蔡甸區(qū)永安礦區(qū)治理工程變形監(jiān)測(cè)方案

嚴(yán)心明 劉仁釗

摘要：本文以永安固體巖石開(kāi)采礦區(qū)變形監(jiān)測(cè)為例，介紹了GPS定位技術(shù)在滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)分析和設(shè)計(jì)，具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：滑坡 ?變形監(jiān)測(cè) ?GPS靜態(tài)測(cè)量

1 礦區(qū)概況

永安固體巖石開(kāi)采礦區(qū)位于蔡甸區(qū)蔡甸街辦西南15km，漢宜高速永安收費(fèi)站出口東北2km處，S104省道以北，行政區(qū)劃隸屬永安街辦、奓山街辦管轄，中心位置地理坐標(biāo)為E113°58′，N30°28′，東西長(zhǎng)2.0km，南北寬0.5km，有效測(cè)區(qū)面積約1.0km2。見(jiàn)圖1。

礦區(qū)地貌為低丘陵，礦區(qū)內(nèi)山脈近東西走向，礦區(qū)出露地層為志留系、泥盆系及第四系，為單斜構(gòu)造。開(kāi)采礦種為石英砂巖，開(kāi)采方式為露采。1984年發(fā)證開(kāi)采，年開(kāi)采量100萬(wàn)噸，2009年底停止了礦產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)。2012年初，武漢市啟動(dòng)了蔡甸區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范工程項(xiàng)目，決定對(duì)開(kāi)采區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合治理，擴(kuò)大治理區(qū)內(nèi)的林地、耕地和建設(shè)用地面積，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

永安礦區(qū)經(jīng)過(guò)二十多年的開(kāi)采，造成局部山體破損、原始地形地貌破壞，形成了多個(gè)不穩(wěn)定的邊坡，在礦區(qū)及周圍環(huán)境造成了山上落石、滑坡、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害，給人們生產(chǎn)、生活帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

2 監(jiān)測(cè)目的

由于山體在開(kāi)采后，造成山體邊坡應(yīng)力失衡，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起邊坡的變形;此外，分布于礦區(qū)周邊丘陵區(qū)殘丘坡面及坡麓地帶，殘坡積相堆積，巖性呈棕紅、棕黃色粘土夾碎石。殘丘裸露的基巖，經(jīng)風(fēng)化剝蝕作用，由地表片流搬運(yùn)或沿斜坡滾落堆積而成，土體結(jié)構(gòu)松散，碎石間充填粘土、亞粘土，碎石呈棱角狀，排列雜亂無(wú)章，結(jié)構(gòu)疏松，具大孔隙。該巖組土體工程地質(zhì)性質(zhì)較差，雖具一定承載力，但壓縮性不定，穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生不均勻沉陷等工程地質(zhì)問(wèn)題。即使采取了邊坡治理措施，變形總是難以避免的。在外部因素的作用下，當(dāng)變形量超出了容許的范圍后，在重力的作用下引起邊坡局部坍塌，嚴(yán)重的引起邊坡山體滑坡災(zāi)害。

為了解治理完成后采區(qū)邊坡的位移、沉降的變化情況，保證邊坡自身穩(wěn)定和安全以及周圍建筑物安全，同時(shí)給設(shè)計(jì)、施工部門提出準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)，必須對(duì)邊坡及山體進(jìn)行沉降和位移監(jiān)測(cè)，以便掌握綜合治理效果，為工程竣工驗(yàn)收提供科學(xué)依據(jù)，并通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行總結(jié)和分析，為該類礦山環(huán)境治理積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 編制依據(jù)

①《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》GB/T 18314-2009中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。②《大地形變測(cè)量規(guī)范》1983-03國(guó)家地震局。③《崩塌·滑坡·泥石流監(jiān)測(cè)規(guī)程》DZ/T 0223-

2004 中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。④《建筑變形測(cè)量規(guī)程》JGJ8-2007中華人民共和國(guó)國(guó)家行業(yè)規(guī)程。⑤《工程測(cè)量規(guī)范》GB50026-2007中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。⑥《蔡甸區(qū)永安中原礦區(qū)治理工程技術(shù)要求》。

4 監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系基準(zhǔn)

①觀測(cè)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)為WGS84坐標(biāo)系;②平面變形結(jié)果表達(dá)為1980西安坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系，中央子午線經(jīng)度為114度，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)或獨(dú)立高程基準(zhǔn)。

5 監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)

5.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容 結(jié)合地質(zhì)資料分析，在開(kāi)采區(qū)邊坡及山體的特征位置布設(shè)一定數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)用高精度的GNSS定位接收機(jī)，在固定且穩(wěn)定的坐標(biāo)系基準(zhǔn)下，重復(fù)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面和高程位置變化，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境及外界影響因素對(duì)其變形機(jī)理進(jìn)行變形分析。

5.2 監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè) ①基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。監(jiān)測(cè)對(duì)象主要為礦區(qū)的高陡邊坡變形和回填區(qū)域地面沉降情況，在邊坡周邊和回填區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)邊坡位置和分布，并結(jié)合礦區(qū)整體地質(zhì)情況，此次共布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)9個(gè)，編號(hào)為XB1-XB9。基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在相對(duì)穩(wěn)定的距邊坡南約500米的S104省道附近，為了保證基準(zhǔn)點(diǎn)的可靠性，共布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)號(hào)為GZ1-GZ3?；鶞?zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體布設(shè)位置見(jiàn)圖2。②基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的制作和埋設(shè)。為了提高監(jiān)測(cè)精度，減少測(cè)量?jī)x器對(duì)中誤差，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一制作距地面高1.2-1.5m的觀測(cè)墩，觀測(cè)墩頂中心安置強(qiáng)制對(duì)中定位裝置，測(cè)量墩上設(shè)置天線指向標(biāo)志。為減少儀器誤差的影響，對(duì)于每個(gè)點(diǎn)只用同一臺(tái)儀器進(jìn)行觀測(cè)，天線指向與標(biāo)志對(duì)齊，精密測(cè)量天線高。觀測(cè)墩的制作結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。為了準(zhǔn)確地反映監(jiān)測(cè)點(diǎn)的真實(shí)變化情況，基巖觀測(cè)墩內(nèi)部鋼筋與基巖應(yīng)緊密澆注，澆注深度不少于0.5米;土層觀測(cè)墩應(yīng)建在堅(jiān)實(shí)的土層上，鋼筋混凝土墩體應(yīng)埋于解凍線2米以下，觀測(cè)墩需采用鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆灌，混凝土澆注十天后才能進(jìn)行觀測(cè)。

6 監(jiān)測(cè)精度和方法

6.1 監(jiān)測(cè)精度確定。根據(jù)永安礦區(qū)監(jiān)測(cè)實(shí)際情況，參照滑坡變形測(cè)量要求，采用全球定位（GNSS）靜態(tài)測(cè)量方法，最終確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面精度要求為5mm，高程精度要求為7mm。

6.2 監(jiān)測(cè)方法和精度要求。利用GNSS測(cè)量技術(shù)，采用GNSS靜態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行高精度的地表變形測(cè)量，是目前比較前沿的一種方法，特別是對(duì)于大區(qū)域的變形測(cè)量，利用GNSS能夠獲取高精度的變形信息。由于本工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于高陡邊坡上，交通極為不便，對(duì)于常規(guī)監(jiān)測(cè)方法，特別是常規(guī)精密水準(zhǔn)測(cè)量難度較大。因此，此次監(jiān)測(cè)儀器使用GNSS雙頻雙星接收機(jī)，監(jiān)測(cè)方法采用大地測(cè)量GNSS靜態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

根據(jù)本工程確定的監(jiān)測(cè)精度要求，確定所用儀器的精度為二級(jí)以上的GNSS雙頻雙星接收機(jī)，即標(biāo)稱精度不低于ms=3+1×10-6D。此次所使用的GNSS接收機(jī)為中海達(dá)最新海星達(dá)H32 和V8全能型GNSS雙頻雙星接收機(jī)，標(biāo)稱精度為ms=2.5+1×10-6D。

7 觀測(cè)技術(shù)要求和監(jiān)測(cè)頻率

7.1 觀測(cè)技術(shù)要求

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7.2 監(jiān)測(cè)頻率及預(yù)警值

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境治理設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測(cè)頻率一般每個(gè)月一次，多雨季節(jié)期應(yīng)每半月監(jiān)測(cè)一次，遇險(xiǎn)情或長(zhǎng)時(shí)間降雨應(yīng)加密監(jiān)測(cè)，初步確定監(jiān)測(cè)周期為2-3年。

變形速率預(yù)警值為連續(xù)每月水平位移變形速度大于5mm/月或沉降變形速度大于7mm/月，當(dāng)水平總位移達(dá)到30mm或總沉降達(dá)到50mm時(shí)應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)部門和人員，并加密觀測(cè)以便觀察位移和沉降的發(fā)展情況。

變形是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由位移（水平位移或沉降）量與時(shí)間關(guān)系曲線判定。當(dāng)最后lOOd的變形速率小于0.01～0.04mm/d時(shí)可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段，不需進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

8 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

每期變形觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)依據(jù)測(cè)量誤差理論和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理，采用測(cè)量?jī)x器專用的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行平差計(jì)算和處理，并計(jì)算各點(diǎn)變形量。

變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算，應(yīng)符合下列規(guī)定：①應(yīng)利用穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)作為起算點(diǎn);②應(yīng)使用嚴(yán)密的平差方法和可靠的軟件系統(tǒng);③應(yīng)確保平差計(jì)算所用的觀測(cè)數(shù)據(jù)、起算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤;④應(yīng)剔除含有粗差的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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