为7m，旨在对公路路面进行沉降观测。首先通过实地考察和对公路周边地质结果进行资料收集，确定相对稳定的区域，根据调查所得稳定区域
14、的位置、面积，在区域内选取等距离的11个稳定的点BM1至BM11作为本次水准监测网的基准点。3.观测时段和周期的设计（1）选择在车流比较少的那段时间进行监测，这样能够尽最大可能的减少因车辆震动对沉降观测的影响；(2)尽量选择在光线较好的时段进行观测。(3) 周期设计以一个月为一个周期。四、设计（研究）进度计划： 时间 任务 3、4周 查询、阅读相关文献，详细了解变形监测网的基准设计， 设方法以及网形设计相关方法 57周根据变形监测原则得出观测站布设方案 8-9周对本设计的各监测部位进行详细设计，并对获得的数据进行 分析处理、利用平差原理进行精度评定 10周完成毕业设计论文初稿，进行中期检查 1
15、1、12周对论文中的不足进一步完善与修改，达到标准要求 13周 完成论文终稿，整理各项文件，制作答辩PPT，准备答辩 14周毕业答辩五、参考文献：1黄晓燕,公路工程防灾减灾网络技术研究D,长沙理工大学,04,2007.2滕俊常,林弘,孙志鸿.分层沉降观测技术的应用J,黑龙江交通科技,02,2001.3李建军,吕建兵.测斜仪在软基路堤施工监测中的计算及应用.J,路基工程,04,2007.4贺异欣,高速公路变形监测的探讨以某高速公路变形监测工程为例J,城市建筑, 15(1):11-19,2012.5朱丽如、高坝洲水利枢纽变形监测网设计J,湖北水力发电,2001年第2期.6李青岳等、工程测量学（第三版）M,北京：测
