地面塌陷监测方法与数据分析

李战军 史俭峰 周波

（1.贵州省第二测绘院 贵州贵阳 550004；2.国家测绘地理信息局第二大地测量队 黑龙江哈尔滨 150081）

1 引言

近些年地面塌陷情况在很多地方多次出现，情况严重，对人民的人身财产安全带来重大影响，因此对疑似塌陷区域进行沉降监测并做出预警非常重要，本篇论文针对一处地面塌陷进行的监测论述说明地面塌陷的监测方法并对监测成果做出分析。

2 项目背景

该区域为围海造地区域，多为粉质土，承载力满足使用要求，但一旦遇到流水就会迅速形成淤泥并容易流失，该区域附近有天气计量撬和预处理器，如果塌陷区域扩大会直接影响到天然气设施的运营安全，产生不可估量的严重后果，化工园区站操作组人员发现预处理区基础外侧碎石地面发现地坪凹陷，并安排安装公司利用碎石进行回填，几日后相同位置再次出现塌陷，现场凹陷区域沿工业气体公司厂区内雨水管分布，并在雨水井处凹陷最严重，凹陷区域成规则的圆形。因此，分析认为可能是厂区地下雨水管发生破损，破损雨水管周边土壤受到地表水和雨水浸泡冲刷，通过破损点发生流失，地下形成孔洞，最终导致地面发生凹陷和沉降。

3 监测方法

垂直沉降监测采用独立高程系统进行监测，在远离沉降及施工区域以外合适的地区，选埋二个高程控制点（编号:BM1、BM2），二点间距以100米左右，作为本次监测的高程控制点，同时为监测方便，在施工区域附近选择或埋设一个稳定可靠的固定点（编号:BM0）作为工作点，一个工作点两个控制点共同构成高程控制网，根据现场勘查利用路边电杆地脚螺栓较适宜。将固定点和两个高程控制点一并组成一闭合水准路线，采用二等水准测量进行往返观测。假定工作点BM0高程4米，经平差计算得各基准点的高程，作为高程控制网的初测基准数据，每次监测前或定期经检测控制网的稳定性，确认控制网稳定后方可监测。

4 监测点的布置及编号

4.1 监测点设臵原则

根据设计单位的要求，工业气体站（计量撬和预处理器）设备与基础平台为一整体结构，所以本次监测以监测基础为主，根据基础平台的差异沉降可反映整体设备情况，监测点应布置于平台的周边及结构特征处。监测点位置及编号详见监测点布置示意图。

4.2 监测点的埋设方法

沉降监测点适宜利用基础平台周边预埋螺栓作为沉降监测点，如特殊情况可采用围棋子使用胶粘合在基础平台上。

垂直位移监测采用二等水准测量进行观测，将各监测点与高程控制点（工作点）组成一条闭合水准路线进行往返观测。水准路线外业测量严格按照《国家一、二等水准测量规范》中有关要求执行。

测站视线长度、前后视距差及视线高度按表1规定执行。

表1:测站视线长度、前后视距差及视线高度 单位:m

测站观测限差应不超过表2之规定。往返测高差不符值、环闭合差和检测高差较差的限差符合表3的规定。

表2 单位:mm

表3 单位:mm

二等测量精度每千米偶然中误差不应超过1.0mm，每千米全中误差不应超过2.0mm。

内业计算采用清华山维的水准平差软件进行严密平差，并计算各监测点的高程。将当次观测值与前次观测值及初始观测值相减计算出本次沉降变化量和累计沉降变化量，垂直位移量统计中“－”表示下沉降，“＋”表示抬升。

4.3 监测点的测量

垂直位移监测采用 DNA03精密水准仪，按国家二等水准测量规范要求观测。以闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，解算各监测点相对高差。经专业软件平差计算后得各监测点的高程，同一监测点相邻两次高程差即为本次该测点垂直变化量，第一次垂直变化量累加至当次本次垂直变化量即为该测点累计垂直变化量。计算公式如下:

5 监测频率

由于业主单位将协调工业气体公司进行开挖验证，结合目前的情况，建议监测频率设置。

1）开挖验证前测定初始值:初始值以测定两次取中数为准。

2）开挖验证前:测量频率为2次/周。

3）开挖验证期间:测量频率为1次/天。

4）开挖验证后:测量频率为1次/周。

5）如无异常变化情况一个月后结束监测。

6）当任何一个监测点出现异常变化情况将加强监测频率直至实时监测。

6 预设警戒值

根据以往同类工程的监测工作经验提出建议值，建议警戒值单次变量≥3.00 mm，累计变量≥10.00 mm。

7 监测数据分析

7.1 控制网稳定性分析

每次监测开始之前，检测控制网的稳定性，确定控制网可靠后进行监测，从而保证数据的可靠性，每次检测值与初测值进行比较，确定在限差之内，则视控制网为稳定状态，本次监测控制网初测值见下表:

监测控制网初测值

7.2 二等路线精度分析

本次监测以点 BM0为工作点，二等路线从 BM0点起组成一个闭合环，闭合环长度为0.1km，限差为:从历次数据来看，环闭合差最大为0.31mm，可知路线精度为优。

7.3 监测成果分析

经过监测，各点的变化曲线图如图1。

1）开挖前验证期间，累计变化量平均值为:0.22mm，上升最大变化点位为 JC9，变化量为0.40mm，下沉最大变化点位为，JC10，变化量为:-0.53mm,通过数据来看，最大和最小变化量不超过1mm，考虑到测量误差和地面整体沉降因素，可以判断开挖前验证期间监测区域稳定。

2）开挖施工期间，累计平均变化量为0.02mm，其中累计上升最大变化点位为:JC4，变化量为:0.58mm，下沉最大变化点位为:JC5，变化量为:-1.98mm，从数据来看，JC5点较其它点位变化明显，从现场位置来看，JC5距开挖位置很近，在挖坑的边缘位置，分析其变化原因可能是由于施工影响。

3）施工结束后跟踪监测观察阶段，平均变化量为-0.52，上升最大变化点位 JC12，变化量为:0.61mm，最小变化点位为:JC5，变化量为:-3.96mm，从观测数据来看，JC5在施工停止之后基本稳定，JC5日平均变化量为-0.03mm/D，其它点位累计变化量不足1mm，基本于稳定状态。

图1:变化曲线图

8 结束语

地面塌陷产生的原因有很多，特别是在冲积平原和开采地区，地面塌陷情况出现频繁，对即将产生地面塌陷或者有可能产生地面塌陷的地方进行沉降监测，可根据数据变化分析，得出变化速率，预测变化模型，可以对塌陷作出预报，减少灾害损失，另外监测点的布设原则很重要，监测点的变化数值直接反映监测对象的形变大小，因此监测点应布置在监测对象的特征位置，在数据的计算处理上应采取科学严密的计算方法，这样才能保证数据的科学性、真实性，成果的提交也必须及时，以便有关方面及时掌握变形规律，采取相应措施。

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