对变形工作基点复核实施方案的探讨

李苑红

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510170)

变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。变形监测的目的是为了分析和评价建筑物的安全状态；验证设计参数；反馈设计施工质量；研究正常的变形规律和预报变形的方法。对于机械技术设备，变形监测保证了设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害；通过对路基开挖引起的实际变形的观测，能够通过控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可以改进变形预报模型；在地壳构造运动监测方面，主要是大地测量学的任务。下面以广东省潮州供水枢纽安全监测系统观测工作基点复核工程为例进行探讨。

1 概 述

潮州供水枢纽工程位于韩江下游潮州市区的两溪口附近，距潮州市区约4 km，是广东省重点供水枢纽工程。为满足潮州供水枢纽安全监测需要，该监测系统在东溪左岸设立了07(下游)、08(上游)两个观测工作基点，在西溪右岸设立了01(下游)、02(上游)两个观测工作基点。东、西溪四个观测工作基点均为单根钻孔灌注桩基础，自建成以来分别作为不动点实施东、西溪安全观测。

针对该安全监测系统西溪闸坝水平位移观测点数据出现异常情况，初步判断为02工作基点可能受周边楼盘基础挤压等影响发生位移。为进一步研究和分析原因，决定对该安全监测系统(简称监测网)的观测工作基点进行复核工作。

参照相关规范要求，本次监测网复核无需重新埋设标石，按照已有的标石进行复核即可。复核该水平位移监测网的等级选用《工程测量规范》“10.2水平位移监测基准网”中的三等，采用GPS C级观测，垂直位移监测网采用《国家一、二等水准测量规范》(GB/T 12897—2006)[1]中的二等。

本次主要任务是复核监测网。由于测区受自然条件及起算数据的影响，经现场勘查，采用GPS网和支导线的测量方法对工作基点进行复核，并对两种测量方法的测量成果进行分析、对比和验证，确保测量成果的可靠性，以便正确验证工作基点02变形情况。

2 资源配置

2.1 主要仪器设备

(1)徕卡电子水准仪DNA03(334356)一套，标称精度±0.3 mm/km；并配置3 m因瓦条码标尺一对(30739、30830)、尺台一对。

(2) 徕卡TC2003(440543)全站仪1套，测角精度0.5″，测距精度1 mm +1 ppm。

(3)华测双频静态接收机6套:X900(151271、150945、151287、151289)和T5(133175、946003)，平面测量精度±2.5 mm+1 ppm。

(4)温度计3支，气压计3个，笔记本电脑3台。

以上仪器均按规定进行了检定或检验。

2.2 软件配置

(1)中海达HDS2003数据处理软件包；

(2)电子水准计算程序和清华三维平差软件；

(3)测量观测记录系统，边长计算软件。

2.3 人员配置

参与该监测网复核项目的专业技术人员共10人，其中高级工程师以上3人、工程师3人、助理级以下4人。

2.4 已有资料利用情况

利用国家GPSC级点(潮州建设局、龙湖初级中学)作为复核水平位移监测网的起算数据，对起算数据进行了校核检测，没有发现粗差，可使用。

利用Ⅱ水准点(Ⅱ韩江17、Ⅱ韩江N20)作为垂直位移监测网的起算数据，对起算数据进行了校核检测，没有发现粗差，可使用。

3 水平位移监测网复核方案

3.1 水平位移复核网布设

3.1.1 GPS网布设

由GPS C级点“潮州建设局”和“龙湖初级中学”、基点07、基点08、基点02等组成水平位移复核网(GPS复核网)，GNSS625为检查点。具体图形如图1所示。

图1 GPS复核网

3.1.2 基点边长测量布设

利用已知的基点07和基点08对基点02构网进行检测。由于基点08和基点02不通视，故在供水枢纽管理处附近布置一个转点A。由基点08测至转点A、转点A测至基点02构成支导线。具体图形如图2所示。

3.1.3 已知点检测

根据规范要求，需要对已知点进行检测。检测利用静态测量方式同时观测“潮州建设局”、“龙湖初级中学”和“GNSS625”3个已知点(如图3)。将“潮州建设局”和“龙湖初级中学”作为已知点求解出“GNSS625”的平面坐标再与已知的“GNSS625”的平面坐标进行比较，以及与已知点“潮州建设局”和“龙湖初级中学”的基线长进行比较，由此来判断起算点是否存在兼容问题。通过平差数据与已知数据对比，结果如表1和表2所示。

图2 支导线图

图3 已知点检测网图

已知点平差结果/m误差/m点名X/mY/mXY△X△Y潮州建设局2 616 645.278461 469.693————龙湖初级中学2 606 320.682463 016.054————GNSS6252 612 741.874461 845.2802 612 741.893461 845.285-0.019-0.005

表2 基线比较表

由表1可知，误差小于图上0.05 mm，检测合格，已知点可以使用。

由表2可知，相对误差小于限差，检测合格，已知点可以使用。

3.1.4 复核网测量

复核网采用三等水平位移监测网规范要求施测，按GPS C级网的精度观测。联测东溪工作基点07、08和西溪工作基点02三个点，并解算出平面坐标。具体的网图见图4。

图4 三等复核网网图

采用六套双频GPS仪器，边连式同步进行测量记录。具体GPS静态测量作业的基本技术要求按GB/T 18314—2009有关规定执行。采用软件HDS2003数据处理软件包自动解算，星历数据直接使用精密星历，模糊度采用双差固定解。对流层模型采用霍普菲尔德模型，电离层模型采用自动模型[2]。基线解算成功后进行了各种粗差的检验，对个别复测基线误差较大的，在不影响整体控制网网形的前提下剔除了误差较大的时段或基线边。同时进行了同步环、异步环和重复基线的检验。各项精度指标均符合规范要求，成果可靠。

3.1.5 基点边长测量

本次使用徕卡全站仪TC2003(440543)进行测量，仪器加常数为0.1 mm、乘常数为0.1 ppm。共测边长两条，分别为基点08至A，A至基点02，往返测量。边长测量采用4个测回的数据。

测距边长经气象改正、加乘常数改正、周期误差改正、倾斜改正后，把边长归算至指定高程面上(本次选择最接近测区所有工作基点的高程面为17 m)[3]。边长各观测限差均符合要求。

使用徕卡全站仪TC2003(440543)进行角度测量，测角精度为0.5"。分别在基点08和转A上设站，测取基点07至A的角度和A至基点07的角度，施测左右角各9个测回。水平角各观测限差均符合要求。由边长和水平角测量结果可计算得基点08至基点02的基线长。

3.2 垂直位移监测网测量

垂直位移监测网测量按照测区实际情况，选取距离测区最近的国家二等水准点Ⅱ韩江17作为起算点，检测高程点共3个(分别为基点水01、基点水02、基点水08)，形成一个闭合水准路线，采用往返观测，单程路线长6.5161 km；在此之前，对韩江17和韩江N20两个点进行已知点复核，复核采用附合水准路线，往测6.0490 km，返测6.0488 km；路线累计长度25.13 km。观测路线见图5。

图5 水准路线网图

水准测量要求按照《国家一、二等水准测量规范》(GB/T 12897—2006)执行，作业前严格按照规范要求进行i角检查和起算点检测，合格后方可进行作业。二等水准精密平差计算时，对观测所用高差进行水准标尺长度改正、正常水准面不平行改正等改正项[1]。

本次垂直位移监测网采用徕卡电子水准仪DNA03(33435)进行测量，每天测量前均对仪器进行了i角检查。精度等级为二等，往返观测在标尺(30739和30830，标尺改正数为+0.001 mm/m)分划线成像清晰、稳定的条件下进行，采用尺台作转点尺承，往测时，测站观测顺序为：后-前-前-后、前-后-后-前；返测时，测站顺序为：前-后-后-前、后-前-前-后；往返测均为偶数站[1]。

利用电子水准观测记录程序处理，平差计算利用清华三维进行平差计算，计算结果均符合规范要求。

3.3 西溪基点变形分析

3.3.1 现场查勘情况分析

在西溪右岸基点01、基点02两个观测工作基点查看时，可见基点02东北方向有一楼盘“×××××”，该楼盘围墙距基点02约二十多米，该楼盘主体建筑距基点02也只有50 m左右。根据资料显示:近两年来，由于基点02东北方向的古美村新建大量高层建筑，可能造成基点02轻微偏移。也恰好从2015年4月开始，西溪闸坝坝顶水平位移出现异常。所以，东北方向楼盘基础挤压影响是造成基点02位移的外在因素。

3.3.2 基点02埋标结构分析

潮州供水枢纽是建在地质条件非常复杂、覆盖层非常厚的软基水利工程项目。该工程监测系统工作基点由施工单位建设而成，工作基点均为单根钻孔灌注桩基础，钻孔深度未到基岩，而是打在相对稳定的砂卵石层。这些工作基点，如果周边没有工程建设干扰是相对稳定的，否则工程建设干扰会对复杂的软基地层产生挤压滑动，然后带动工作基点位移。所以，基点埋标采用钻孔灌注桩未到基岩的工程方法存在缺陷，也是造成基点02受东北方向楼盘基础挤压影响位移的内在因素[4]。

3.3.3 西溪基点距离变化分析

根据已有的基点01、基点02和基点03的坐标、计算距离及实测值，经整理后见表3。

表3 西溪基点观测比较表

从表中可知，2016年8月22日实测基点02至基点01和基点03的边长分别比变形前边长缩短了3.53 cm 和2.09 cm。

基点01远离古美村新建高层建筑群，埋设在基点02下游堤岸，周围环境稳定；基点03与新建高层建筑群的距离有80 m左右，新建筑物对基点03的影响有限；而与新建高层建筑群距离只有20 m左右的基点02，受到的影响很大。结合表3分析说明：基点02向基点01、基点03方向产生水平位移，位移量分别为3.53 cm、2.09 cm。

3.3.4 西溪变形观测点角度数据分析

根据2015年1月—2016年8月共13期变形观测数据，以2015年1月为首期，其他各期(2～13期)变形点XP01～XP24的角度值呈现规律性变化。各期与首期比较，从2015年2月第2期始，连续5期(至2015年6月第6期)的角度呈现逐步增大，每期增值在1″～11″之间；然后连续3期(至2015年8月第8期)的角度呈现逐步缩小，每期缩小值在1″～4″之间；然后至2015年9月第9期的角度再次呈现增大，增值在1″～4″之间；然后连续3期(至2016年3月第12期)的角度呈现逐步缩小，每期缩小值在1″～16″之间；之后至2016年8月第13期的角度再次增大，至第13期(至2016年8月)的角度增大变化值平均达17″，说明角度变化遵守正弦规律，符合了第13期(2016年8月)基点02向基点01、基点03方向水平位移3.53 cm、2.09 cm的变化情况。

4 结论与建议

西溪基点变形分析结论：由于工作基点采用钻孔灌注桩未到基岩的工程方法存在缺陷，受上埔村新建高层建筑群基础挤压影响，基点02产生水平位移，位移方向为基点02与基点01、基点03所构成的45°角方向，位移量分别为3.53 cm、2.09 cm。

通过GPS和导线测量方法对监测网基点进行复核，两种方法计算的坐标较差是△x=4.5 mm，△y=0.7 mm，总较差是△d=4.6 mm，测量成果质量可靠，符合规范要求。现有的观测系统中，东溪和西溪的两个观测工作是基本独立的且多年没有联测过，本次基点测量成果可作为东溪、西溪两个变形监测系统统一的依据。

目前的变形监测网不完善、不规范且不统一，建议应按有关规程规范重新建立一个完整、合理的监测系统，并在江东洲生产待工区的合适位置新建观测校核基点，以满足今后的监测系统校核需要。

新的变形监测系统要与枢纽自动化监测系统有机相联，变形监测新旧成果应建立转换关系，统筹分析研究。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫局.国家一、二等水准测量规范：GB/T 12897—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫局，中国国家标准化管理委员会.全球定位系统(GPS)测量规范：GB/T 18314—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工程测量规范标准：GB 50026—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[4] 中华人民共和国水利部.水利水电工程施工测量规范：SL 52—2015[S].北京：中国水利水电出版社，2015.