監測數據處理與分析主要包括監測基準網點的穩定性分析和地鐵隧道結構形變情況分析。通常，隧道斷麵收斂變形情況可由收斂計讀數再經相關方法計算處理得到，而水平和垂直位移則較為複雜。因此，這裏主要介紹水平和垂直位移監測數據的處理和分析。
1.監測基準網點的穩定性分析
如果基準網點不穩定，所求位移即失真。因此必須對監測基準網作周期性觀測，並進行穩定性分析。穩定性分析通常應用統計檢驗的方法，首先對監測基準網作幾何圖形一致性檢驗，以判明該網在兩期觀測之間是否發生了顯著性變化。如果檢驗通過，則認為所有的網點是穩定的；否則，再用動點檢驗法依次尋找動點，直到通過檢驗為止。
2.隧道水平位移、垂直位移分析
在工程管理中，無論從結構安全還是行車安全上考慮，密切關注的是隧道相對車站的位移。所以，對隧道的水平位移和垂直位移分析應重點分析隧道相對於車站的位移，也就是變形監測點相對於工作基點的變化。
隧道變形監測點數量較多，且相鄰測點之間的結構體呈現一定的剛度，如果僅僅對單一變形測點的變化進行分析，既不方便，又不能全麵地反映出隧道縱向的整體沉降情況。所以，變形分析宜采取整體分析，可按隧道的上、下行線逐條或區間逐段去分析。較直觀的方法是將監測的報表繪製成“監測點位移量曲線圖”，即將每一期各測點的累計沉降量曲線繪製在以隧道裏程（或測點）為橫軸、位移量為豎軸的坐標係中，同樣方法繪製“監測點位移速率曲線圖”，這樣便能直觀地從圖上看出整條隧道的沉降情況、規律和趨勢。必要時還可將隧道縱向地質剖麵圖及隧道縱斷麵繪製在“監測點位移量曲線圖”下方，更有利於分析隧道沉降的成因，作出正確推測。
四、變形監測實例
某市地鐵1號線的西延工程，線路全長4.82km，其中地下隧道長3.93km，設有奧體中心、元通和中勝3座地下車站。西延線隧道坐落在具有高含水量、高壓縮性、高靈敏性、低強度、易變形特征的軟流塑淤泥粉質黏土層中，為長江漫灘，覆蓋層厚度大，基岩埋設深，大部分層厚達30~40m，地質狀況較差。隧道為雙洞矩形，采取順作法施工。
1.沉降監測方案
考慮到地下車站可能受隧道周邊地區施工工地降水作業的影響產生沉降，因此應建立監測基準網，並選擇固定基準形式。但西延線隧道周邊大區域的地質不穩定，無法建立穩定可靠和長期使用的水準基點，而且地下岩層埋深大、建立基岩標難度大。水準基點利用了距離隧道3.3km處的國家二等水準點NT04，並在結構相對穩定的3座車站內分別布設了3個工作基點BMl、BM2、BM3，與NT04組成圖18-16所示的監測基準網。
隧道內的沉降監測點布設在兩軌外測的道床上，按隧道結構的施工澆築段每段設1個點，測點平均間距為24m，左、右線隧道分別布設了153個沉降測點，部分點兼用了控製基標；每座車站還設置了4對隧道與車站的差異沉降監測點。
為了減少外業觀測工作量，監測基準網與隧道沉降合為一體觀測，即監測基準網測量的水準路線均從隧道內的監測點通過。觀測按國家一等幾何水準測量的方法進行，觀測技術指標參照《地下鐵道、輕軌交通工程測量規範》。觀測頻率為每月1次，共觀測12期。
2.數據處理
每期觀測後，首先對監測基準網進行平差，以NT04為基準，計算出BMl、BM2、BM3的高程，然後采用平均間隙法，以當期與首期的觀測作檢驗進行工作基點穩定性分析，若存在不穩定點，再用限差檢驗法以2倍中誤差作為極限誤差尋找不穩定點，並作高程值的修正。最後，以隧道兩側的工作基點構成的附合水準路線平差計算每條隧道內的沉降測點高程。表18-2為前8期工作基點高程變化量統計表。工作基點BM1、BM2和BM3分別在第3、第6和第4期沉降了-2.7mm、-2.1mm、-2.3mm，說明3個車站在不同的時期發生了沉降。當檢驗出工作基點下沉後，在以後期作穩定性檢驗中，則以當期觀測與該期觀測作比較。
利用西延線隧道各期水準觀測結果計算各點的沉降量，並按左、右線分別繪製“監測點沉降量曲線圖”和“監測點沉降速率曲線圖”。
第六節 滑坡監測
滑坡通常指在一定自然條件下斜坡上的土體或岩體，受河流衝刷、地下水活動、地震及人工切坡等因素的影響，沿著一定的軟弱麵或軟弱帶整體或分散地向下滑動的現象，它是工程建設中常見的問題。為了把滑坡造成的危害減小到最低，必須對滑坡體進行監測，了解並掌握其發展變化趨勢和變形破壞機理，進行短期預報，為斜坡治理工程提供依據。
一、監測內容
滑坡監測內容包括滑坡形變監測、滑坡變形破壞的相關因素監測。
二、監測方法
滑坡監測是由多種監測方法相結合的，它既要監測地麵、地下變形，同時也要監測誘發因素和相關因素。對於不同的監測目的、不同的滑坡發育階段、不同的滑坡類型所選擇的監測方法也不同。常用的方法有簡易觀測法、設站觀測法、儀表觀測法和遠程監控法等。
（一）簡易觀測法
簡易觀測法主要是對滑坡發育過程中的各種跡象，如地表裂隙、鼓脹、沉降、坍塌、建築物變形及地下水位變化、地溫變化等進行定期監測、記錄，掌握滑坡的動態變化和發展趨勢。其中，最常用的是對地表裂隙、建築物變形的監測。在裂隙處設置簡易監測標誌，定期測量裂隙長度、寬度、深度的變化，以及裂隙的形態和開裂延伸方向等。
簡易方法的特點是獲取的信息直觀可靠、簡單經濟、實用性較強，適應於對正在發生災害的邊坡進行觀測。但也存在內容單一、精度低和勞動強度大等缺點。
（二）設站觀測法
設站觀測法是指在充分了解現場的工程地質背景的基礎上，在滑坡上設立變形監測點（成線狀、網絡狀），在變形區影響範圍之外穩定地點設置固定觀測站，用測量儀器（經緯儀、水準儀、測距儀、攝影儀、全站儀、GPS接收機等）定期監測變形區內觀測點的三維坐標（x、y、z）變化的一種監測方法。按照所用儀器和觀測方法，一般可分為大地精密測量法、GPS測量法和近景攝影測量法。
1.大地精密測量法
該方法是采用高精度測量儀器，如精密水準儀、經緯儀和全站儀等，通過測高差、測角和測距來完成監測任務。例如：用前方交會法、距離交會法監測邊坡的二維水平位移，用視準線法、小角法、測距法監測水平方向位移，用幾何水準測量法、精密三角高程測量法監測邊坡的垂直位移。大地精密測量法具有如下優點：①能確定邊坡地表變形範圍；②量程不受限製；③能觀測到邊坡體的三維絕對位移量；④精度高；⑤測量數字化，能和計算機技術結合形成監測係統。鑒於以上諸多優點，該法可適用於不同變形階段的監測，為滑坡監測的主要方法，特別是近年來高精度自動跟蹤全站儀的出現使得該方法的優點得到了進一步的發揮，但該方法的應用受地形通視條件限製和氣象條件的影響較嚴重。
2.GPS測量法
GPS作為現代大地測量的一種技術手段，已廣泛應用於滑坡、地麵沉降、地震等地質災害監測。此法適用於滑坡不同變形階段的地表三維位移監測，特別適合於地形條件複雜、起伏大或建築物密集、通視條件差的滑坡監測。用GPS進行滑坡監測有以下優點：①觀測點之間無須通視，選點方便；②觀測不受天氣條件的限製，可以進行全天候的觀測；③觀測點的三維坐標可以同時測定，對於運動的觀測點還能精確地測出它的速度；④在測程較大時，其相對精度較高，優於精密光電測距儀；⑤作業簡單方便，投資低。該方法存在的問題是在高山地區衛星信號易被遮擋，多路徑效應較為嚴重。
3.近景攝影測量法
該方法是把近景攝影儀放置在兩個不同的固定測點上，同時對邊坡範圍內觀測點攝影並構成立體像對，利用立體坐標儀量測像片上觀測點三維坐標的一種方法。此方法主要適應於變形速率較大的滑坡水平位移及危岩陡壁裂縫變化監測。其優點是操作方便、外業省時省力，可以同時測定多個觀測點在某一瞬間的空間位置，所獲得的像片資料是滑坡地表變化的實況記錄，並且可以隨時進行比較。缺點是觀測的絕對精度低，受氣候條件影響較大。可滿足滑坡體處於速變、劇變階段的監測要求。
（三）儀表觀測法
儀表觀測法是指用精密儀表對滑坡體的地表及深部的位移、傾斜（沉降）、裂縫變化及地聲、應力等物理參數與環境影響因素進行監測。目前，監測儀器的類型一般可分為位移監測、地下傾斜監測、地下應力測試和環境監測等幾大類。
三、監測測點布設和監測周期確定的原則
首先應確定主要監測的範圍，在該範圍內按監測方案的要求確定主要滑動方向，按主要滑動方向及滑動麵範圍確定測線，然後選取典型斷麵，布設測線，再按測線布設相應觀測點。考慮到平麵及空間的展開布設，各個測線可按一定規律形成監測網。監測網的形成可一次完成，也可分階段按不同時期和不同要求形成。
對於不同類型、不同階段的滑坡，根據其所處的階段和規模，以及滑坡變形的速率等因素，滑坡變形監測的頻率有所不同，應視具體情況而定。對於關鍵部位，如可能形成滑動帶、重點監測部位和可疑點，應加強監測工作，在這些點上加密測點、加大監測頻率。
四、監測資料的處理與分析
變形觀測的數據分析主要有兩種方法：一種是用確定性模型進行分析，另一種就是使用統計模型。在滑坡監測中，由於滑坡往往是一個極其複雜的發展演化過程，采用確定性模型進行滑坡的分析和預報是非常困難的。統計模型也可以分為兩類，第一類多元回歸模型，另一類是非線性回歸模型。多元回歸模型的優點是能逐步篩選回歸因子，但對除了時間因素外的其他因素的分析仍然非常困難。非線性回歸模型在許多情況下能較好地擬合觀測數據，但其最大的缺點是不能進行因子的篩選。各個模型有著各自的優缺點，在對監測資料進行處理分析時，應根據滑坡的變形特征以及監測要求合理選擇模型，以準確預測滑坡變形趨勢。
五、監測實例
野貓麵滑坡體位於湖北省秭歸縣境內，長江西陵峽之牛肝馬肺峽至空嶺灘間峽穀北岸，下距三峽工程壩址17km，屬三峽工程水庫近壩庫岸滑坡。滑坡體總體地形為：前緣較陡，中部較緩，後部比中部稍陡的斜坡地形。滑坡體地處鄂西暴雨區，滑坡體地質曆史時期發生過滑動。對滑坡實施變形監測和預警，能保證三峽大壩的安全。
野貓麵滑坡變形監測分為地表監測和地下監測。地表監測由水平位移監測、垂直位移監測構成，能直觀地反映地表變形情況。地下監測有鑽孔測斜儀監測、地下滲壓計監測，鑽孔測斜儀監測，能查清關鍵部位—滑帶的變形趨勢，滲壓計監測能獲得滑坡體內水位變化情況。
1.水平位移監測基準網
野貓麵滑坡監測水平位移監測網點由TN01、TN02、TN03、TN04-1、TN05、TN06-1、TN07、TN08、TN09等9個點組成。監測網的網形布置如圖18-20所示。對監測網的觀測每年進行兩次，采用測量機器人LeciaTCA2003自動測量，達到二等邊角網的精度要求。
2.水平位移觀測
水平位移觀測分別采用視準線和後方交會兩種方法進行。視準線法能準確地測出與滑坡方向垂直的水平位移，是滑坡水平位移監測非常有效的方法。視準線監測布設3條位移觀測線：A線由TN06-1、TN07作為其工作基點，觀測點包括TN06、AL01、AL02；B線由TN04-1、TN05作為其工作基點，觀測點包括AL03、AL04、AL05；C線由TN08、TN09作為其工作基點，觀測點包括AL16、AL17。在滑坡體內埋設4個水平位移監測點，點名為TP06、TP07、TP08、TP09，受地形影響，需采用後方交會法觀測。
3.垂直位移觀測
滑坡體內的垂直位移觀測點與水平位移觀測點采用平高共點的形式布設，共計15個監測點，其布置情況如圖18-19所示。垂直位移監測采用幾何水準方法，以工作基點LS05起測，經滑坡區域各監測點，至工作基點LS07組成附合水準路線，以二等水準測量的要求實施。
4.地下監測
伸縮儀監測：在滑坡體平硐內布置伸縮儀，伸縮儀穿過滑動麵兩側，一側為滑動麵，一側為基岩。觀測采用SS-4型絲式伸縮儀，儀器標稱精度為±0.1mm，自動觀測數據。
地下水變化滲壓計監測：為掌握滑坡體地下水位動態變化特征，在滑坡體上鑽孔（圖18-20的ZK19）安裝地下水位監測儀（GK-4500S滲壓計），孔深105m。
鑽孔測斜儀監測：滑坡體深層位移監測采用在滑坡體上2個110mm的勘探鑽孔內（圖18-20的ZK14、ZK15）埋設安裝測斜管，測斜管槽埋設方位A+方向與滑坡方向一致，B+方向與滑坡方向垂直。采用CX-06A型鑽孔測斜儀，按要求觀測滑坡體不同深度的水平位移。
5.監測周期
按雨季每個月兩次、其他月份每個月一次的觀測周期進行監測，實時掌握滑坡變形情況。
第七節 高等級公路變形監測
高等級公路對路基和邊坡的穩定性要求極高，在路基填築過程和道路使用過程中，其變形監測工作主要包括路基沉降觀測和路基邊坡位移觀測。尤其對於軟土地基高等級公路的建設，路基沉降觀測是其重要環節，應及時、準確地提供分期沉降觀測資料。
一、路基沉降觀測
（一）沉降觀測基準點布設
沉降觀測控製網是在施工控製網的基礎上建立的，並應按二等水準測量的技術規定進行施測。在軟土地基施工區，水準點應設於土質堅硬的地點或已穩定的老建築物上，且距離路基坡腳不宜小於50m，並應按二等水準點的標誌埋設混凝土標石。當所有水準點埋設完成並穩定後，應對其進行聯測，且每半年對其檢核一次。
為了減小因轉點過多而對觀測成果的影響，應在沉降觀測的斷麵附近布設工作基點，工作基點一般埋設混凝土標石。當路基施工到一定高度時，應將工作基點轉移到有灌注樁基礎的橋麵上，並距橋頭伸縮縫2m左右，作為路基完工後的沉降觀測工作基點。這樣不但觀測方便，而且點位穩定，便於長期保存。
（二）路基觀測板的埋設
沉降觀測標誌由沉降板、底座、測杆和保護測杆的鋼管組成，隨著填土的增高，測杆及保護管亦應加長，每節長度不超過50cm或100cm，應保證接高後的測杆頂麵高出保護管上口。在沉降觀測標誌安裝前應先將地麵整平，應保持底板的水平及測杆的垂直度。沉降板的構造如圖18-20所示，其底座是一塊50cm×50cm的鋼板，測杆是直徑為20mm的圓鋼，鋼管護套內徑為40mm。
對於測杆及護管的長度不但應便於施工，而且應便於觀測。在施工時，每填築一層路基增加一節連接杆和套管，防止因連接杆和套管露出路基過高而導致在路基碾壓時被破壞。沉降板及位移邊樁應根據設計要求布設在有軟土的地方，其數量及具體位置應符合設計要求，通常布置應考慮以下幾點：（1）有地基處理的段落內都應布設沉降觀測點，且應在路堤高度較大處增加觀測點。（2）河塘路段的前後和中間應布設沉降觀測斷麵，而且應在每個通道內至少設置一個沉降觀測點。（3）對於路中的沉降板應埋設在中線偏右1.1～1.2m處，其位置應嚴格控製、以免與防撞護欄或路緣石位置衝突。（4）對於無中間分隔帶的單車道通常設置於兩側路肩上，超高路段設置於超高側的路肩上。對於中間有分隔帶的雙車道應布置在路中線處。（5）橋頭（橋台側）、箱頭（通道或箱涵側）、管涵側以及沿河渠布置的左、右觀測點，埋設時應順應橋台、通道、涵洞以及河渠的伸展方向埋設，如圖18-21所示。橋梁過渡段和一般路段的左、右點應按樁號埋設，即在左、右點垂直於路線方向。
（三）軟土地基沉降觀測
根據《建築變形測量規範》（JGJ8-2007）的規定，軟土地基的沉降觀測應按國家二等水準測量或二級建築變形測量精度要求進行。觀測過程中應注意以下問題：（1）為了觀測到路基各部位的總沉降量，應從路基填築開始前，即完成首次觀測。（2）由於沉降觀測標誌的埋設與施工同步進行，因此路基填築要與標誌的埋設做好協調，做到互不幹擾。觀測設施的埋設及沉降觀測的進行不得影響路基填築的均勻性。（3）在沉降板埋設基本不影響施工的條件下，路基的施工應做到碾壓均勻，使沉降觀測資料具有良好的代表性。（4）為了分析施工期間沉降和竣工後沉降，施工期沉降與總沉降的關係以及驗證推算竣工後沉降方法的準確性，對部分試驗段應進行運營期間的長期沉降觀測。
路基沉降觀測頻率：在施工期間，每填築一層觀測一次；在填築間歇期間，對於重點路段（如臨界高度以及高路堤段）每3天觀測一次；當填築間歇時間較長時，每3天觀測一次，連續觀測三次，然後每隔一周觀測一次；當路堤填築完畢進入預壓期後，每1個月觀測一次，直至預壓期結束，將多餘填料卸除為止。路基基層觀測頻率：底基層和基層分兩次輾壓，一般每碾壓半層或一層觀測一次。若一個層次二次碾壓時間相隔很短，則可合並成一次觀測。
（四）路基沉降評估方法
1.沉降觀測資料整理
在沉降資料整理中應采用統一的《路基沉降觀測記錄表》。做好觀測數據的記錄與整理，並繪製每個觀測點的荷載—時間—沉降曲線。對沉降觀測資料應及時分析，尤其是在預壓期和放置期，應對路基沉降的發展趨勢進行分析，以便在必要時采取補救措施。
2.路基沉降評估方法
路基沉降預測應采用曲線回歸法，常用的方法有雙曲線法、指數曲線法、沉降速率法及灰色預測法等。路基沉降預測曲線回歸法應滿足以下要求：（1）應根據路基填築完成或堆載預壓後3個月以上的實測數據作回歸分析，確定沉降變形的趨勢，曲線回歸的相關係數不低於0.92。（2）沉降預測的可靠性應經過驗證，間隔3個月以上的兩次預測最終沉降量的差值不得大於8mm。（3）路基填築完成或堆載預壓後，最終的沉降預測時間應滿足：S（t）≥0.75×S（t→∞）。式中，S（t）為預測時的沉降觀測值；S（t→∞）為預測的最終沉降值。（4）設計沉降計算的總沉降量與通過實測資料預算的總沉降量之差，原則上不宜大於10mm。（5）路基填築完成或經預壓荷載後應有不少於6個月的觀測和調整期，持續沉降觀測應不少於6個月，並根據觀測資料繪製沉降曲線，按實測沉降數據分析並推算總沉降量、工後沉降值，初步確定路麵施工時間。觀測數據不足以評估或工後沉降評估不能滿足設計要求時，應繼續觀測或采取必要的加速或控製沉降的措施。（6）在3個月後進行第一次預測，根據3個月的監測數據，繪製時間—沉降量曲線，並預測6個月的沉降量及剩餘沉降量，從而決定路麵施工時間。當推算的工後沉降量滿足評估標準時，方可進行路麵施工；當沉降分析結果表明不能在計劃的工期內施工時，則應研究確定是延長路基沉降時間，還是采取調整預壓土高度，調整預壓時間、增加地基加固等工程措施。
二、路基邊坡位移觀測
（一）位移監測控製網的布設
1.控製網形式
路基邊坡位移觀測的控製網一般采用附合導線形式，結合具體條件亦可布設成測邊網或測角網。控製點應布設在路基邊坡位移觀測斷麵的延長線上，並應使其與最外側邊樁的距離不小於30m，且位於路基邊坡位移影響範圍以外的堅固地麵上。布網時還應考慮控製網的圖形強度，基準點、工作基點、聯係點、檢核點應相互聯測。
2.位移觀測控製網的精度要求
平麵控製網的精度應符合以下要求：（1）測角網、測邊網或邊角網的最弱邊邊長中誤差，不應大於所選等級的觀測點坐標中誤差。（2）工作基點相對於臨近基準點的點位中誤差，不應大於相應等級的觀測點點位中誤差。（3）導線網或單一導線的最弱點點位中誤差，不應大於所選等級的觀測點點位中誤差。（4）基準線法的偏角值測定中誤差，不應大於利用所選等級的觀測點點位中誤差計算的偏角精度。（5）為了測定區段變形獨立布設的測站點、基準點等，可不考慮點位中誤差。
（二）路基邊樁位移觀測
在路基邊樁的位移觀測中，通常采用視準線法、前方交會法、測邊交會法和極坐標法。相關方法見第十六章。
三、軟土地基變形監測數據處理
所有觀測數據應及時記錄、計算、檢核及彙總，並整理分析，各種曲線應當天繪製，以便從圖上直觀地看出各點變化趨勢，為全麵了解分析土體情況做出正確判斷。若發現問題，應及時複查或進行複測。應定期提供的資料有：（1）所有沉降觀測點的月沉降量；（2）水平位移及變化速率；（3）荷載—時間—沉降過程曲線；（4）路基橫向沉降圖；（5）路基竣工後的沉降量估值。
沉降觀測報告有月沉降報告、階段沉降報告及總結報告三種，在每個月底應編寫月沉降觀測報告；在路基的各階段施工完畢後，編寫相應的階段沉降觀測報告；當路麵施工完成後應編寫總結報告，對全線的沉降狀況進行分析。
在每一工程變形觀測結束後，應提交以下資料：（1）施測方案和技術設計書；（2）控製點及觀測點平麵位置圖；（3）標石、標誌規格及埋設圖；（4）儀器檢驗及校正資料；（5）各種觀測記錄手簿；（6）平差計算、成果質量評定資料及測量成果表；（7）變形過程及變形分布圖表；（8）變形分析成果資料；（9）技術總結報告。