穿越堤防管道工程沉降观测技术

张佳

（黄河水利委员会山东水文水资源局，山东 济南 250100）

1 河道及工程概况

黄河泺口以下河段属于弯曲型河段，在两岸险工、控导工程共同作用下，河流摆动幅度不大，是黄河治理较好、较稳定的河段。泺口至河口段河道约168 km，堤距600～5 100 m，河槽宽400～1 200 m，河床平均纵比降约1‱，河弯多。黄河下游河道的设防流量为11 000 m3/s。黄河下游某输气管道二线工程堤防加高工程于2014 年设计建设，建设范围为黄河下游河道右岸堤段K77+730～K78+890 处，堤顶宽度约12 m，原堤顶高程为32.25 m。

2 设计方案

2.1 基准点选择和沉降观测点的布设

引据点采用章丘黄河河务局提供的基本水准点J4，由于管线穿越工程施工期间采用该点作为引据点，并且每年进行高程校核，所以此次沉降观测采用该点进行引测。

沉降点布设以加高范围边界K77+730为起始点，然后按照百米桩为零点，每50 m在路肩处布设一个沉降点，直至测量到加高范围终点K78+890。

2.2 测量仪器的选择

水准测量作为测定高差最直接可靠的方法，在地面沉降监测中的应用十分广泛。随着水准仪的不断改造和发展，数字水准仪的精度和作业效率更高、操作更方便，普遍应用于水准测量工作。数字水准仪测量利用探测器对标尺图像进行探测，自动算出视线高度和仪器至标尺的距离。通过人工调焦和对准，仪器中的分光镜将标尺影像光线分离成可见光和红外光两部分，可见光成像后测量员可目视观测；探测器接收到红外光线标尺图像，通过仪器的数据处理，可测算得出视线高度和视距，并显示在窗口上。

沉降观测采用瑞士Leica DNA03 精密数字水准仪配合铟钢尺进行观测，测量过程中仪器可自动实时进行数据的记录、存储，然后计算限差，减少人为误差，使得测量结果更加准确，并提高了作业效率，大大降低了测量人员的劳动强度。此仪器测量精度为每公里往返测高程中误差±0.30 mm，最小测量读数0.01 mm，符合国家测量规范中对精度的要求。同时该采用的仪器通过了法定仪器检定机构的检定，并在有效检定期内，外业测量前对仪器进行i角检校，i角不超过15″，符合限差。

2.3 沉降观测步骤

2.3.1 观测顺序

沉降观测需进行往、返观测，然后根据相应观测标准有序实施。沉降点设置为固定点，避免因立尺位置不同造成误差。往测时，需要根据奇数站和偶数站分别观测，返测时，需将水准标尺互换，以保证消除标尺零点差。

2.3.2 水准线路观测方式及限差

式中：Δ—测段往返测高差不符值，单位为毫米（mm）；R—测段长度，单位为千米（km）；n—测段数。

3 数据处理

3.1 测量平差

观测数据处理软件采用同济大学开发的AdjustLevel 平差处理系统，该软件采用严密平差方式对原始测量数据进行水准平差。严密平差是按照最小二乘准则处理测量原始数据，求出测量对象的最大似然估计值及其精度的方法，严密平差通过合理分配闭合差，有效降低粗差，使得平差结果更合理、更准确。平差方式可选择为经典平差模型或拟稳平差模型。

3.2 沉降数据分析

水准路线平差结果和沉降数据对比见表1和表2。

表1 水准路线平差结果表

表2 沉降点对比表

4 结论与建议

通过瑞士Leica DNA03 精密数字水准仪在黄河下游河道某输气管道二线工程堤防加高工程地面沉降监测中的应用，对比了该工程的现状高程与设计高程的关系，沉降测量平差结果满足三等水准测量的限差和精度要求，符合测量规范，说明该仪器观测结果准确，测量成果可靠，极大地提高了作业效率，减小了劳动强度，为后期堤防道路的整修和管道隐患预防提供了技术支撑，为其他地区开展类似项目提供借鉴和参考。

建议埋设沉降标志点，今后每年定期观测，分析其沉降变化和趋势状况，从而起到对堤防安全的预警与提示，进一步保障黄河下游堤防安全。