地面塌陷監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)分析

李戰(zhàn)軍 史儉峰 周波

（1.貴州省第二測繪院 貴州貴陽 550004；2.國家測繪地理信息局第二大地測量隊 黑龍江哈爾濱 150081）

1 引言

近些年地面塌陷情況在很多地方多次出現(xiàn)，情況嚴(yán)重，對人民的人身財產(chǎn)安全帶來重大影響，因此對疑似塌陷區(qū)域進(jìn)行沉降監(jiān)測并做出預(yù)警非常重要，本篇論文針對一處地面塌陷進(jìn)行的監(jiān)測論述說明地面塌陷的監(jiān)測方法并對監(jiān)測成果做出分析。

2 項目背景

該區(qū)域為圍海造地區(qū)域，多為粉質(zhì)土，承載力滿足使用要求，但一旦遇到流水就會迅速形成淤泥并容易流失，該區(qū)域附近有天氣計量撬和預(yù)處理器，如果塌陷區(qū)域擴大會直接影響到天然氣設(shè)施的運營安全，產(chǎn)生不可估量的嚴(yán)重后果，化工園區(qū)站操作組人員發(fā)現(xiàn)預(yù)處理區(qū)基礎(chǔ)外側(cè)碎石地面發(fā)現(xiàn)地坪凹陷，并安排安裝公司利用碎石進(jìn)行回填，幾日后相同位置再次出現(xiàn)塌陷，現(xiàn)場凹陷區(qū)域沿工業(yè)氣體公司廠區(qū)內(nèi)雨水管分布，并在雨水井處凹陷最嚴(yán)重，凹陷區(qū)域成規(guī)則的圓形。因此，分析認(rèn)為可能是廠區(qū)地下雨水管發(fā)生破損，破損雨水管周邊土壤受到地表水和雨水浸泡沖刷，通過破損點發(fā)生流失，地下形成孔洞，最終導(dǎo)致地面發(fā)生凹陷和沉降。

3 監(jiān)測方法

垂直沉降監(jiān)測采用獨立高程系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，在遠(yuǎn)離沉降及施工區(qū)域以外合適的地區(qū)，選埋二個高程控制點（編號:BM1、BM2），二點間距以100米左右，作為本次監(jiān)測的高程控制點，同時為監(jiān)測方便，在施工區(qū)域附近選擇或埋設(shè)一個穩(wěn)定可靠的固定點（編號:BM0）作為工作點，一個工作點兩個控制點共同構(gòu)成高程控制網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場勘查利用路邊電桿地腳螺栓較適宜。將固定點和兩個高程控制點一并組成一閉合水準(zhǔn)路線，采用二等水準(zhǔn)測量進(jìn)行往返觀測。假定工作點BM0高程4米，經(jīng)平差計算得各基準(zhǔn)點的高程，作為高程控制網(wǎng)的初測基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，每次監(jiān)測前或定期經(jīng)檢測控制網(wǎng)的穩(wěn)定性，確認(rèn)控制網(wǎng)穩(wěn)定后方可監(jiān)測。

4 監(jiān)測點的布置及編號

4.1 監(jiān)測點設(shè)臵原則

根據(jù)設(shè)計單位的要求，工業(yè)氣體站（計量撬和預(yù)處理器）設(shè)備與基礎(chǔ)平臺為一整體結(jié)構(gòu)，所以本次監(jiān)測以監(jiān)測基礎(chǔ)為主，根據(jù)基礎(chǔ)平臺的差異沉降可反映整體設(shè)備情況，監(jiān)測點應(yīng)布置于平臺的周邊及結(jié)構(gòu)特征處。監(jiān)測點位置及編號詳見監(jiān)測點布置示意圖。

4.2 監(jiān)測點的埋設(shè)方法

沉降監(jiān)測點適宜利用基礎(chǔ)平臺周邊預(yù)埋螺栓作為沉降監(jiān)測點，如特殊情況可采用圍棋子使用膠粘合在基礎(chǔ)平臺上。

垂直位移監(jiān)測采用二等水準(zhǔn)測量進(jìn)行觀測，將各監(jiān)測點與高程控制點（工作點）組成一條閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行往返觀測。水準(zhǔn)路線外業(yè)測量嚴(yán)格按照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中有關(guān)要求執(zhí)行。

測站視線長度、前后視距差及視線高度按表1規(guī)定執(zhí)行。

表1:測站視線長度、前后視距差及視線高度 單位:m

測站觀測限差應(yīng)不超過表2之規(guī)定。往返測高差不符值、環(huán)閉合差和檢測高差較差的限差符合表3的規(guī)定。

表2 單位:mm

表3 單位:mm

二等測量精度每千米偶然中誤差不應(yīng)超過1.0mm，每千米全中誤差不應(yīng)超過2.0mm。

內(nèi)業(yè)計算采用清華山維的水準(zhǔn)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，并計算各監(jiān)測點的高程。將當(dāng)次觀測值與前次觀測值及初始觀測值相減計算出本次沉降變化量和累計沉降變化量，垂直位移量統(tǒng)計中“－”表示下沉降，“＋”表示抬升。

4.3 監(jiān)測點的測量

垂直位移監(jiān)測采用 DNA03精密水準(zhǔn)儀，按國家二等水準(zhǔn)測量規(guī)范要求觀測。以閉合路線在水準(zhǔn)路線上聯(lián)測各監(jiān)測點，以水準(zhǔn)控制點為基準(zhǔn)，解算各監(jiān)測點相對高差。經(jīng)專業(yè)軟件平差計算后得各監(jiān)測點的高程，同一監(jiān)測點相鄰兩次高程差即為本次該測點垂直變化量，第一次垂直變化量累加至當(dāng)次本次垂直變化量即為該測點累計垂直變化量。計算公式如下:

5 監(jiān)測頻率

由于業(yè)主單位將協(xié)調(diào)工業(yè)氣體公司進(jìn)行開挖驗證，結(jié)合目前的情況，建議監(jiān)測頻率設(shè)置。

1）開挖驗證前測定初始值:初始值以測定兩次取中數(shù)為準(zhǔn)。

2）開挖驗證前:測量頻率為2次/周。

3）開挖驗證期間:測量頻率為1次/天。

4）開挖驗證后:測量頻率為1次/周。

5）如無異常變化情況一個月后結(jié)束監(jiān)測。

6）當(dāng)任何一個監(jiān)測點出現(xiàn)異常變化情況將加強監(jiān)測頻率直至實時監(jiān)測。

6 預(yù)設(shè)警戒值

根據(jù)以往同類工程的監(jiān)測工作經(jīng)驗提出建議值，建議警戒值單次變量≥3.00 mm，累計變量≥10.00 mm。

7 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

7.1 控制網(wǎng)穩(wěn)定性分析

每次監(jiān)測開始之前，檢測控制網(wǎng)的穩(wěn)定性，確定控制網(wǎng)可靠后進(jìn)行監(jiān)測，從而保證數(shù)據(jù)的可靠性，每次檢測值與初測值進(jìn)行比較，確定在限差之內(nèi)，則視控制網(wǎng)為穩(wěn)定狀態(tài)，本次監(jiān)測控制網(wǎng)初測值見下表:

監(jiān)測控制網(wǎng)初測值

7.2 二等路線精度分析

本次監(jiān)測以點 BM0為工作點，二等路線從 BM0點起組成一個閉合環(huán)，閉合環(huán)長度為0.1km，限差為:從歷次數(shù)據(jù)來看，環(huán)閉合差最大為0.31mm，可知路線精度為優(yōu)。

7.3 監(jiān)測成果分析

經(jīng)過監(jiān)測，各點的變化曲線圖如圖1。

1）開挖前驗證期間，累計變化量平均值為:0.22mm，上升最大變化點位為 JC9，變化量為0.40mm，下沉最大變化點位為，JC10，變化量為:-0.53mm,通過數(shù)據(jù)來看，最大和最小變化量不超過1mm，考慮到測量誤差和地面整體沉降因素，可以判斷開挖前驗證期間監(jiān)測區(qū)域穩(wěn)定。

2）開挖施工期間，累計平均變化量為0.02mm，其中累計上升最大變化點位為:JC4，變化量為:0.58mm，下沉最大變化點位為:JC5，變化量為:-1.98mm，從數(shù)據(jù)來看，JC5點較其它點位變化明顯，從現(xiàn)場位置來看，JC5距開挖位置很近，在挖坑的邊緣位置，分析其變化原因可能是由于施工影響。

3）施工結(jié)束后跟蹤監(jiān)測觀察階段，平均變化量為-0.52，上升最大變化點位 JC12，變化量為:0.61mm，最小變化點位為:JC5，變化量為:-3.96mm，從觀測數(shù)據(jù)來看，JC5在施工停止之后基本穩(wěn)定，JC5日平均變化量為-0.03mm/D，其它點位累計變化量不足1mm，基本于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1:變化曲線圖

8 結(jié)束語

地面塌陷產(chǎn)生的原因有很多，特別是在沖積平原和開采地區(qū)，地面塌陷情況出現(xiàn)頻繁，對即將產(chǎn)生地面塌陷或者有可能產(chǎn)生地面塌陷的地方進(jìn)行沉降監(jiān)測，可根據(jù)數(shù)據(jù)變化分析，得出變化速率，預(yù)測變化模型，可以對塌陷作出預(yù)報，減少災(zāi)害損失，另外監(jiān)測點的布設(shè)原則很重要，監(jiān)測點的變化數(shù)值直接反映監(jiān)測對象的形變大小，因此監(jiān)測點應(yīng)布置在監(jiān)測對象的特征位置，在數(shù)據(jù)的計算處理上應(yīng)采取科學(xué)嚴(yán)密的計算方法，這樣才能保證數(shù)據(jù)的科學(xué)性、真實性，成果的提交也必須及時，以便有關(guān)方面及時掌握變形規(guī)律，采取相應(yīng)措施。

[1]黃聲享，尹暉.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M]武漢:武漢大學(xué)出版社，2003.

[2]王曉華，胡友健，柏柳.變形監(jiān)測研究現(xiàn)狀綜述[J]測繪科學(xué)，2006，31(2):130-132.

[3]朱建軍，賀躍光，曾卓橋.變形測量理論與方法[M]長沙:中南大學(xué)出版社，2004.

[4]王冰、潘友、熊春寶.建筑工程沉降監(jiān)測的幾個問題[J]建筑技術(shù)，2005(4).

[5]鄭先昌，衛(wèi)中營.武漢市巖溶地面塌陷誘發(fā)因素分析[J]城市勘測，2004(1).