蔡甸区永安矿区治理工程变形监测方案

严心明 刘仁钊

摘要：本文以永安固体岩石开采矿区变形监测为例，介绍了GPS定位技术在滑坡变形监测中的应用，并对其进行了技术分析和设计，具有实际意义。

关键词：滑坡  变形监测  GPS静态测量

1 矿区概况

永安固体岩石开采矿区位于蔡甸区蔡甸街办西南15km，汉宜高速永安收费站出口东北2km处，S104省道以北，行政区划隶属永安街办、奓山街办管辖，中心位置地理坐标为E113°58′，N30°28′，东西长2.0km，南北宽0.5km，有效测区面积约1.0km2。见图1。

矿区地貌为低丘陵，矿区内山脉近东西走向，矿区出露地层为志留系、泥盆系及第四系，为单斜构造。开采矿种为石英砂岩，开采方式为露采。1984年发证开采，年开采量100万吨，2009年底停止了矿产开采活动。2012年初，武汉市启动了蔡甸区矿山地质环境治理示范工程项目，决定对开采区的地质环境进行综合治理，扩大治理区内的林地、耕地和建设用地面积，促进当地经济的发展。

永安矿区经过二十多年的开采，造成局部山体破损、原始地形地貌破坏，形成了多个不稳定的边坡，在矿区及周围环境造成了山上落石、滑坡、不稳定斜坡地质灾害，给人们生产、生活带来严重的安全隐患。

2 监测目的

由于山体在开采后，造成山体边坡应力失衡，应力状态的改变引起边坡的变形;此外，分布于矿区周边丘陵区残丘坡面及坡麓地带，残坡积相堆积，岩性呈棕红、棕黄色粘土夹碎石。残丘裸露的基岩，经风化剥蚀作用，由地表片流搬运或沿斜坡滚落堆积而成，土体结构松散，碎石间充填粘土、亚粘土，碎石呈棱角状，排列杂乱无章，结构疏松，具大孔隙。该岩组土体工程地质性质较差，虽具一定承载力，但压缩性不定，稳定性较差，易产生不均匀沉陷等工程地质问题。即使采取了边坡治理措施，变形总是难以避免的。在外部因素的作用下，当变形量超出了容许的范围后，在重力的作用下引起边坡局部坍塌，严重的引起边坡山体滑坡灾害。

为了解治理完成后采区边坡的位移、沉降的变化情况，保证边坡自身稳定和安全以及周围建筑物安全，同时给设计、施工部门提出准确、可靠的科学数据，必须对边坡及山体进行沉降和位移监测，以便掌握综合治理效果，为工程竣工验收提供科学依据，并通过对监测资料进行总结和分析，为该类矿山环境治理积累实践经验。

3 编制依据

①《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2009中华人民共和国国家标准。②《大地形变测量规范》1983-03国家地震局。③《崩塌·滑坡·泥石流监测规程》DZ/T 0223-

2004 中华人民共和国地质矿产行业标准。④《建筑变形测量规程》JGJ8-2007中华人民共和国国家行业规程。⑤《工程测量规范》GB50026-2007中华人民共和国国家标准。⑥《蔡甸区永安中原矿区治理工程技术要求》。

4 监测坐标系基准

①观测数据基准为WGS84坐标系;②平面变形结果表达为1980西安坐标系或独立坐标系，中央子午线经度为114度，高程采用1985国家高程基准或独立高程基准。

5 监测内容和监测网布设

5.1 监测内容 结合地质资料分析，在开采区边坡及山体的特征位置布设一定数量的监测点，通过运用高精度的GNSS定位接收机，在固定且稳定的坐标系基准下，重复测量监测点的平面和高程位置变化，并对测量数据处理后的结果，结合地质环境及外界影响因素对其变形机理进行变形分析。

5.2 监测网的布设 ①基准点、监测点的布设。监测对象主要为矿区的高陡边坡变形和回填区域地面沉降情况，在边坡周边和回填区域设置监测点。根据边坡位置和分布，并结合矿区整体地质情况，此次共布设监测点9个，编号为XB1-XB9。基准点布设在相对稳定的距边坡南约500米的S104省道附近，为了保证基准点的可靠性，共布设3个基准点，点号为GZ1-GZ3。基准点、监测点的具体布设位置见图2。②基准点、监测点的制作和埋设。为了提高监测精度，减少测量仪器对中误差，基准点和监测点统一制作距地面高1.2-1.5m的观测墩，观测墩顶中心安置强制对中定位装置，测量墩上设置天线指向标志。为减少仪器误差的影响，对于每个点只用同一台仪器进行观测，天线指向与标志对齐，精密测量天线高。观测墩的制作结构见图3。为了准确地反映监测点的真实变化情况，基岩观测墩内部钢筋与基岩应紧密浇注，浇注深度不少于0.5米;土层观测墩应建在坚实的土层上，钢筋混凝土墩体应埋于解冻线2米以下，观测墩需采用钢筋混凝土现场浇灌，混凝土浇注十天后才能进行观测。

6 监测精度和方法

6.1 监测精度确定。根据永安矿区监测实际情况，参照滑坡变形测量要求，采用全球定位（GNSS）静态测量方法，最终确定监测点的平面精度要求为5mm，高程精度要求为7mm。

6.2 监测方法和精度要求。利用GNSS测量技术，采用GNSS静态测量方法进行高精度的地表变形测量，是目前比较前沿的一种方法，特别是对于大区域的变形测量，利用GNSS能够获取高精度的变形信息。由于本工程监测点均位于高陡边坡上，交通极为不便，对于常规监测方法，特别是常规精密水准测量难度较大。因此，此次监测仪器使用GNSS双频双星接收机，监测方法采用大地测量GNSS静态测量技术进行监测。

根据本工程确定的监测精度要求，确定所用仪器的精度为二级以上的GNSS双频双星接收机，即标称精度不低于ms=3+1×10-6D。此次所使用的GNSS接收机为中海达最新海星达H32 和V8全能型GNSS双频双星接收机，标称精度为ms=2.5+1×10-6D。

7 观测技术要求和监测频率

7.1 观测技术要求

■

7.2 监测频率及预警值

根据矿区地质环境治理设计要求，监测频率一般每个月一次，多雨季节期应每半月监测一次，遇险情或长时间降雨应加密监测，初步确定监测周期为2-3年。

变形速率预警值为连续每月水平位移变形速度大于5mm/月或沉降变形速度大于7mm/月，当水平总位移达到30mm或总沉降达到50mm时应及时通知相关部门和人员，并加密观测以便观察位移和沉降的发展情况。

变形是否进入稳定阶段，应由位移（水平位移或沉降）量与时间关系曲线判定。当最后lOOd的变形速率小于0.01～0.04mm/d时可认为已进入稳定阶段，不需进行变形监测。

8 监测数据处理

每期变形观测结束后，应依据测量误差理论和统计检验原理，采用测量仪器专用的数据处理软件对获得的观测数据及时进行平差计算和处理，并计算各点变形量。

变形观测数据的平差计算，应符合下列规定：①应利用稳定的基准点作为起算点;②应使用严密的平差方法和可靠的软件系统;③应确保平差计算所用的观测数据、起算数据准确无误;④应剔除含有粗差的观测数据。

参考文献：

[1]刘辉，何春桂，刘小阳，邱光举.基于GPS/GIS的矿区变形监测系统的初步设计[J].煤矿开采，2010（03）.

[2]苗胜军，蔡美峰，任奋华，欧阳振华.GPS变形监测平差计算及不确定度分析[J].岩土力学，2008（02）.

[3]李征航，等.GNSS测量与数据处理[M].武汉大学出版社，2010.