斜坡地質(zhì)災害剖面測量方法研究

陳波

（四川省煤田地質(zhì)局一三七隊，四川 達州 635006）

地質(zhì)災害是指在地球的發(fā)展演化過程中，由各種自然地質(zhì)作用和人類活動所形成的災害性地質(zhì)事件。斜坡地質(zhì)災害主要有崩塌、滑坡、泥石流等，它們是地質(zhì)、地理環(huán)境與人文社會環(huán)境綜合作用的產(chǎn)物。重力是斜坡地質(zhì)災害的內(nèi)在動力，地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、巖土體結(jié)構(gòu)特性、新構(gòu)造活動及地下水等條件是影響斜坡失穩(wěn)的主要自然因素，而大氣降水、爆破、人工開挖和地下開采等人類工程活動對斜坡的變形破壞起著重要的誘發(fā)作用。

崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害常使斜坡下的農(nóng)田、廠房、水利水電設施、交通設施及其他建筑物遭受損害、阻塞交通、毀壞車輛，造成行車事故和人身傷亡事故，給人民群眾生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設帶來嚴重的危害，極大影響經(jīng)會經(jīng)濟的發(fā)展。為了最大限度的消除或減小這些地質(zhì)災害的影響，進行地質(zhì)災害防治的緊迫性和重要性是不言而喻的。

地質(zhì)災害防治工程是針對自然或人為作用產(chǎn)生的有害地質(zhì)作用進行防護與治理的工程或措施，與其他建筑工程不同，一般不產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益。因此，在實現(xiàn)整治目標的基礎上，應盡可能降低治理費用。地質(zhì)災害防治工程設計與施工必須遵循地質(zhì)原則、效益原則、技術原則、目標原則、環(huán)境原則、整體優(yōu)化原則和社會安定原則，根據(jù)地質(zhì)體的破壞機制對癥施治，避免忽視地質(zhì)條件分析和斜坡破壞機制研究或僅從地質(zhì)條件分析出發(fā)而忽視工程技術的可行性。

為科學、合理的進行斜坡地質(zhì)災害的勘察和防治方案設計，準確測量斜坡地質(zhì)災害體剖面的工作尤其重要。

1 目前剖面測量的主要方法

目前，剖面測量的方法主要歸納為以下幾種：

1）使用全站儀進行剖面測量：先測設出剖面線上或剖面延長線的一點，然后在該點上架設全站儀，定向后使用放樣功能將全站儀視準軸對準剖面方向，逐點測量出剖面線上各地形特征點、地質(zhì)點的坐標（圖1）。若剖面上有遮擋視線的地形存在時（圖2），可先測出A點至剖面終點間各特征點的坐標和A點坐標，再將全站儀架設在A點繼續(xù)測量A點至剖面起點間各特征點的坐標。這種方法的好處是判斷測點是否偏離剖面線的速度快，偏距直觀，調(diào)整豎立棱鏡位置的速度快，精度高。

2）使用RTK進行剖面測量：先架設好RTK基準站，輸入測區(qū)坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)或利用測區(qū)控制網(wǎng)點求取坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)，輸入剖面起點和終點坐標，使用RTK內(nèi)置軟件中的剖面測量功能沿剖面線逐點測量各地形特征點、地質(zhì)點的坐標。這種方法的優(yōu)點是判斷測點是否偏離剖面線的速度快，偏距直觀，調(diào)整測點的速度快，精度高，但其適用條件是測區(qū)地形開闊，衛(wèi)星信號良好。

3）RTK結(jié)合全站儀進行剖面測量：前述兩種方法均存在不足之處，第一種方法若剖面上存在遮擋視線的地物時（比如圖2中A點為一棵大樹）則很難繞過遮擋物在剖面線上確定一點的坐標并架設全站儀，使用第二種方法時若受周圍地形限制，測量剖面線上的部分特征點時衛(wèi)星信號較差難以獲取滿足精度要求的坐標成果，均造成不能完成剖面測量工作，這時就需要將兩種方法結(jié)合使用。先用RTK在剖面線上衛(wèi)星信號良好且便于架設全站儀的地方測設好支站點和測量出部分剖面特征點，再用全站儀測量其余剖面特征點。

4）上述三種方法能完成一般的剖面測量工作且取得良好的效果，但由于地形的限制及斜坡地質(zhì)災害體的復雜性、危險性及難于攀登性，經(jīng)常造成測量作業(yè)人員無法在地質(zhì)災害體上進行測量，導致前述三種方法均難以完成剖面工作，由此衍生了第四種剖面測量方法，即由具有免棱鏡功能的全站儀進行地質(zhì)災害體剖面測量工作。從本質(zhì)上看，這種方法與第一種方法大致相同，區(qū)別是測量作業(yè)人員無需在地質(zhì)災害體上豎立棱鏡，對于圖1的情況是可以順利完成剖面測量工作的，但對于圖2的情況，由于難以在A點處測設支站點標志和架設全站儀，故難以完成地質(zhì)災害體剖面測量工作。

以上第一、第三和第四種方法的共同點是都需要在剖面線上或剖面延長線上架設儀器，而地質(zhì)災害體剖面測量往往受地形限制、地質(zhì)災害體的復雜性、危險性影響導致難以在剖面線上及其延長線上架設儀器，故這些方法在測量地質(zhì)災害體剖面時的實用性很差。

2 地質(zhì)災害體剖面測量的實用方法研究

綜合上述四種剖面測量方法，本人基于多年測量工作經(jīng)驗和編程解決工作中實際問題的相關知識，研究和實踐了能解決地質(zhì)災害體剖面測量難題的實用方法，即編程計算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測量方法。

這種剖面測量的方法不需要在剖面線上或剖面延長線上架設儀器，也不需要在地質(zhì)災害體上豎立棱鏡或使用RTK，能解決地形的限制、地質(zhì)災害體的復雜性、危險性及難于攀登性所造成的剖面測量難題，現(xiàn)詳述如下：

1）目標。適應地質(zhì)災害體剖面測量的環(huán)境，能在可見剖面線范圍的任意點架設全站儀，可不在地質(zhì)災害體表面上活動，能準確測量地質(zhì)災害體剖面。

2）理論基礎。見圖3，擬測量剖面為AA′，測站可歸納為位于剖面左方（如b2點）、右方（如b點）、剖面上（如b3點）及剖面延長線上（如b1點和b4點）等幾種情況，測站坐標及定向點坐標均已有成果（由測區(qū)控制點測設），現(xiàn)采用免棱鏡全站儀在剖面線附近測出任意一點坐標（剖面線具體位置不明確，只有剖面兩端點的坐標），通過數(shù)學計算確定該點與擬測剖面的關系：位于剖面線左方或右方的偏距bb′和沿剖面方向的平距Ab′，當偏距bb′為0時該點位于剖面線上，當平距Ab′為0時該點為擬測量剖面的端點A，當平距Ab′為負時或大于AA′時該點位于剖面端點外，根據(jù)這些關系數(shù)據(jù)就能快速測定地形特征點位及地質(zhì)點位，且保證所測點位于剖面線上。

3）實現(xiàn)方法。架設免棱鏡全站儀完成定向后，在估計的剖面線附近測出任意一點坐標，輸入計算設備（本人使用的是CASIO fx-9860GⅡ型計算器，外形小巧便于攜帶，計算功能強大，電力持久，便于野外實時計算），運行結(jié)果為剖面線長、沿剖面方向的平距和偏距。根據(jù)這些計算所得的點線關系數(shù)據(jù)迅速調(diào)整測點位置，根據(jù)調(diào)整后的實測坐標再次計算，直至所測點位至擬測剖面線的偏距滿足精度要求（我隊通常要求偏距≤10cm），依此方法測出剖面線上所有地形特征點和地質(zhì)點，從而準確的測量地質(zhì)災害體剖面。

4）編程思路。采用便于攜帶、功能強大、電力持久，響應快速的計算器，使用其編程語言，編程時主要設計為三個模塊：①輸入模塊，用于輸入剖面兩端點的坐標和實測出的任意點的坐標；②計算模塊，用于計算點線關系數(shù)據(jù)；③輸出模塊，用于顯示計算結(jié)果，包括剖面線長、沿剖面方向的平距和偏距。

5）程序代碼。

本程序代碼中：第1～6行為輸入模塊，由于測量同一條剖面時會反復調(diào)用本程序，故第1～4行設計為在程序代碼中編輯以避免重復輸入，第 5～6行設計為實時輸入實測的任意點坐標數(shù)據(jù)；第 7～12行為計算模塊，對所需各過程參數(shù)進行計算；第13～15行為輸出模塊，實時輸出成果數(shù)據(jù)。

6）程序使用方法。①將上述代碼輸入或?qū)隒ASIO fx-9860GⅡ型計算器后（對代碼格式稍作修改也可用于CASIO fx-5800等各型計算器及平板電腦等設備），按“ON”鍵開啟計算器；②按“MENU”進入菜單，移動光標到PRGM圖標，按“EXE”鍵進入“Program List””選擇本程序名稱，按“EDIT”鍵進入程序代碼，將剖面兩端點的 X、Y 坐標分別賦值給“A”、“B”、“C”、“D”（圖4），按“EXIT”保存和退出；③按“EXE”鍵運行程序，根據(jù)屏幕提示輸入實測的任意點的X坐標，然后按“EXE”鍵輸入該點的Y坐標；④按“EXE”鍵，屏幕顯示剖面長度；再按一次“EXE”鍵，屏幕換行顯示該實測點到剖面起點的平距（圖5，負值表示該點為剖面前進方向的反方向延長線上的點，小于或等于剖面長度的非負值表示該點為剖面線上的點，大于剖面長度的數(shù)值表示該點為剖面前進方向的延長線上的點）；第三次按“EXE”鍵，屏幕換行顯示該實測點到剖面線的偏距（負值為剖面方向的左面，正值為剖面方向的右面）。⑤連續(xù)按兩次“EXE”鍵后根據(jù)屏幕提示輸入下一點的坐標進行計算。

3 地質(zhì)災害體剖面測量實用方法的實際應用

2013年7月23日凌晨3點10分，受連續(xù)多日暴雨影響，萬源市向前廣場后山發(fā)生山體滑坡，造成兩名女童被埋，一人受傷，數(shù)間房屋損壞，2217名居民緊急撤離?；掳l(fā)生后，萬源市政府立即啟動應急搶險預案，我隊立即組織精干技術力量奔赴現(xiàn)場進行應急勘察和指導搶險工作。經(jīng)現(xiàn)場應急勘查得知：該滑坡縱向長約170m，橫向?qū)捈s210m，初步推測滑體厚度20～30m，方量約30×104m3，已滑方量約3.5×104m3，若繼續(xù)遭受連續(xù)強降雨天氣，滑坡有繼續(xù)向后緣及兩側(cè)緣大規(guī)模蔓延的可能（圖6、7）。

為科學、合理的進行該滑坡的應急勘察和防治方案設計，急需該滑坡表面的地形數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)，但現(xiàn)場形勢十分嚴峻，滑坡的后緣、前緣及兩側(cè)緣附近地帶均非常危險，測站點難以選擇在剖面線上或剖面延長線上，也無法使用RTK完成剖面測量工作。

面對上述嚴峻的測量環(huán)境，本人率隊的應急勘察測量組立即使用編程計算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測量方法，安全、迅速、準確的完成了該滑坡剖面測量工作，為該滑坡的應急勘察和防治方案設計提供了急需的測量資料。

4 結(jié)束語

編程計算與免棱鏡全站儀相結(jié)合的剖面測量方法能有效的消除或減弱地形限制的影響，解決由地質(zhì)災害的復雜性、危險性及難于攀登性所造成的剖面測量難題；程序代碼簡潔精干，運行速度快，成果準確，精度優(yōu)異，便于現(xiàn)場實時使用；能快速、準確的為斜坡地質(zhì)災害的勘察和防治方案設計提供所需測量成果數(shù)據(jù)。這種剖面測量方法經(jīng)過在多個地質(zhì)災害勘察和防治項目中的實際應用，獲得了良好的使用效果，為解決地質(zhì)災害體剖面測量難題提供了可借鑒的經(jīng)驗和實用方法。

[1] 張有良．最新工程地質(zhì)手冊[M]．北京：中國知識出版社，2006.

[2] 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范GB/T 18341—2001．中華人民共和國國家標準.中國標準出版社，2009.

[3] 全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術規(guī)范CH/T 2009—2010．中華人民共和國測繪行業(yè)標準.測繪出版社.2010.

[4] 工程測量規(guī)范GB50026—2007．中華人民共和國國家標準．北京：中國計劃出版社，2008.

[5] 張正祿，等．工程測量學[M]．武漢：武漢大學出版社，2005．

[6] 國家測繪局職業(yè)技能鑒定指導中心．測繪綜合能力[M]．北京：測繪出版社，2009.