石油储罐沉降监测的原理及数据处理

摘要：建筑物从基础施工到竣工验收及运营使用过程中，由于建筑物地基的工程地质、土层的物理性质以及建筑物本身载重等因素的变化影响，往往产生不同性质的变形；如果变形达到一定限额就会影响建筑物的正常使用并造成经济损失。因此，在工程施工和运营期间必须对建筑物进行变形监测，准确掌握施工过程中及后期建筑物的变化规律，确保建筑物的正常使用和财产安全。本文以××油罐监测为例介绍沉降观测的原理及沉降监测数据处理过程。

关键词：沉降监测；原理；数据处理

中图分类号： C37 文献标识码： A

1．监测方法的原理

（1）水准网的建立、观测

① 水准网的布设

根据施工实际需要及沉降观测工程特点，在观测区建立相对独立的水准网，水准网由水准基点和工作基点组成。

在远离沉降影响区域设立不少于3个水准基点（稳定后使用），并确保控制整个测区。测区范围内设立工作基点若干。工作基点贯穿工作区域，工作基点采用砼筑或墙上水准点的设置安装方式进行设置。

基点提前踏勘选点并埋设，在使用前确认其稳定。水准网的布设根据现场实际踏勘结果确定，宜布设成结点网状。

② 水准网的观测

水准网观测按下列技术要求进行:

a.视线高于地面0.2m,视线长度小于50m。

b.应避开雨天和高温天。

c.采用光学测微法读数。

d.基辅分划读数差不大于0.5mm。

e.按下式计算的中误差不大于2mm:

=

式中： Mw-高差全中误差(mm)；

W-环线闭合差(mm)；

L-计算W时相应的路线长度(km)；

N-附和路线或闭合路线环的个数。

定期对水准仪i角和水准尺零点差进行检验。水准仪i角不得大于15,水准尺零点差不大于0.10mm。遇到观测数据异常时，在排除偶然误差所致前提下，应及时检查水准仪i角，以便查明原因。

水准网观测周期根据水准点位的稳定情况来定，若发现变化大，缩短周期。

③ 水准网成果整理

每次水准网观测数据采集完成，必须对数据进行检查校对。确认各项技术指标符合规范要求，计算出各点间的视距长度和高差，用“测量平差计算”程序进行严密平差，计算出各点高程值，并进行精度评定。每次复测后的高程与以前的进行比较，若发现某个工作基点异常，应及时分析原因,如果是因点位不稳定则舍去不用。

（2）观测点的安装与观测

每个储罐布置环墙沉降观测点26个，沿环墙均匀分布。按招标的工作量要求事故缓冲池周边布设沉降观测点。

各单位应注意保护环墙测点，不得将其它构件捆绑在测点上。

观测沉降观测点时，每测站可采集多个观测点的数据,采用闭合水准路线，环线闭合差不大于±0.6mm (n为测站数)，观测条件差时可放宽至±1.0mm (n为测站数)，观测时宜固定仪器、固定路线、固定水准尺,以削弱系统误差。

沉降点野外观测结束，经检查符合限差要求后，再按测站进行平差，求出每个沉降点的高程、本次沉降量和累计沉降量。计算出每个罐的对径点最大沉降差、相邻点最大沉降差、平均沉降量、沉降速率等。计算采用电算程序, 电算程序须经第一次和第二次在记录表上手算验证后,方可使用。

（3） 储罐沉降监控标准

为了及时掌握油罐充油过程中地基变形情况，预防和控制不稳定因素出现，整个充油监测过程中，做到数据及时处理，并进行结果分析。地基的稳定标准和油罐的安全控制指标，按设计指标进行控制，充油过程中，日沉降量控制在5毫米，最大沉降量不得超过10毫米，基本稳定时沉降量不得超过2毫米/日，环墙对径点差异沉降值应累计到充水预压阶段最后一次的环墙对径点差异沉降值（委托方提供），累计最大差异沉降差＜3.5‰D(最终值)；当此值达到1.75‰D时，及时通知相关人员进行研究。其它指标按照相关规范进行。

监测过程中若有异常情况，如发生大量沉降、不均匀沉降以及24小时内沉降速率不能达到稳定标准时（即当各项观测数据中任何一项不符合要求），观测人员应及时提出停止充油及时通知建设监理、设计、充油等单位，以便尽早采取措施。

2.沉降监测数据处理

沉降观测是对建筑物上设置的固定观测点按一定的周期、频率重复进行高程测量，通过对同一个观测点相互高程的比较差值，得出一个变形的量，并来研究比较建筑物各观测点所在位置的沉降变化情况。

具体以下特点：

①数据采集过程按一定的周期、频率进行观测，具有重复性；

②每次处理数据的方法是固定的，各观测的数据处理按同一种方法进行 操作；

③计算每天的平均沉降值以及最大值、平均沉降速率以及最大沉降速率、对径点以及相邻点的差值等；

④绘制监测点沉降变形曲线图。利用变形曲线图，对各个观测点进行分析，总结建筑物变形情况以及变形的规律。

2.1沉降监测数据处理

2.1.1检查外业观测成果与起算数据

检查外业采集的数据是否符合要求，若无问题录入计算机进行计算并进行各项改正计算，验算各项限差是否符合要求，在确认全部符合规定要求后方可进行分析。观测成果及计算应符合下列要求

①观测水准网的限差必须符合规范要求不应含有超限误差；

②观测成果的可靠性，正确区分测量所产生的误差与变形的差值；

③每次的观测成果的按照同一种方法处理并进行对比分析，这样可以减小误差。

2.1.2水准网平差计算

根据本工程需要，水准网采用EXCEL表格中的“测量平差计算”程序进行严密平差计算水准网的闭合差。采用“测量平差计算”程序计算闭合差之前，利用公式（H0和Hn为水准路线两端点的已知高程； 为水准测量路线中各测段观测高差加入尺长改正数后的往返测高差中数之和；为水准测量路线中各测段的正常水准面不平行改正数之和）对此程序进行验证。程序验证无误后方可用于本工程水准网的平差计算。

如果测段往返侧高差不符值、附合路线或环线的闭合差不应超过，测段单程双测点所测高差的不符值不应超过（为相应等级的每测站高差中误差，为测站数），可进行后序工作。否则本周期重测。

闭合差可按与测站数（或按距离）成正比的关系，将高差闭合差反符号分配到各段高差上，使改正后的高差总和满足理论要求，最后按改正后的高差计算各待定点的高程，并按网点的不同要求合理估算观测成果的精度，正确评定成果质量。

2.2监测数据成果表整理

2.2.1沉降监测成果表

采用EXCEL表格编制公式计算本次沉降累计平均值、各个检测点的沉降量、本次平均沉降量、本次平均沉降速度、本次相邻点最大沉降量及本次对径点最大沉降量等。使用EXCEL表格函数公式计算之前需经两次手算验证后方可用于本工程成果表的本次平均沉降整理。

如果监测数据的本次变化量、变化速率、累计变化量等超过了临界值，立即组织技术人员对数据和外界因素变化进行综合合理分析，排除观测、计算过程错误后，应向相关部门发出警报，提出合理建议以便尽快采取措施，避免事故发生。

每周期沉降数据表见表1。（由于篇幅有限只提取部分数据）

2.3绘制沉降曲线图

图表具有较好的视觉效果，可直观反映沉降的变化情况和预测未来变化趋势。我们利用EXCEL图表功能自动生成P-T-S-V(荷载-时间-沉降-速率)曲线图，曲线图以观测时间为横轴，纵轴分别是荷载、累计沉降量及沉降速率。

沉降曲线图见图1。

通过沉降曲线，可以判断出沉降量随荷载增加而增大，荷载变化越大，沉降速率越大，荷载不变后，累计沉降量变化越来越小，直至趋于稳定。由此可见，沉P-T-S-V(荷载-时间-沉降-速率)曲线图可判断建筑物沉降是否进入稳定期。对重点观测和科研观测工程，若最后三个周期观测中每周期沉降量不大于倍测量中误差可认为已进入稳定阶段；一般观测工程，若沉降速度小于0.01-0.04mm/d，可认为已进入稳定阶段。

本工程建筑物沉降的主要因素是荷载，采用P-T-S-V(荷载-时间-沉降-速率)曲线图对变形进行预测。如果荷载不变也可采用数值分析中的线性内插法推算时域外的监测点的沉降量，且仅适用于连续下沉的监测点。

计算公式如下：

（ 式中，y-沉降量，t-时间）

当变形量达到预警值或允许值时，出现异常变化时，立刻组织技术人员对数据进行综合合理分析，对预测数据确认之后必须即刻通知建设单位和施工单位采取相应措施；以避免发生重大事故。

结语

沉降观测是一项重复性、延续性的工作，多次观测形成系列图表数据，可有效反映沉降变化规律，预测建筑物未来变化趋势，并及时将沉降信息反馈给相关部门，防患未然，避免因不均匀沉降影响施工或后期管理。

参考文献

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[2]秦岩宾. 高层建筑物沉降监测中的几个问题［J］.工程设计与建设，2004(9)

[3]武兴岩，全广军，安永建. 高层建筑的沉降变形监测及数据处理分析［J］.建筑与工程，2011