地面沉降监测_范文大全

地面沉降监测

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【专家解析】地面沉降监测

【优秀范文】地面沉降监测

范文一:基于PS-DInSAR技术的地面沉降监测 投稿:江率玈

摘 要:为了监测地面沉降,避免给人民生命财产安全带来巨大损失,基于测绘新技术的不断发展,介绍了PS-DInSAR技术的原理、特点,探讨了其在地面沉降监测中的应用,提出了PS-DInSAR技术中存在的问题及解决方法。结果表明:PS-DInSAR技术应用于地面沉降监测是行之有效地。

  关键词:PS-DInSAR 地面沉降 监测

  中图分类号:P62文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-082-02

  1引言

   近年来,随着社会经济的发展,由于地质构造运动和大量汲取地下承压水所导致的地面沉降,给人类社会带来了严重的灾害,严重威胁了人民生命财产安全。在美国,有遍及45个州超过44030平方公里的土地受到了地面沉降的影响,由此造成的经济损失更是惊人,仅在美国圣克拉拉山谷,由地面沉降所造成的直接经济损失,在1979年大约为1.31亿美元,而到了1998年则高达3亿美元。中国的上海、天津、西安、常州等城市也先后发现地面沉降。有关上海地面沉降的报导最早见于1921年,到1965年在市区已形成了一个碟形洼地,其中心处的最大沉降量达2.63米,造成的经济损失无法估计。

  在以往的监测中,水准测量、基岩标、分层标等传统技术方法,GPS、合成孔径雷达、遥感、近景摄影测量等近现代的监测手段,在地面沉降中得到了应用。但是,由于仪器或观测方法的局限,存在着外业工作量大、费用高、费时费力、易受干扰等问题 。针对上述技术的局限性,Ferretti与 Prati等提出了基于永久散射体的合成孔径雷达差分干涉 (PS-DInSAR) 技术,此技术成为InSAR技术领域研究的热点。

  2PS-DinSAR技术

  2.1PS-DInSAR技术的基本原理

  PS-DInSAR技术的基本思想是从一系列ERS -1/2SAR影像中提取在时间序列上保持高相干性的永久散射体(PS点),利用这些具有良好、稳定散射特性的PS点,可以获得可靠地相位信息,分析相邻 PS点对的空间自相关特性建立线性形变模型,最终可以获得地面沉降的变化趋势和速度场,从而可以对地面沉降进行监测,图1为PS-DInSAR原理的示意图。

  

  图1PS-DInSAR原理的示意图

  2.2PS-DInSAR技术的优势

   通过和常规的差分干涉(D-InSAR)技术进行对比,可以发现PS-DInSAR技术具有明显的优越性(表1),主要体现在:

  (1)PS-DInSAR技术可以有效地消除或削弱大气效应的影响。大气效应能够使雷达回波信号产生相位延迟,会影响传统D-InSAR技术进行地面沉降监测的准确性,PS-DInSAR技术能够把大气相位从残余相位中分离出来,然后加以清除。

  (2)PS-DInSAR技术能够有效消除或削弱时空失相关的影响。如果雷达两次回波信号的相关性过低或没有相关性,就无法进行干涉,就无法进行地表形变监测。而基于永久散射体的合成孔径雷达干涉测量能够克服时空的失相关,雷达回波信号能够进行干涉,从而监测地面形变。

  (3)PS-DInSAR技术是面向点的处理,而传统D-InSAR则是面向面的处理。显然,随着时间的推移,让环境保证有限个点的高相关性要比保证整个面的高相关性容易得多,这使得很多D-InSAR无法处理的情况下,采用PS-DInSAR技术仍然能够得到较为可靠的测量结果。

  (4)对于原始数据量的要求不同。传统D-InSAR技术,一般只要求2~4景合适的数据就能实施D-InSAR 处理,而PS-DInSAR技术对于起始数据的要求较高,一般在30景以上,才能得到高精度的可靠结果。

  (5)对于几何基线与时间基线大小的限制不同。PS-DInSAR 技术,不需考虑几何基线与时间基线的大小。但传统D-InSAR技术,对几何基线要求有一定的限制,一般只使用基线距小于300m的干涉对;同样时间基线也是一个重要限制,尤其是在植被覆盖的区域,时间间隔稍长就可能导致相位失相干而无法进行监测。

  

  

  表1PS-DInSAR技术与常规 D-InSAR的比较

  

  3PS-DInSAR技术在地表形变监测中的应用

  3.1意大利应用实例及成果

  在意大利,Ferretti等将PS-DInSAR技术应用于Ancona地区的34景ERS SAR影像开展的滑坡监测。由于该地区时空去相关影响严重 ,地表形形变速度缓慢,基线超过1600m,此时常规 D-InSAR技术无法进行监测。通过研究分析该区域5年34景ERS SAR影像 ,得知该地区滑坡不稳定体上PS点的线性运动速度超过了3 mm /a,另外对PS点上的高程精细计算,精度也达到了0. 5m,体现出PS-DInSAR技术适应性强和高精度的特点,显示出了极大地应用潜力。

  3.2美国应用实例及成果

  美国加州Pomona市区及附近地区,Prati等使用PS-DInSAR技术对这一区域进行了地面沉降分析,使用了41幅ERS SAR影像,其中最大的时间基线超过了6年(1992/06/ 17--1999/01 / 16),而几何基线分布在-1100~+1300m之间,通过以上分析可知,此时传统的DInSAR技术无法进行监测。在整个监测过程中,探出了该地区同时存在沉降与隆起两种不同的地表位移现象(分布在不同的子区域),监测结果显示,6年里最大的沉降量达到了-20cm,最大的隆起量为+6cm。此次试验,解决了非线性运动的检测问题,并实际求出了一些点的非线性运动特征,进而内插出Pomona试验地区地面沉降场。遗憾的是,其测量精度由于缺乏详细的地面精密测量数据而未能得以验证。

  3.3我国应用实例及成果

  在我国台湾省地区利用1993~1999年台湾西部12幅 ERS SAR影像,PS-DInSAR技术,监测了台湾西部平原地区地震前地表形变现象,利用线性形变模型假设,进行了长期性地表变形趋势反演,研究了地表形变位移特征等。2000年,进行的 “三峡新滩、链子崖 ”滑坡稳定性监测中 ,利用ERS SAR 6景影像,提取了10个点的不同时间段的沉降速率。但总的来说,国内的PS-DInSAR的研究工作尚处在初级阶段,并且多数的研究工作都是基于国外的软件开展一些初期的应用研究。

  4PS-DInSAR技术存在的问题及解决方法

  4.1PS-DInSAR技术存在的问题

  虽然PS-DInSAR技术具有明显的优势,但同时也有其自身的局限性,主要存在如下问题:

  (1)难以探测提取足够多的可靠地PS点。 能否从SAR影像中探测出足够数量的可靠的PS点是PS-DInSAR技术的核心问题之一,可以通过4种探测方法:相干系数闽值法、振幅闽值法、相位离差闽值法、振幅离差和相干系数双闽值法。这些方法存在诸多缺陷,有的只考虑了PS点的某一方面特性,有的在探测PS点时会受邻域点信号的干扰,探测出的PS点不可靠。

  (2)难以满足PS-DInSAR技术所需的大量数据影像,而且在一定时问段同一平台的数据优势难以满足数量要求。因此,可以通过多平台来达到对于数据的要求。

  (3)PS点分布的无规则性。由于PS点分布的随机性,会出现PS点分布不均的情况,有些地区的PS点密度可能很低,比如植被发育充分的山区;而有些地区则过于集中,这依赖于地表特征及数据的质量。

  (4)由于要处理的参数太多,大面积情况下对大气的估计也会不够精确。因此一般情况下PS-DInSAR技术只能处理较小的区域 。

  4.2解决方法

  针对以上提及的问题,世界各国学者纷纷提出一些解决办法。例如角反射器(Corner Reflector),它能够解决一些天然PS点明显不足的问题。目前,角反射器技术在许多国家的PS-DInSAR技术研究中已经得以应用,并取得了理想的效果。再如,针对单一平台数据量难以满足要求的情况,COLESANTI C等在2003年提出了使用多平台手段, 可以解决由于卫星的更替引起的数据不连续问题。另外,针对时间基线高度离散性和DEM精度的限制所带来的影像的相干性大大降低这一问题,近年来提出了 CPT (Coherent Pixel Technique)技术 。我想,随着测绘技术的不断进步,PS-DInSAR技术的应用将更为广泛。

  5总结

  通过上述简要的介绍,可以知道PS-DInSAR技术基本解决了DInSAR技术时空失相干和大气效应两大难题,从而提高了干涉技术的实用性。由于具有高精度的测量能力,加上低成本、高空间分辨率、大覆盖范围等优势,PS-DInSAR技术成为了一种重要的地面沉降监测手段,在城市建筑物监测、滑坡监测、地质断裂带探测、地震形变探测等许多领域都将发挥重要的作用。随着SAR数据的积累和地面沉降监测的需要,PS-DInSAR技术的应用将会更加广泛。

  

  参考文献:

  [1]唐伶俐,张景发,王新鸿,等.极具应用潜力的PS技术[J]. 遥感技术与应用,2005,20(3):309-314.

  [2]张继超,宋伟东,张继贤,等.PS-DInSAR技术在矿区地表形变测量中的应用探讨[J]. 测 绘通报,2008,(8):45-47.

  [3]傅文学,田庆久,郭小方,等. PS技术及其在地表形变监测中的应用现状与发展[J].地球科学进展,2006,21(11):93-98.

  [4]陈强,丁晓利, 刘国祥. PS-DInSAR公共主影像的优化选取[J]. 测绘通报,2007,36(4):95-99.

  [5]陈强.基于永久散射体雷达差分干涉探测区域地表形变的研究[D].西南交通大学.

  [6]杜培军,卢小平,江涛,等.遥感原理与应用[M]. 徐州:中国矿业大学,2006.

范文二:上海市地面沉降监测技术 投稿:郝聸聹

上海市地面沉降监测技术

陈华文

(上海市地质调查研究院,上海 200072)

[摘 要] 近年来,通过引进自动化监测、GPS、GIS等技术,上海地面沉降监测技术有了显

著的提高。在分析基岩标、分层标的长期运行资料基础上,优化了其设计与施工技术;通过多期的GPS复测研究,总结了《地面沉降GPS测量技术规程》。针对不断变化的社会需求优化地面沉降监测方案,加强了地铁、防汛、桥梁、高架道路等重要城市基础设施的沉降监测,积极参与城市建设与管理,为城市建设与管理解决具体问题。

[关键词] 上海市 地面沉降 基岩标 分层标

1 上海地面沉降监测工作发展

20世纪60年代初,由于上海市区大规模集中开采地下水,造成了严重的地面沉降灾害。1961年上海市地质勘察局工程地质大队利用已有的深水井建立了初期的地下水动态观测网,1962年开始埋设基岩标、分层标组,开展市区范围的面积水准测量,监测市区地面沉降及其时、空变形规律。在20世纪70、80年代分别对地面沉降监测设施进行完善与补充。截止1985年在市区及近郊区已先后埋设了基岩标21座、深式分层标17组、地面水准点752座及孔隙水压力测头20组,全市地下水动态监测网共布设了地下水位监测井650口,形成上海市地面沉降动态监测网。

1985年后由于受大规模城市建设影响,地面沉降监测网络受到了较大的影响。上海市政府、市建委非常关注地面沉降监测网面临的问题,在专家论证基础上批准了原上海市地质矿产局上报的《上海市地面沉降监测网络修建规划(1995~2000)》的工作方案,1996年上海市人民政府出台了《上海市地面沉降监测设施管理办法》。目前,上海市地面沉降监测范围从原来的市区和近郊区扩大到了全市,形成了由地面沉降监测站(基岩标分层标组)、地下水动态监测网、精密水准监测网、GPS地面沉降监测网组成的地面沉降监测网络(表1)。

表1 上海市地面沉降监测网络情况表

设 施 名 称 基岩标

地面沉降动

态监测网 地下水动态

分层标组

单位

数 量

1995年年

备注

地面沉降监测站共25座 组座300

650

水准监测网2地下水动态观测孔

自动化监测系统口

监测网 GPS地面沉降监测网 地面沉降科普馆

孔隙水水位观测孔 自计水位仪

基准站/一级网/二级网

组套

高精度GPS仪器6

座台套

2001年投资建设

座2 常规地面沉降监测技术在城市化地区仍起到重要作用

2.1 通过面积水准测量全面了解地面沉降发展动态

目前,常规监测技术在上海市地面沉降监测与研究工作中仍起着重要的作用。区域地面沉降动态监测为面积水准测量,以基岩标构成一等精密水准网络,以二等水准测量路线组成地面沉降监测线路,在年度地下水开采峰期结束后施测。通过制定年度、阶段地面沉降等值线图,可以较为全面地了解监测区地面沉降的动态发展规律,对地面沉降发展趋势、防治措施有较为准确的把握(图1)。

图1 上海市中心城区地面沉降等值线图(1996-2000)

2.2 分层标测量掌握地面沉降规律,确定针对性的地面沉降控制方案

土层分层沉降监测以分布于全市的31座地面沉降监测站为主体,其中25座位于中心城区内。地面沉降监测站以基岩标为基准,由根据水文地质、工程地质条件设置于不同深度土层的分层测量标志、各含水层地下水监测孔、孔隙水压力孔组成。所取得的地下水—土层变

形资料,是对定量分析地下水位、土层变形的规律、影响因素及机理的基础(图2)。通过对各含水层地下水位变化、土层变形动态规律的分析,可以确定影响地面沉降的主要因素及其权重,提出具体的地面沉降防治方案。

图2 上海中心城区承压含水层地下水位、土层变化特征

(A、B、C分别为劳动公园第二、三、四承压含水层,D为华漕第五承压含水层)

如20世纪90年代,上海中心城区地面沉降速率呈现不断增大的态势,当时各方面对地面沉降因素存在不同的看法。地面沉降分层标资料的分析,清楚地表明,80年代中心城区第四含水层地下水位在-15.0~ -26.0m之间,沉降量为3.0mm/a;90年代随着地下水位下降至35米的过程中,变形速率逐渐增大至11.21mm/a,第四含水层对中心城区地面沉降的影响权重由32.3%上升到49.27%;与此同时,全市地下水开采量由1.2亿增加到1.5亿立方米,其中第四含水层开采量占65%。显然,影响地面沉降速率增大的主要因素为地下水开采量增大。针对此主要影响因素,重点压缩第四含水层的地下水开采量,2000~2003年中心城区平均地面沉降由12.27 mm/a下降至9.60 mm/a。

3 新技术方法在地面沉降监测中的应用

3.1 GPS技术在区域地面沉降监测中的应用

上海自1998年开始进行应用GPS技术监测地面沉降的可行性研究,2000~2003年先后完成了上海市的地面沉降GPS监测一级网建设、地面沉降监测网规划及平差计算研究、地面沉降GPS一级网监测试验总结等多项工作。上海市地面沉降GPS监测一级网已进行了6次复测,在多次复测中不断摸索经验,规范操作规程。目前,上海地面沉降GPS一级网共有36个监测点组,投入6~10台Ashtech Z-Surveyor GPS接收机,测量时段长12小时,采用GAMIT专用处理软件计算,利用GPS技术监测地面沉降的研究取得一定的进展(图3)。

图3 上海市地面沉降GPS测量累计变形量等值线图(2001.1~2003.11)

⑴ 地面沉降GPS监测结果,与全市水准点复测得到的地面沉降等值线图的趋势基本相同,反映GPS技术监测大范围地面沉降的可行性。为了验证GPS观测结果的准确性,选择了华漕、桃浦、外高桥、北蔡、顾路、唐镇、华亭、嘉定、白鹤、朱泾等10处其近旁置有GPS观测墩的基岩标作为基准点,以一等精密水准测量对比GPS监测点,相同监测点的GPS、一等精密水准结果,最大差值为2.1cm,其余各点之差值均在1cm以内。六次观测得到的五次变形量,GPS测量与精密水准本次变形相比较,计算的总标准偏差为±1.3cm;对比统计数据表明,获得的GPS大地高的准确度与天津市用7年资料计算获得的±1.2cm相近。

⑵ 通过GPS测量监测点大地高变化,监测地面沉降的精度目前可以达到1cm,适用于

沉降速率较大或一定时间间隔的大范围地面沉降监测。从GPS监测点大地高变化情况看(图4),GPS地面沉降监测对于捕获较大的变形量比较适宜:对于大于3σ的变形量能够很准确的捕获,但接近或等于1σ(标准差)的变形量则难以准确捕获。相似结果在美国休斯顿Harris-Galveston地区、台湾地面沉降GPS测量结果基本一致。

图4 地面沉降GPS一级网部分监测点大地高变化

3.2 自动化监测技术在实时地面沉降监测中的作用

在中国地质调查局、上海市房地资源局支持下,自2000年开始逐步引进自动化监测技术,目前已完成8座地面沉降监测站的自动化改造。地面沉降自动监测系统主要采用联通管原理,测量分层标体沉降导致的液面变化,精确测量土层分层沉降变形(图5)。

图5 测点与仪器组成结构示意图 从目前已投入运行的8座地面沉降自动化监测系统的情况看,精度与运行效率可以满足地面沉降研究的需要(图6、7)。

图6 华漕地面沉降自动化监测站各土层沉降历时曲线

图7 华漕地面沉降监测站地下水位变化曲线

4 地面沉降监测工作服务于上海城市发展

4.1 积极参与城市建设与管理,努力把握城市发展对地面沉降监测与研究工作的需求

地质环境是城市发展所依存的自然空间,而地质灾害则是自然与人类活动共同作用的综合表现。通过积极参与上海城市建设与管理工作,我院较为准确地把握了上海向现代化城市发展过程中地质环境所表现出新的特征与趋势,及时调整了地质环境监测工作的重点。近年来,先后参与了地铁交通网、浦东国际机场、磁悬浮列车、洋山深水港及高速公路网的建设。

地面沉降灾害降低防汛墙、海塘等防汛设施的防御能力,不均匀沉降对轨道交通线产生明显的影响,有关建设与管理部门十分希望地质环境监测能够提供有益的帮助。近年来,将地质环境监测重点调整到具有较大影响的轨道交通、大桥、城市防汛等方面,努力将地质环境保护与地质灾害防治纳入到上海城市规划范畴。2001年我院与上海市城市规划设计研究院共同完成了“城市地面沉降对规划制定与实施的影响研究”,该项目获2002年度上海市科技进步二等奖,目前正进行将地质环境指标纳入城市规划体系的定量化研究工作。 4.2 及时调整地面沉降监测工作方向,解决城市建设与管理中的具体地质问题

针对城市建设与管理中的具体地质问题开展了专题调查与研究。在上海市建设委员会与上海市房地资源局支持下,先后开展了“地铁一、二号线地下空间开发与地质环境相互作用研究”、“地面沉降对城市防汛(涝)影响的调查研究”,围绕地质环境变化对城市生命线工程的影响进行了调查与评价,提出了在地铁、防汛规划与设计中避免地质灾害影响的对策措施。这些地质环境监测与研究成果,已在地铁建设、新一轮黄浦江两岸规划防汛标准制定等工作中得到实际应用,进一步提高了城市地质工作的认知度。 4.3 扎实工作,努力做好政府地质灾害防治决策的技术支撑。

提高地质环境监测效率,制定合理的地下水开采与人工回灌计划是防治地面沉降的根本保证。为合理地开发地下水资源,在地面沉降与地下水动态监测与研究基础上,根据上海市房地资源局要求定时报送“地面沉降动态简报”(季、年报);通过地面沉降趋势研究与预测,在每年末编制下一年度的“地下水开采、回灌实施方案”,报上海市政府批准实施。

为进一步发挥地质环境监测与研究成果的效用,加强地质灾害防治,我院积极参与了建设用地的地质灾害评估工作,做好政府决策的技术支撑。在上海市房地资源局指导下,完成了《上海市地质灾害区划研究》、《建设用地地质灾害危险性评估技术标准》的研究工作,使此项工作更加规范化、合理化。近年来,我院完成了二十余项市重点工程的“建设用地地质灾害危险性评估”工作,有力地保障了工程建设的顺利进行。

范文三:地面沉降监测施工方案 投稿:宋讋讌

離島醫療綜合體-綜合服務行政大樓樁基礎工程

地面沉降監測施工方案

目 錄

1、工程概況

2、沉降監測的基本要求

3、具體施測程式及步驟

4、監測中應注意的問題

5、人員安全防護措施

1、 工程概況

本工程離島醫療綜合體-綜合服務行政大樓樁基礎工程,位於路氹鄰近石排灣水塘處。工程包括鑽孔灌注樁、508鋼管樁、鋼板樁以及止水帷幕。

2、沉降監測的基本要求

①、儀器設備、人員素質的要求

本項目沉降監測使用的是南方測繪(SOUTH)製造的NTS-341R10A型號的全站儀(檢定證書與校準證書詳見附件一),測量人員為我司專業測量管工,熟練掌握全站儀的操作,對監測過程中出現的問題能夠分析原因並合理解決,做到按時、快速、精確地完成每次監測任務。

②、監測頻率的要求

根據合約圖紙的要求,所有地面沉降監測點必須在樁施工期間每日監測。 ③、監測點的要求

根據合約圖紙的要求,共設置十九個監測點(監測點位置圖詳見附件二)。 ④、沉降監測的原則

沉降監測依據的基準點以及沉降監測點的點位要穩定;所用儀器、設備要穩定;監測人員要穩定。以上措施在客觀上儘量減少監測誤差的不定性,使所測的結果具有統一的趨向性,保證各次複測結果與首次監測的結果可比性更一致,使所監測的沉降量更真實。

3、具體施測程式及步驟

②、建立固定的監測路線

由文件“5159/GDI/2015”(詳見附件三)確定沉降監測點位置坐標所採用的控制點,在控制點與沉降監測點之間建立固定的監測路線,並架設儀器網站與轉點

處作好標記樁,保證各次監測均沿統一路線。

③、沉降監測

根據編制的工程施測方案及確定的監測週期,首次監測應在監測點安穩固後及時進行。首次監測的沉降監測點高程值:要求每個監測點首次高程應在同期監測兩次求平均值。每次監測同一批監測點應作往返監測並應一次完成。

④、將各次監測記錄整理檢查無誤後,進行平差計算,求出各次每個監測點的高程值。從而確定出沉降量。

⑤、統計表匯總

根據各監測週期平差計算的沉降量,列統計表(詳見附件四),進行匯總分析。

4、監測中應注意的問題

①、嚴格按測量規範的要求施測。

③、各次監測必須按照固定的監測路線進行。

④、監測時要避免陽光直射,且各監測環境基本一致。

⑤、成像清晰、穩定時再讀數。

⑥、隨時監測,隨時檢核計算,監測時要一氣呵成。

5、人員安全防護措施

①測量人員進場前先進行工地職業安全健康培訓;測量人員于工地內必須配備安全帽、安全鞋、反光衣。

②測量工具必須固定於平坦、穩固的位置方能操作,與各類大型機械保持安全距離、與邊坡及孔洞保持安全距離。

沉降監測點佈置圖沉降監測點:

GS1~GS19共19個

水塘

沉降監測點座標

沉降監測點座標

點號

GS1

GS2

GS3

GS4

GS5

GS6

GS7

GS8

GS9

GS10

GS11

GS12

GS13

GS14

GS15

GS16

GS17

GS18

GS19M22703.63922729.39822746.33122763.18622780.37122797.21722818.57822819.72122820.30822820.87322821.70322800.28722781.56522763.17922744.58722706.91922706.18922705.69522704.992P11608.15211607.89911607.73211607.56611607.39611607.23011607.01911626.87811639.90711652.46711670.91011671.87411672.71611673.54411674.38011676.07611659.85311648.86611633.253

No.:1

2345678910111213141516171819Project :

Subject :

Point No.

Easting

Northing

Initial Level

Initial Date

1

1

1

1

1

1

3‐Jan‐164‐Jan‐165‐Jan‐166‐Jan‐16GS1GS2GS3GS4GS5GS6GS7GS8離島醫療綜合體-綜合服務行政大樓樁基礎工程GS 1 & GS 19 Settlement MarkGS9GS10GS11GS12GS13GS14GS15GS16GS17GS18GS19GS1GS4GS7GS10GS13GS16GS197‐Jan‐168‐Jan‐169‐Jan‐1610‐Jan‐1611‐Jan‐16GS2GS5GS8GS11GS14GS18GS3GS6GS9GS12GS15GS17

Point No.

Date /Time

4-Jan-16

5-Jan-16

6-Jan-16

7-Jan-16

8-Jan-16

9-Jan-16

10-Jan-16GS1Level(MSL)DiffmmGS2Level(MSL)DiffmmGS3Level(MSL)DiffmmGS4Level(MSL)DiffmmGS5Level(MSL)DiffmmGS6Level(MSL)DiffmmGS7Level(MSL)DiffmmGS8Level(MSL)DiffmmGS9Level(MSL)DiffmmGS10Level(MSL)DiffmmGS11Level(MSL)DiffmmGS12Level(MSL)DiffmmGS13Level(MSL)DiffmmGS14Level(MSL)DiffmmGS15Level(MSL)DiffmmGS16Level(MSL)DiffmmGS17Level(MSL)DiffmmGS18Level(MSL)DiffmmGS19Level(MSL)Diffmm

范文四:地面沉降灾害及形成监测 投稿:万避邀

第5卷 第29期2015年10月

勘察测绘

CONSTRUCTION

地面沉降灾害及形成监测

彭红明1 王占巍2 张心勇3

1.青海省环境地质勘查局 西宁 810007;2.青海省地质调查局 西宁 810007

3.黑龙江省第二水文地质工程地质勘察院 黑龙江 150030

摘 要:世界各国一些城市由于地下水过量开采而产生地面沉降的情况十分普遍,本文回顾已有的一些地面沉降预测的理论与方法和控制地面沉降的有关措施。对正在发展中的大中小城市有计划地开采地下水资源,预测防治地面沉降有一定的参考价值。

关键词:地面沉降;地下水;回灌;沉降预测;沉降控制中图分类号:U469󰀁一、引言

地面沉降是近年来我国和世界上许多城市出现的重要的地质灾害之一。由于地下流体被抽取所引起的地面沉降主要包括:(1)石油和天然气的开采;(2)地热或蒸汽开发;(3-)地下水的大量开采。此外产生大面积地面沉降的原因还有季节变化引起地下水位变化、潮汐引起沿海地区的地下水位变化、大面积植树导致地下水位下降、黄土湿陷、采矿扰动等。本文主要讨论由地下水位变化引起的地面沉降。

二、典型地面沉降及其控制2.1地面沉降发展概况

据统计,我国发生地面沉降且灾害影响显著的城市约有50座,其中上海、天津、西安、无锡、常州、宁波、大同等最为严重[1]。国外地面沉降的现象同样较多,美国的拉斯维加斯由于过量抽取地下水,地裂缝发育,导致建筑物拉裂破坏严重。美国加州的Wilmington油田由于油气开采产生了9m的地面沉降;新西兰的Wairakei地热发电厂由于地下热水大量抽取,引起了6~7m的地面沉降;由于地下水的超量开采,墨西哥的墨西哥城和美国的SanJoaquin Valley都产生了9m的地面沉降,泰国的曼谷,自1960年以来,由于大面积开采地下水导致软土层固结而引起地面沉降,并成为较为严重的地质灾害。在20世纪80年代初,其沉降速率最大可达到10cm/a,使得不少地区的地面已经低于海平面,导致排水系统失效,在高潮水位时或梅雨季节洪涝灾害泛滥[2]。

表1和表2分别列出我国和世界上其他国家地面沉降较严重的城市、地区的沉降情况。

表1 我国地面沉降较严重城市一览[1]

城市

天津上海沧州苏州常州无锡唐山嘉兴福州宁波湛江南通

沉降m2.782.71.1311.0561.051.00.8010.750.6790.450.4130.3面积km21300850——1502001001100600——120————

表2 世界上地面沉降较严重地区一览[1]

沉降

地点最大沉降m压缩层m范围沉降发生期

防治措施

km2澳大利Latrobe

1.6(1966)10~3001001961~1978

回灌、控制地下

上海3~3001211921~1965水开采、调整抽

水方式台北1.9(1974)10~2402351955~1974控制地下水开采英国Cheshir1.5(1977)

15001933~1977减少地下水开采

意大利PoDelta3.2

100~60026001951~1966控制地下水开采

日本东京0~40034201918~1978减少地下水开采日本大阪0~4006301935~1970减少地下水开采日本Niigata0~10004301957~1978回灌,减少地下

水开采

新西兰Wairakei

7(1975)250~800

30

1952~1978

——文献标识码:A

沉降

地点最大沉降m压缩层m范围防治措施km2

南非FarWestRand9

3~200

7

1961~1978

回灌美国Stanfield3.6(1977)50~3507001959~1975

——美国Eloy3.8(1977)50~35010001950~1978——美国SantaClara4.1(1975)50~330

6501918~1970

回灌

美国SanJoaquin9.0(1977)60~90062001930~1975减少地下水开采美国Houston60~90012001943~1978减少地下水开采墨西哥城

9.0(1978)

0~50

2251891~1978减少地下水开采

2.2地面沉降控制措施

地面沉降会导致城市地面高程损失,导致城市抽水井损坏、建筑物倾斜或下陷、地下管道功能失效;使沿海城市的排洪受阻,风暴潮的抵抗能力减弱,同时还有可能导致海水入侵。控制地面沉降的措施主要包括减少地下水开采量、地表面渗水、地下水回灌、截水墙等。但是最为有效的措施有两个,一是限制地下水开采量,另一个是回灌地下水,抬高地下水位或承压水头。

上海是我国地面沉降最严重城市之一,早在1921年就有法线有地面沉降。随着地下水开采量的增加,在1956~1959年间,沉降速率达到最大,为98mm/a。到1965年,累计最大沉降高达2.63m[3]。累计沉降超过0.5m的地区有121km2,1963年后,采取(1)严格控制、限制地下水开采;(2)回灌地下水,抬高地下水位;(3)调整地下水开采方式,即从原来主要从第2,3含水层开采,到减少第2,3含水层开采量,增加第4,5含水层开采量。等措施后地面沉降速率明显降低。并于1966年市区出现了6.3mm的回弹。

天津市于1959年发现地面沉降以后,随着地下水开采量的增加,地面沉降也日益严重[4]。至1985年,市区地下水开采量达1.0-1.2×108m3/a,地下水位也从开采初期的2.0m左右下降到50~80m,市区的年平均沉降达到70~80mm。自1986年开始,天津市采取措施,减少地下水开采量,并且实施地下水回灌,有效地控制了地面沉降。到1988年年平均沉降已减少到24mm,有些地区甚至出现了地面回弹。

国外研究发现大面积的植树会引起树林及其邻近地区的地下水位的严重下降,而当树林被大面积砍伐之后,地下水位会上升进而导致地面回弹,虽说这些会导致建筑物结构破坏,但也对我们控制减少地面沉降有一定的借鉴意义。

三、地面沉降形成机理

天然沉积的土层,在漫长的地质年代中,有的是在很早以前形成的,有的是在近代沉积的。一般沉积年代较长的土层相对埋深较大,承受上覆压力大,经历的固结时间长,土层比较密实,压缩性较低。土层在地质历史过程中受到的最大固结压力作用(包括自重和荷载)称为前期固结压力。实验证明当施加在土层上的荷载小于土的前期固结压力时土层变化较小,这一段曲线为基本为一水平线,但是当荷载

勘察测绘

CONSTRUCTION

超过土的前期固结压力时,土层会有显著的变形(图1)

图1 土体固结曲线

因此可以把土的前期固结压力视为土层在荷载作用下其变形性质发生变化的临界指标。据此,牛修俊等认为[4],土层存在一个临界水位,当水位低于该临界水位时,土层应力就超过前期固结应力,从而产生较大沉降。因此,临界水位可作为控制地下水开采量的依据。

四、地面沉降的监测和预测4.1地面沉降的监测

D-InSAR(雷达差分干涉测量)技术是近几年迅速发展起来的新技术,它使用雷达信号的相位信息提取地球表面三维信息,用于监测雷达视线方向厘米级甚至更微小的地球表面形变。

目前,国内外的学者在利用D-InSAR技术研究区域地面沉降方面已取得了很好的成果[5]。2003年,荷兰Delft大学的Jorn Hoffmann研究了California地区Antelope山谷由于抽取地下热水资源发电而导致的地面沉降;澳大利亚新南威尔士大学的Rizos和葛林林等人则利用其监测澳大利亚煤矿开采引起的沉降;2000年天津市控制地面沉降工作办公室和荷兰Delft大学合作,利用ERS—1/2卫星数据与天津已有的部分水准资料对比,两种监测结果的一致性很好,表明D-InSAR可以用于天津地区的地面沉降监测;2001年香港理工大学的丁晓利、刘国祥、李志伟等人通过D-InSAR来分析香港填海地区及香港新机场(填海建造)的地面沉降,取得了很好的监测结果。

4.2地面沉降的预测

较准确地预测地面沉降的大小和沉降速率是非常重要的。可以根据其大小采取相应措施,使损失减小到最低,同时又可最大限度地开采地下水。由于地层中流体被抽取而导致的地面沉降的计算方法很多,有的复杂,有的简单。概括起来有三类,即经验方法、半理论方法和理论方法。

(1)经验方法

主要依据已有的观测资料,建立地面沉降与某种和沉降密切相关的因素(一般为时间)之间的相关关系,以预测地面沉降量。这种方法一般只能用于观测资料建立的地区的地面沉降的预测。相应的相关关系可用线性方程来表示:S=at+b,式中,t为时间,a,b为常数。同时还可以建立地面沉降与地下水开采量或水头的降低之间的相关关系用于预测未来地面沉降。这种方法简单,有效,对有观测资料的地区很有参考价值。

第5卷 第29期2015年10月

(2)半理论方法

地面沉降速率与水位变化量成正比关系,即

ds

dt

=k(p0−p)式中:S为地面沉降量,t为时间,p0为参考水位,p为水位,k为常数,该理论公式表明,存在一个参考水位,如果水位恢复到参考水位,将没有沉降发生。(3)理论方法

绝大多数理论方法都是以太沙基的固结理论为基础的。“深度-孔隙率模型”和“隔水层排水固结模型”是两个预测地面沉降的典型的模型。深度-孔隙率模型认为,地面沉降主要是由于含水层孔隙水被抽取,从而含水层压缩而引起;隔水层排水固结模型则认为,地面沉降除了由含水层压缩而引起外,更主要的应是由于隔水层排水固结而产生,该模型直接应用了土力学的土体固结理论。由于地面沉降的非线性性质,缪俊发等[6]建议利用粘弹性地面沉降模型,并给出了一维变形条件下的解析解。通过与实测的地面沉降资料对比,表明粘弹性地面沉降模型能较好地预测由于地下水位下降而引起的地面沉降。

经验方法和理论方法各有优势,经验或半理论的方法,能提供沉降与其他一些可观测的现象之间的联系,但必须积累有一定数量的观测数据;理论方法则需要有室内或现场试验提供的地层性质参数。实际应用时,应根据具体情况,选定合适的方法。

五、结语

地面沉降主要由人类活动引起,具有长期潜伏性特点,人们在进行城市建设和各种生产活动时极易忽略。由于不了解或未预料到其潜在的危害性,很多部门在制订计划时往往未考虑地面沉降影响或对其重视程度不够,导致目前国内外许多城市,都存在一个合理开发地下水、控制地面沉降的问题。随着城市化进程的进一步发展,这个问题会日益突出、准确的预测,采取合适的措施控制地面沉降就显得更有意义。

参考文献:

[1]朱俊高,陆晓平,大面积地面沉降研究现状[J],地质灾害与环境保护,2001,(12),12:74-79.

[2] Poland J F. Mechanics of land subsidence due to fluid withdrawal[M].G uidebook to Studies of LandSubsidence Due to GroundwaterWithdrawal, Ed. By J. F. Poland, Book Crafters Press,1984:37-54.

[3] Shi L,Bao M.Case history No.9.2, Shanghai, China[M].Guidebook to Studies of Land Subsidence Due to Ground-waterWithdrawal,Ed.By J.F.Poland,Book Crafters Perss, 1984:155-160.

[4]牛修俊.天津市治理地面沉降主要措施分析(M).环境地质研究[M].地展出版社,1993,105-110.

[5]段永侯.我国地而沉降研究现状与21世纪可持续发展[J].中国地质灾害与防治学报1998,(5);l-5.

[6]缪俊发,吴林高,王璋群.大型深井点降水引起地面沉降的研究[J].岩土工程学报,1991.60-64.

文章被我刊收录,以上为全文。

此文章编码:2015O   

5704

地面沉降灾害及形成监测

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

彭红明, 王占巍, 张心勇

彭红明(青海省环境地质勘查局 西宁 810007), 王占巍(青海省地质调查局 西宁 810007), 张心勇(黑龙江省第二水文地质工程地质勘察院 黑龙江 150030)城市建设理论研究(电子版)ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2015(29)

引用本文格式:彭红明.王占巍.张心勇 地面沉降灾害及形成监测[期刊论文]-城市建设理论研究(电子版) 2015(29)

范文五:区域地面沉降监测与分析 投稿:毛簫簬

第 83卷 第3期 2 0 1 5 0年5  

月现

测代

 

V 1 o . 83 No . .3  M

a y  20 1 5  

oMd e rn   Su v er yi ng  a dn M ap p in g

区   域 面地 沉降监 与测 分析  陈

红 权  , 孙军荣  , 郭   。威 

(1 .江 苏 地质测省绘 ,院 苏江南京 120 0 80; 2 .京天南 远政测绘 市限有司公, 江苏 南 京21 0 0 10 ;  3 .苏省江质矿地调产查研 究 ,所江苏 南 京2 10 0 4 )  

9 要 摘以 苏南 某 域 沉区降 测 成监果 为依 据 , 分 了该 析地自 然地 、理区 域 地 质、 水文 地质 及 地下水 开采 对 面地 沉 降

的综

合影 响 , 最后 对 要 由地 主下 开 水采引起 的 面 沉 降地提 出 了 控 建制议 。 主 要结论 对 类 区似域的 面地 降沉控 制  

有一

定指

导意 义。  地面 沉降地下水 测监 

关词

键 中分 图 号 类 : 2 P 弱

文献标

识 : 码B  

文章号 编: 1 6 724 0 9—7 2(0 1 ) 5 0 3—00 5 —06 3

 1

   引言 

从上世 纪 80 代年本 到世 初 纪 ,苏南 经 建设 济的

  2 3.  区域 质地与水 地 质 

文该

地 区 地 质构 造 属隶于 国我 东 扬 子 部古 陆  大江南 褶带 ,断 处 下 扬 子 于 皱褶 带虞山断 束与 荡口一 白 茆 束 断的北 东 。境端西 、 境 北 隶 属于 生代 隆起中 区 的 皱褶 分 ,部 新 构造运 动 中呈 差现异 性 沉 降 在  平,缓 地的面上偶 有残丘 分 布。 南境、 境 东 归 属中 生 代  的 陷 区坳 , 积堆深较 厚, 有 的原地 质构造 几 乎全  

被 部盖 , 地覆面低平 , 多 湖见荡 流 河  。根 区据 内域 下 地水 赋的存 件条 分 可 松 为散岩   孔类隙 水、 碳 酸盐 岩类 裂隙 溶 水 和基洞岩裂 隙 3水 

速高展伴发随长了 超期开量采下地水源资 , 区在  内域及周 边地区 引发 了 较为 重严的 地 面 沉地降 灾 质

。害 200 0 ,年 苏江省 人大常 会委对 苏 锡 常 深层 地   下 水 源颁 布资了 禁 采令 ,禁 采 令 实 施后区 地内下 位水 

显明上 升 态势 地, 面 沉 降 展 趋 发 势得 到 效有控  制 。 了为全面 握掌 区域内 地面 沉降 速 率 , 立 区建域

 地 沉 面降 测监系 统 。 201 1年 一 O 122年 期 ,间 我 

苏南受某市委 托, 通过密水准测量精的法测方定  面 固定地点 的 高程 再, 与 历 资 史料 较比分 , 析利用   计方统法定确了地 面降沉值, 为数

相关门决策提部供 

技 了术保 障  。

大类 , 其 中松散 类岩孔 隙水 自 浅深 至划 分为可潜 

水 微、 压承水 和 第承工压 水 、 第Ⅱ承 压 水 和第Ⅲ 承 压 水 等 5个 含 层 水 。组区 内域地 下 水 开采 ,多 第 

在、 1、Ⅱ 承Ⅲ压 水含 层 水 。组  

2 自 然理地概 况2

. 1   然自地 理条  件

3 地

水下开概况 

区采 域内 下水地 开采 始 于2 0世 7 O年纪代 初 , 当 

域位于 江长新 三 角洲 平 和原太 湖 平 原 分界  部位 , 西 东最大 间 距 5 1 k m ,南 最北 大 距间 83  km , 

域区总面积 约 13 00   k  m 除, 个别孤 山 丘残 外 ,均 为

 

主时 要采 开浅 地层 水下 井深,一 在 5般  m~ 1   5 左m  右 随。着 乡镇 企业的快 速 发展 , 因层浅 的水 污 染影 响,

地水下 采 向开 深层发 ,展深 层 地 下 开水采 井   数 年 逐增 加, 采开 量逐 增 大年。9 O 年代 中后 是期 下 地水开 采 高期峰, 区域共全 有 深井4 70口,年 开 采总量  为4  4 3 6  0 0 0  。 m,1 3 开均 采量 为 12   15   m。0 ,至 2 0 50 

平 开 坦 的沉阔积 平 原。 体 主山要 为 泥盆纪 五 通 组

志 和留纪 山茅石 英 组 岩砂 、 粉细 岩 组 成 砂的 斜 单断 

块。区 域内地 面高 在程   m2以下 的约 占 3 5   , 其中  1 . 5 m  程 以高下 的约 占 1 7   9 / 6 这, 部 低 洼地分区 容 

易在 雨季 受浸到蚀 。  2. 2 象水 文气 况情 

后深 以井 止开停 采 。 图1为区域 内 地 下 水采 量 

开变 的 。化 

4 精水准测密 

量 . 14 水准 网的布  

区域设位 于我 北国亚 热 带 的沿海 区 , 域 有季 风盛 

,四 分 明 季 日光 , 充足, 雨 水 沛 , 充雨 热同期 等 特  征。 年 均 平照日时 数 12 30 2.  , 占h可 照 数 的时 4

8   ,内年 平区 气 均 1 温5. ℃ 4, 最温高度4 0 . 1℃,  

精 等水准 监密测网 共 设 1 4布 3个 (点 包含、明 

暗标 或 主 辅、 志标 ), 其 中有 算点 起 座3 新,埋设二 等  基 水岩 准点5 ( 座如 图2 所 示), 利用点老7 3 座 、新

最低 温 一度1 1 . 3℃。年 降 雨量 一 般 在8 00 mm~ 

1  25 0   mm之 间 。 

设二等 临 时水准点 33 个。 

65 

54    4 3   32  2 1   1 

测绘 

第 3

8 卷 

可 忽略 不计 。 其中测

段往 、返 向观 测 符 值不和 符 合路

线 闭及 合路线 闭的合差 如 1 、表 表 2示所。 

表 1  测往 、 段返 向 观不 测 值符 间区 统计 表 

吕  

咖湖 咖咖    咖湖 咖湖 o

 卿 

隹{ ∈  

 豢 誊 口     豢襄    誊  口 豢  善 0 吾  0 营  0   謇 0   誊   

…0…  

备注

:表 中 △的为二水等测准段、往返 向 测观 不值符允 许值,  

年代 

△即 ±4 一  m√, m k为测段线长度路 ,单位 千为米。

 2表环 (附 )合 路 闭线合差 区 间统 计  表

图1  区 域 地 内下水开 采量 化变图 (1 9 8 5 年 ̄2 0 0 5)年

 备

注 表 中 :的w 为 二 水 等 准 测量 合 闭差允 许 值,即  

±4 一 E  mVm, L测为路段长线 度,单 为位米千。  

4. 3 . 2平 差 主后要 度精指 标 

准 网用水清 华山 维 控 制 网 差平 序 程进 行严   平密 计差 算, 水准 平网 差后 要精主度 标指 如 下 : 每 公里 水准 测量 全误 中差: Mw:± . 20 0   m 

m 2图深 层 钢管基岩 标实景 图

 每公 里

水测量准偶 然 误中 差:M =±AO . 55  m 

m 水准观测 前 对 测 内计 区划 线 路上 的所 有等 级  水准 点行 进详了细 勘 ,踏凡 石标 、 志 标 好 且完能 满  足观测 要求 点 均的 加以用 利。根 起 据 点算、 新 埋 设  的水 准和点旧有水 准点 的分 布 况情以 道及路交 通 等 况布状成设由 20个结 点 、 1 1 个环、 条 附合2线 组成 

的二等路准水网 成构, 全网 水准路线 长为 总 3 0 .33   km 。 4

2.  外 业 测 

地5 面降统计沉 析 分

域区 内 面地沉 在 降 苏 锡常地 地区 沉面降 的   范围之 内 ,该地区 地面 降 沉发 的 过展 与 地下程 开 采水

量  之 间 存在密 切 的相 互 对 关应 系 。由 于地 水下  强

烈 开采

, 地下 水流场 受 到 干 扰 曾,在一 段时 间 内水  位续 下 持 , 形降成 了规 模 大较的 域 区水位 降 漏 落

, 斗土 层中应力 的态 状遭 也受了 较大破 坏。 

5 . 1 地面沉 降现状  

测观采用 徕 公 司生 卡 产的D NA 3O 数字 准水仪  合铟配钢 字数水 准 标尺进 行 测。 对前 仪 器 和标尺 

按 范规规 定项 进目行 了检 验 。施 测 天 气一 般 为多  云或 阴 天, 风 多向为 北 风 ,风 力 1级 为~3 级 ,最 大 

查阅有 关 资 料 发 现 ,从上 纪世 O8 代年到 020 5

年, 共 从 地 抽 下 水 量取约 5 m亿。 左 右

。早 期 取 水

,浅 补充快 , 假设 05  的 水 可以 后 得先到 上 层 水 的

补充 , 全停 部 采后也 之有还 1O  水 可的 以慢慢得 到

为  4 级, 平时均气 为温 1 2 .2℃ 。观 按 预 先设 计测好

 路线的 进行 测 往段、 返 观 测向 , 路 线 一 般 为柏 油   水或 泥路面 观。 时测由 专 人 打 避伞免 阳 光直 照接 射 

充 , 余补 4 下   0水土层 实压之 后无 恢法复 , 也 就 是  2亿 m

。是 无 法充 的补。水 泥 土与的 比 按 重6   来O   算相计 于当下 地挖去 了 . 12亿m。 体 积的土 。区域  内 扣 除山地 周及边 发不生 沉的降面 积, 按 1 00 0   k m

到 仪器 上 ,保仪器工作持定稳 , 细 节从 上确保 了测

  成量 果的 优良 。

 4

. 3平 计 差 算精与 统 计度

 4. 3 . 1 差前验平 算 

计算

, 地 将 平面 均下降 1 2   c m。检 发 现测 在 抽 水 深 井 周  围出 现 了10   c~m3 0   c m下 的降 个 别,地 区  现出 40  c m 上以 沉 降 ,体总符 合上述推 算。

5  .2 地沉 降面成 的原形因  

差前平 验算了全 部附 条 件合 条2, 合闭条 件1   1, 均 符合条设 计 书规 定 的 要 。测求段 、往 返测 高 差

 加均 了尺 人 长的改 正 ;经计 算, 测 最 大段 正常 水准 面 平 不行 正 改 £0<. 0 1   m , m此正 对改 测观结 果 影 的

量 料资 明 :表苏 常锡地 区的地 沉 降是面 地下 

第 3 期

红权陈等 :区域地面 降监沉 测分与析 

5 7 

过量 开 采 引起 的 。 地面 沉 降是 地 下 层土被 压缩  变 形 后在地表 的反映 , 其形成要 由两主条件个 :  一是 具有一 厚度 压定 性 缩较 高的松 散 沉 积 ,物 是二长 期  超量 采 开下地 。 水  区域内 西 部 各 南乡镇 的第 四系 松 层散厚 度 除  基底 隆起 外区, 一 般 在1 20 m"   -- 6 q0 m  之间时 , 地 

水下的开 采强 度较 大 部,分 段地 长期处 强于烈 开 采  状态 。 根 据 0 20 2年及 近 最一 地 次下水 动态 调 查 资料  

2)任 何地 下 的水开采 会均造 成地 面 不 程同度

 的沉降

。沉降 后之, 难恢很 复, 其上 升量从 准水 测

量地 面程 高 的点化变 看 ,只 能恢 复 1 O  9/ 6左 右 。有 条   件时, 建 议对地 下位水 在仍一 15 m  以下的地 采区取  灌回措 施,使水 和位地面能得 较到 快回升的。 (  3)用精 密 水准 量测 方的 法进 行域

区地 沉面  监降测是 前目 较 为 有 效 方的法 , 目但前只 进 行 了  

分两析,上 各述镇地乡下 水止水静位 在下 4地 0  m  右左,个 别 区 域 地 水 水下位埋 深 超 过 了5 O   ,m 下 水 地 下降位致上使覆粘 性土层释水 , 生产压 缩, 引 起地 面沉降 。 

,期尚难于对 区 域地 面沉的趋势降作出科 学判 ,断  建议相关地方 部门 视此重工作项 ,立建常态化的监   测析 分 机 制。  参

考文  献

6结

论 与 议建

( 1   在)20 0 年5部深井停采全之 后 ,市区地下水 明 上 升显 如,一 棉 纺厂 的 深最 水位 为一 60    my   2 0 0 9  

  妻

北 京:中 国 准标出版 社 2, 006 ・   [   ]孙 艳 尚宏伟, ・ c 型在模基沉地预降中测的应[ 用 J]  

. 。

 

来化看

. 

2 0   03

地 下 停 水采后 , 下 水地位 迅 上 升 , 地 速 面也 

 烹

 

 1 06 - 10   7 . 用 应n   ;  

: 

.  

  …  

…缓在 慢上升 ,但上 不是升均匀的 建 筑, 物 的地多 方

 

和民集中居 区, 下降,大 上升;小空 区、 旷作耕区,  沉 降小 量 ,升快。一般情上况下, 深井停 之采 后 ,地下 水 位 快 回升 ,很 周围 地上 面升, 而 井外 围 的 水 向井   边流动还一有段间时降下, 到地下得水平到衡之停止  才后沉, 若再有下上水层的补充, 地后面始 回开升  

[ 。 4 ]志李星 于 基aMt 1  b计下的算基地降沉测[预刀 .国外  建科材技,2 00 6 , 72( 2 :) 87 8 0—

5 ]赵诗 潦 土 地 沉基降量 变权 组重合预 测 的究[ 研 ]D .  黑 江龙 东:j匕 林业大学 2, 0 7 .0  [ 6] 方. 星野宝法某软在基段沉降预测的中应 [用 ] J. 科技  新创报导,2 0 90, ( 17) : 3 5,5 5 ・ 

oMn i t r i on   g n da  Ana l y s i s o n R eg io n l   aG o r un   d u S sbi d e nce  

CHE N  Ho g n— qu a n , S U  NJ un - or n g   ,U G  OWei  

(。1 J i .a n g su  G e olo g i   S cur ve y i n g   n da  a pMp i n  gI ns ti t u t e, a Nn j i ng   J i ang s u  2 10 00 8,C h n ia,   2 .

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Ab s  tr a c t By   a n   e x a m pl e  ofr   o e n   r a e a  n i t   eh  o u sth o f J   a in gs u,th e i  fn lu e nce  o f g r o u n d  s ub s i d e n ce  i s a   na l y ze  db y  m e n s a o  f  n

a tu r al  g e o rga p yhr, e gio n l a  ge o olg ,h yyd r o eg l o ogi c a l  a s   w el l   as  gr u n o dw t ea  r x e l opi t ta i on  i n  t h s i a  re a.So me   s u g g se i otn s   ba o ut   r o ug d  n su b i ds enc e  w h ich   a cus d e  b   ygr o u ndw a te r   ex p ol i a t tio   anr e   p tu f o  rw ra d .hTi s   c o n c lu s i o  nh a s   s o me   g i u i d n g  s gin i i fc an c e  i n 

范文六:地面沉降监测网络及其规划 投稿:贺凹出

五、地面沉降监测网络及其规划

(一)监测网络现状与评价

现状 长江三角洲地区是我国开展地面沉降勘察、监测、研究最早的地区。自上世纪六十年代以来,为进行上海市地面沉降调查,开始系统的建立地下水动态监测网,兴建或利用已有地面水准点进行地面沉降监测,逐步建立基岩标、分层标监测不同土层的变形特征。至上世纪九十年代上海地区在市区和近郊区已先后建立了由752个水准点组成的Ⅰ、Ⅱ等精密水准测量网,控制面积为1600km;设置了21座不同结构类型的基岩标、17组深式分层标;埋设了20组共216个孔隙水压力测头;由492眼井组成的地下水动态监测网,按1/20万比例尺覆盖全市。通过这些观测设施的多年系统观测,为上海市区和近郊区地面沉降研究,提供了极为丰富的第一性资料。近年来,上海市政府加大了对地面沉降的防治,颁布了上海市监测设施管理办法,使地面沉降监测和控制逐步纳入法制管理体系,同时在上海全市范围内共布设38座基岩标,48组深、浅不同的分层标,450座普通水准点,330眼地下水水位监测井和150眼水质监测井,成了由9个环(浦西5环,浦东3环,浦东、浦西联测1环)组成的地面沉降一等水准网、二等水准测线。

表17 上海市市区地面沉降水准监测网络统计表

等 级

浦西

I等

浦东 共计 浦西

II等

浦东 共计

条 数 22 8 30 45 4 49

总 长(km)

240.7 115.61 356.31 289.09 40.8 329.89

实控点数 131 36 167 165 19 184

2

苏锡常地区地下水动态监测网始建于上世纪八十年代初期,并随着各类水工环调查评价工作的展开,得到了不断补充。上世纪九十年代对原有网络进行调整,新设了50余口观测井,使地下水长观井达到184眼,其中国家级井23眼,省级井147眼,地区级井13眼,其它1眼。其监测目的层涵盖了地表及地下各个含水层。

表18 苏锡常地区地下水动态监测井监测情况表

监测目的层 地表水 潜水 微承压水 Ⅰ承压 Ⅱ承压

监测井数(眼)

2 12 1 22 122

监测目的层 Ⅲ承压 基岩裂隙水 岩溶水 其他 合计

监测井数(眼)

11 6 6 2 184

杭嘉湖平原地区地面沉降水准测量工作得益于上世纪未水利部门因水文监测及太湖流域治理工程所需。1988—1995年浙江省地质环境监测总站对嘉兴市区地面沉降进行了系统监测,控制面积200km。水准测量频率每年1~2次;1998年恢复嘉兴城区测量工作,控制面积约300km,上述工作对掌握嘉兴地区的地面沉降发育状况提供了宝贵的数据资料。

评价 上述监测网络为在局部地区,尤其是在中心城市开展地面沉降调查和监测,进行地面沉降机理研究和监测技术方法研究,进而采取地面沉降控制措施提供了物质基础。其中,六十年代的上海所采取的控制地面沉降措施及其控沉效果处于国际领先水平,其市区地面沉降监测网络的规模及已积累的40余年海量监测数据在世界上也属罕见。

然而,随着长江三角洲地区区域性地面沉降灾害的产生,国内外地面沉降监测技术的不断更新,本地区以往的地面沉降监测网络已不适应地面沉降动态的变化,具体表现在: 1、以往地面沉降监测工作是以行政辖区作为单元,缺乏区域统一规划;

2、基岩标、分层标除在上海市区比较健全外,苏锡常和杭嘉湖地区几乎空白,这对于各种内外因素共同作用产生地面沉降及其机理的研究在区域上显得薄弱;

3、各地监测井分布疏密不均,精度不一,个别含水层在相当一部分地区缺乏控制性监测设施;

4、监测仪器设备陈旧、技术落后;

5、差异性地面沉降所产生的地裂缝是本地区一种新的地质灾害,尚未进行系统监测; 6、导致地面沉降的工程性因素还缺乏专门的调查和监测工作;

7、原有监测网络安全性得不到保障,野外监测设施时常受到不同程度的破坏;

鉴于上述原因,未来全区的地面沉降监测网络需要统一规划,统一建设,统一管理维护,空间上分布合理,技术上先进可行。

2

2

(二)监测网络规划

指导思想 以长江三角洲地区为整体,以自然和人类活动因素引起的区域地面沉降为对

象,以新技术新方法为载体,以系统、全面提供区域经济规划、建设与发展所需的地质灾害信息为目标,建成集数据实时定时采集、传输、预报、发布于一体的开放、动态的三维地质灾害监控体系。为进一步研究地面沉降成因机理,适时预报灾情发展态势,从而进行区域经济规划与建设、地下水资源合理利用、地质环境保护,实现人口、资源与环境协调和经济与社会的可持续发展提供地质依据。

规划思路 以充分体现国家意识,查明区域地面标高损失变化趋势,促进和保障长江三角洲社会、经济可持续发展为目的,分级(国家级、省市级)规划,统一监测技术要求与信息发布,为国家、地方政府科学决策提供依据,并满足社会公众对地质信息了解的需求。

规划原则

1、按区域统一规划、统一标准进行地面沉降监测网络设计、建设;2、总体规划、分期分步实施;3、监测网络规划充分考虑地质背景和人类活动及社会经济发展的地区差异;4、监测网络按区域控制、重要城市(地区)重点监控进行布设;5、充分运用新技术、新方法(GPS、网络、GIS、自动监测等);6、监测网点类型采取多样化,充分发挥各自功能优势。

地面沉降GPS监测网规划方案

图19 长江三角洲(长江以南)地区地面

沉降监测网络分布图

全天候GPS固定观测站 选择区域地面沉降漏斗中心以及灾害敏感度较高的经济和人文中心,建设全天候GPS固定观测站和

地面沉降自动监测站,组建区域地面沉降监控中心,通过联网实现集中远程遥控自动、同步实时施测,以此提高对地面沉降灾情的快速反映能力,并为国家重大决策提供实时信息。

建设全天候GPS固定观测站4座,实现地面沉降实时监测。同时作为区域GPS基准站,对区域GPS监测网进行精度控制,并由上海天文台与美国NASA的JPL合作建立的国际GPS服务网(IGS)的核心站之一、又是国家GPS基准站之一的佘山天文台GPS站(佘山天文台VLBI站院内)作为起算点。同时,进行远程数据传输及监控系统设计,由此获得实时信息。GPS固定观测站将作为本地区的国家级地面沉降实时监测站。

GPS地面沉降监测一级网 建立GPS地面沉降基准网(一级网),并与已建的国家级地下水动态监测井构成区与地面沉降骨干监测网,为政府地质环境保护进行区域规划、快速了解区域地面沉降空间分布状况以及地质环境信息分布奠定基础。同时,又可以为GPS地面沉降二级监测网提供控制依据。

一级网包括参考基准点和尽可能在稳定的基岩露头、已建或新建基岩标附近埋设的永久性坚固监测点组成,作为“长江三角洲GPS地面沉降监测网络”的基本框架,即基准网,以此作为区域地面沉降监测骨干网,并对区域GPS测量精度进行控制。由佘山天文台GPS站作为一级网的起算点,并与西佘山、凤凰山拟建基岩点和小闸镇已建大口径基岩标共4个GPS点组成参考基准网。在全区按平均边长20km,共规划93个网点(含参考基准点)组成长江三角洲GPS地面沉降监测一级网。

GPS二级网规划 二级网则附合在一级网上,作为省市级分区详细监测网用于对全区或局部地区地面沉降进行测量,查明区域地面沉降现状及其发展规律。由此构成完整的长江三角洲GPS地面沉降监测网络。

GPS地面沉降监测网络的布设,应根据地质背景及地面沉降分布特征进行不同精度的控制。在地面沉降基本稳定区,包括第四系厚度较薄,且土层抗压强度大,含水层发育程度较差等不易引起地面沉降的地区,按1:50万精度进行控制性布设;在地面沉降易发区,一般地区按1:25万进行布设,对重要城市、地下水集中开采区、地面沉降漏斗区及地裂缝区等重点地区加密布设,甚至可以采取多级网或与精密水准监测网迭加,以此加强重点地区的地面沉降监测。

范文七:长三角州地区地面沉降监测 投稿:陆揘揙

长江角洲地区地三面降监沉测

正!方武建 强 赵健康"#

上海地市调质查究研院!) 江苏省地调质研查院究" ) 江浙省质地环境监测站 #总

文由中国地是质查调局署, 部江沪浙地院调开的展“长 三角洲江 长(江南)以 地区 环境地质合综究研”项目之 子课题—— — 面沉地监降网络测规划方研究之案初步成果的 绍介,着重介绍该 区地面地降现状、沉地 沉面监降的技术测法和方布分 并对,今后监测 工做了作一定的思考。

关键

长江三角词

面沉地

降监

网络

长三江洲长江角岸地区南,包括江 苏锡常苏、 浙杭江湖平嘉以及原海上 是我国经济市发达最,人 口为密最集的地区一。之是,但 地区资本源当贫相 乏 ,土开国发程很高度 ,而因导致境地环问质题益日突出因。开采地下水所导 致的地面降最沉早发于上世生廿年代纪初上海的市, 区并五、 六在年代十造 成严的重害灾,八 年代十, 江苏锡苏常、浙 杭江嘉地区地湖沉面降趋严日 城地市区纺织业发的,达但能源 缺紧 故,量大集中开采地重 。% $年代前,以下 用水纺织厂的于空降调温 导,城市地致区严的重面沉地。降 % 年代以 来,& 着随改革开放中城周市边地区乡的镇业兴企,起 仅不其身大量本开采利用地 水, 下且并污染对防治遍重普不够, 导致水视资极为源富丰三角洲水的 地区网地水质量普表下遍降 使整,个域成为区水质型水地区缺 ,加了剧大 农村地区居民用水广紧, 促张使下水开采量的地剧增急,加产生了区 性域位 降落漏水,斗 由此诱故发的面地降沉前已成目以为市城中为心的域性区质地 害灾至。 ’ %代末年 ,面有近积!%% %% )" 的范(围累积降沉超过已" %%)) , 在并区域已上连一成片, 最累大沉积量降超 过*"%)%)尤为严。重的无地区,锡 —— ——— —— — — ———— —

—方正, 男 ,级工程师,高现任 上市地质海查调研究院总工副师。程 第作一者简介:

"+ *

因均匀沉降,不 还引了 发"! 地处面塌和坍裂地缝质灾地,害局 地部已形区 成数长米千 宽、、一 二百米不等地裂缝的。 同带, 随着时城化程度的不断市提高,产生了新的沉降 子, 因即在土地软区进 大行规模、高 度的密城市设及建程活动工, 进一步又加了剧面地降。 故目前地沉沉面降本地是区模最规、 大持影响时续间最长、也 国是内早最现 的同发类质地害灾。由于面地沉,降 原使就来地以势低洼为特的太湖点网 地区以及水滨临江海区地势地加更洼, 低 #$使 代大年规模兴建防洪的排等涝水 利程工重失严效,使本已遏 止洪涝的害又趋加剧; 由于灾地不均匀沉 降面,导致

构建筑受物损 ,市政基设施破坏,础 造巨成大经损失。 济江三长洲是角我开国展地沉面降勘、察监 、测研 究早最地区。自 的!%!& 年以,来 为进上海行市面沉降调地, 查开系统始的立地建水动态监测网,下兴 或利用已有建地面水准点行地进面沉监降,测逐 建步立基标岩 分、层标监测 同不土的变形特层征苏。常锡地和区嘉杭湖区始地建于 $ 年代’期,初 并随 各类着域区工水环质地调评价工作的查展开 得到了,断不充。到补目 前为止 长江,三洲角地地区下水动态测监网络覆已盖区,全由 地面密精准水监 测以网地下不同及深度的岩基标、分层 在标重要城市地面沉及降重严区地 构成的立体监测统已系经具初型雏。并过数十通年的测监 已,经基掌本握了重点地区 地的沉降面时空化规律,变为研究进 而控地制面沉积累降了极 为富的丰数资料, 据并上海在市取得了世区人瞩的目沉效果控 。%$年 代 , 末着随新技术方法新不的引进断, 动自监测化及以信息术技开始在本 (*、) 区地地面沉降监中测到了应用。现分别简述如得:

下!

地下

水动态监

目测, 长前三江角洲江以南地长区主要利地下用开采水井 ,分自部作建

为补

充, 共布设 $+ 余眼地下$水态监动井。平面测以上市城地下水集中和开采 区为点覆重全区盖 垂向上共监测一,个潜水水层含和五个压承含层,水 各 含层监测井分水相布合对。因理此,地下水 动监态测络构网成地了沉面降监测 网的络个重一要成部分组 ,为研并究面沉地机理降, 价评下水地资积 源累 了$" 余年监的资料,测建立 了大的庞地水动态下据库。

・ 数," &・

!

规精密水测准

自 !"量#!年 以, 在来上海市市区兴或建用利有已面水准点建立了地地

沉面水降监准网络测 ,过通断调不、 整充补 至 ",$ 代年上末海地在区区市和近 浦西 (% 环, 东浦 &,环浦东、 浦 西测 联 个环!) 郊区组已后建先了由立 " 个 环的地面成降 !沉 水准网、等郊区分别在 浦西、 东浦形了 成’" 等水准 测线 个 ,目” 字形!等联“水准网络测 , 约&(" 公里(浦 西’ ’# 里公 浦, 东!’ 公&)里, 并构了以小成闸基标 岩)!* ! 、佘 山点为起基点算,共 & + 基岩座标 (%、$ 普 通座准水点自由的网,实 际制控面为积!# $,$’- 。通过海上市地质查研调院 究年每期定进精密水准行量测 对,上海市区及近郊区市实地面施沉监测。 降对而于市范围全面地沉降调查则是的收测集绘统不同时期系行水准进量 的测料资加整理分析以获得。的近 年来又加了强海市上市城生线命程 (工铁地一号线二 、轻明轨珠线、防 汛墙)等 其他典型建及物筑重等点 城

市建设程的工面沉地降测工监作 。时,同 颁了布上市海测设施管理办法, 使地面监沉监降测控和逐制步入法 纳制理管体。 杭嘉湖系原平地区苏和常锡区通地收集水利过 、建城、交 通部等 $+年 ,代 根门各自据目在不同时的和不间地区同行的水准测进量资料 并开展,地实调 查了来地面沉解降现象的,故对区 上域面沉降的了地解十不分统。+系 年$末代浙江地省质环境监总站测开始对兴市区地嘉沉面降进行统监测, 并系逐向外渐扩, 展测监面由积开的 始$’,-$’增 ’$$至 年! 的&$$,-’ %苏。 常地锡区准水量工作主要集中测中心城市, 在以城建并部测门量为主。述 上工对掌作本地区握地面沉的发育降状况供提宝贵了的数资据料

。"

基岩标

、分层测标量

为测地监下同不度深土各的层变特形征 自,# $ 代以年来先在上海全

后市

范内围共设布 &+座基 岩, 浅不标同分层标, 埋设的了’ $共 组!’#( + 组深 、个隙水压孔力头测。过通与下水地动态同步监, 为研究地面测沉机理、降 制三研维准三或维下地渗流水 —— 土—层形耦合变数模型奠定学丰富了资料的・

(’ ・.

础基目前。,苏 常锡地在区州常已有市组一基标岩 分、层组的基标上础 也 ,在点重市城区抓紧进行建设基岩标地、分 层,标杭嘉湖 地也区进已行规了 。

划!

!

# "地沉面监降网建设

以测高提对面地降沉的快速反映力为能的目 ,$%%& 年利用 ()*+’, 双)

频得取较 !好# 信号"收机在接上市杨海区进浦地面行沉降监测可行性究研 ,果结,采 用地大 (椭球高) 高行进测量 当,向不统的正常高传( 海拔高)进行 转换时,其 精达到度- .., 够能满足地沉降面测的精监要度。求 此因 ,本区开始地筹建! "# 地沉面监测网降。络 以/00 1 000$ /年间, 期联网 边、形式, 连联接观测各点基线平均的度长为 0/2 .进行网布,各 点埋 设坚固网久永 !性"# 观墩作测监为点测共 3 /座 ,组成地区本! # 地"面沉降监 基准网测 (一级) 网,以此 对区全测量精的进行度制。控其 , 中苏常锡区地于由往水以监准工作测比薄较弱 江苏省,调地院组 在在西锡地区建地 立建基网的准同,时集中 力对量 "#!二级网也进行了建 设 ,面沉降测示范监, 采用区普通水标准石 共0 座4,控 制积面达 &04 余 2./ 并, 在他其地建区 设0$ 0余标座构石了区成 域"! #监测级网二通。对基过网 准进行点角三点测,连 对已再历知史沉信息的降水准点行 进"# !测量 ,确定 测区在大水地面准细精构结基的上,础 各将点椭测球高 (程大地) 高转为海变拔 高 (程正高常), 并 各点与往水准测量以果对比结 ,而从初步查该地区明 积累

沉降及年均量沉速降的分布规律率

"地沉降数面自动据集示采范工程为适

时掌握地沉降动态规律面,北 /00 0 5/00$年 别在上分市华漕海

蔡 外滩、、 棉一上厂选择建已层标组研分制、 装安地了沉降自面化监测系动统, 利 用动化自监技测即术采用力静水准监仪通过测通容器连实施分层标组 点联测, 采用多压传力器感行水进位测观, 现实土层变、形地 下水位等 据的数自采动、 传集, 输并建了上海立市地面降沉控监心中, 过通联网及网

络・ /&6・

理,管 实远程现控遥动、 同步自定时和即时测, 并量自动监测数将据入并地面 沉降信管理息统, 根据监测系网的护需要建维数据位移立正修据数, 库实各现监种测数据 (量水、 水位、 水点准分层和沉降) 的信等处理、息 析,分 为制控面地沉研究提供了新降方的和手段法 自。化动测系监统主由要地面沉降监控测中制 (主心机 、)有 线通讯和 现网测量 场(从)机 三部大组分成系。统讯网通为机主 微( !机 通讯) 卡一般放 置在控监中, 配心测控软备件数和据库件, 软负管责从机理的工状作和态 取回从机各的测量结果进行及观资料测分析处的和图理输出;表 通网络讯 利用公共设的施电话络实现; 从网安置机在测工量作现,场负 责主按机置设 的作工方式对各测进行点量、测结果 保及存主机向传输主。和机机从通讯 接的为口通卡, 传输讯介为质话装置电 ,同类型不观测目的项机从以方可便地 入同一个接通讯, 使网得系统扩充的得变而易举。主机的测轻软件控现 场与器仪通的接讯的方式口现场有远程控制和量测两种 ,两种连这接方也式 可同以采时用, 需只套软件一即可完成上对各类仪器述及种通讯两方的 管式理

!上市海地面降监控中心沉建设为使

述上地面沉降测自监化动测监系能够实统现网化集中络理管

,#"$ 年#上海市由地质查研究院建调了上立市地海沉面监控降心。其核心中部分 是便海市地面沉上信降息系统 ,该统由系地沉面降信管息子理统系 、 面沉降地控子系测统及面沉地预降测子统组成。通过互联系网可对以地面沉降监 测自动化监测统实系施距离遥远控管理,同 时可对以面沉降地动自采集、 人采工的集数进行据综合集,成 括数据包护维、管 、理统计、 分 、析输出 ( 括网络包传) 输等,并 可以根且据户需用编制求种各分图析件、报表 及进行地面 沉降预测

"

一下步工作的考

长江三思角地区洲过广通地大质作工 %者#余 年的耘耕 ,后建立先了区

・ 域"&% ・

地水下动监测网,态 城市水准测网和基监岩、标分层标 测监施。这些设测 设施

监在局部区开地地面展降沉查、调 监测和研究 采取,地面降沉控制措施 发挥了积极等作用 但。缺乏区因域一统划规及往采以的用器仪设备旧、 技术落后,陈地 面沉 监测降络网总体上不应区适地面域沉的降展趋势发和内外监国测术不断 技更新的形势因此。 建,设空间上分布合,理技 术上进可先行的江长三角统 一的洲面地沉降测监网络, 是本地区环质保境, 护会社济经设规划建, 口、人资 源 与环协调境发展必的保要。证故笔者认为 ,在充分发 挥传统监方测优势的基法础,上积 极用新技引术 、 方新 法( !#" 网络、、自动监 等) 测进行区域面沉地降测监络统网规 !一$# 、、划分步 建。以此系设统面全、适时 握区掌域地沉面的降分布和展发律规, 为一进步研究地面沉降因机理成,预 灾情报展发势, 态采综合取治防施提措 第一供手资。 料域区地沉降面监测络网可分以为三个次层,即 第:层次一 :择选地面沉降重的大城严,市如 苏州、 无、 常州锡 、嘉及兴 海上城市, 建等全设天候!" #测观站地面沉和降动自监站, 组建测区域地面沉降 监控心中 通,联过实网集中现程远控自遥动 同、步定时或即实时,测以此 提对城市地高面降灾沉情快的速映能力; 第反二次: 层将已步建成初的!" #准基以及在重网地区已经点将或建 要的分立层组作为标区地域沉面降骨监测干, 网规为划域地区环境保质护 、快速了 区解地面沉域降分布状奠况基础定。同, 时可又以 !"#为 面地沉降二级监测 网提精度供保。证第三 次层 :据本地区的地质环根境景背、人 类济经动和活社会济经发展规划 、面沉降的地区地异差等按不网同进行 !度" 地面沉#降级监二网测布 设 ,城在市建筑密集区用精密采水准监测网络统一行区域进面地沉监降测 网规络划以。此 ,详查明区细域面地沉降状现及发其规律, 为制定地展沉面 降治防措施提依据供。总之, 果如过上述建通设, 在将江三长洲长角江南以地形成从城市到区乡村、 由局 部区域、到 由表到地下的系统地地的面降立沉体监测络网体系, 测技术监也更加符合国将际科技术发展学势趋当。,然 地区远期目标应本・ ’&

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使面沉地监测降作能工实够全现区的域动自监测化 网络化、理管 并在信息 ,技术的持支下, 立建域地区面沉降预预警报统系

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范文八:监测方案-地面沉降光纤监测方案 投稿:沈跼跽

地面沉降光纤监测技术方案

方案编制单位:苏州南智传感科技有限公司

方案编制:

方案审核:

编制日期:2014年7月16日

1光纤传感监测内容

1. 地下岩土体沉降分层压缩变形监测

2. 地下岩土体含水层渗水压力监测

2 技术路线与实施方案

本次监测将采用基于布拉格光纤光栅传感解调技术监测地下岩土的压缩变形和渗水压力大小。光纤光栅传感技术是将光纤光栅封装成沉降位移计、渗压计等,通过钻孔施工将其布设在钻孔内回填土体与周围岩土体耦合变形,从而对地下岩土体的分层压缩变形量、渗水压力等进行定期监测,对以上特征要素的发展规律及速率进行掌控,并根据其发展趋势进行预警。

另外对于岩土体的压缩变形监测,可以采用分布式光纤感测技术进行监测,通过在钻孔内布设安装分布式位移传感器(定点光缆),回填岩土体来达到耦合变形,从而达到监测地面沉降压缩变形量的监测目的。分布式位移传感器可以达到对地下岩土体变形进行全程布控,分层测量的效果。

1)光纤光栅传感技术实施方案

在地面沉降较为显著和地下水抽取较为严重地区,通过钻孔施工,将光纤光栅封装成的沉降位移计和微型渗压计下放到钻孔内,进行地下岩土体沉降压缩和渗水压力监测。根据每个沉降位移计的布设深度大小,连接一定长度的光纤引线(稍长于布设深度)。每个钻孔布设的渗压计采用串式封装,两端连接引线;引线底部与配重绑扎固定。沉降位移计与渗压计串引线绑扎固定(位置提前设计确定),一起下放到钻孔内部,渗压计上下部位采用黏土球封住水力联系,其余钻孔部位最后回填黄豆砂和瓜子片石子封孔。在渗压计上下附件串接光纤光栅温度计,实现温度补偿。

图1 光纤光栅传感器布设示意图

A. 沉降位移计

测量量程为15cm,测量精度为0.1mm,测量标距20m。位移计量程和标距可定制。

图2 沉降位移计

B. 微型渗压计

测试量程可定制,现可制作量程0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、4.0MPa;测试精度为1%F·S.可将多点微型渗压计制作成微型渗压计串,一起植入到钻孔内部。

图3 微型渗压计

C. 光纤光栅解调仪(NZS-FBG-A02)

图4 光纤光栅解调仪(四通道)

2) 分布式光纤感测技术实施方案

通过钻孔施工,将分布式感测光缆连接配重导锤下放到钻孔内,最后采用黄豆砂回填封孔。在等待一定时间后,回填岩土体与周围岩层固结稳定,植入的感测光缆与周围岩土体胶结固定。当钻孔周围岩土体受地下水抽取作用等影响产生压缩变形,钻孔内感测光缆与之协调变形。通过测试感测光缆的变形大小,即可实现钻孔内地层沉降变形量测量。采用微型渗压计监测不同含水层的孔隙水压力。渗压计采用串式封装,绑扎固定在分布式感测光缆上一起下放植入。在渗压计上下附件串接光纤光栅温度计,实现温度补偿。

钻孔内布设三种光缆:钢绞线光缆、10m定点光缆、20m定点光缆。其中钢绞线光缆为紧套光缆,实现钻孔内地层变形敏感区监测。定点光缆(分布式位移计)可实现两定点间的相对位移大小的精确测量,通过定点拉伸布设可以实现压缩变形和大变形的准确测量。10m定点的压缩测量量程为15cm,精度为0.2mm;20m定点的压缩测量量程为30cm,精度为0.4mm。

图5 分布式光纤感测技术传感器布设示意图

可以采用国产的AV6419型光时域应变测量计(BOTDR)对光缆进行测量采集数据。

图6 光时域应变测量计(AV6419)

3 监测系统

在光纤传感器布设安装完毕后,将钻孔口处光纤引线或光缆通过光纤接续盒与多心通信光缆相连,并引接到监测中内进行集成监测。在监测站内搭接光纤解调仪器,搭建无线模块,实现数据采集与收发。配套相关软件,实现钻孔内地下岩土体沉降变形和渗水压力的在线显示与实时监测。

4 监测周期

在光纤传感器布设好,钻孔封填完毕后,待钻孔内回填土体稳定固结1~2个月后,开始采集数据作为初始数据。对于光纤光栅类传感器,

可以再监测站内

布设安装光纤光栅解调仪进行现场实时监测。对于采用分布式光纤传感监测技术方案,分布式感测光缆测试周期可为2~3个月。

范文九:地面沉降监测在地铁建设中的应用及总结 投稿:万谳谴

摘 要:地面沉降的监测工作开始于20世纪中期,随着地面沉降的加大,危害加深,相应监测手段也在不断进步,文章通过对轨道交通工程施工过程中的基坑及隧道本体以及其周边环境等实施监测,充分发挥信息化施工及动态管理手段,分析监测数据,找出变形规律、预测变形情况,分析判断施工的科学性、合理性,优化设计施工参数,保证轨道交通工程本体及周边环境的安全。

  关键词:地铁;沉降;监测

  引言

  地面沉降监测反映了地铁施工过程中对周围地表的影响及变化情况,在实际施工中,监控量测方案的制定应覆盖施工活动对地铁工程及影响范围内的周边环境的各个方面,监测手段选择应可靠、科学,地表沉降监测数据与其他监测手段相结合,监测项目之间有机结合,相辅相成,监测数据能够互相印证,共同反映地铁工程及周边环境的影响及变化情况,综合分析,指导施工。

  1 地面沉降监测原理及设计原则

  1.1 地面沉降监测原理

  根据轨道交通工程基坑或隧道所处施工环境、工程地质水文条件、施工方法及进度等综合考虑确定地面沉降监测方案。地面沉降监测方案一般包括测点设计、布点数量及方法,监测数据处理、监测数据预警和报警控制指标、信息反馈等。地面沉降监测外业数据采集采用水准测量方法,使用精密水准仪及配套铟钢尺进行。

  1.2 地面沉降监测设计原则

  1.2.1 系统性原则

  (1)所设计的各种监测项目有机结合,相辅相成,测试数据能相互进行校验。

  (2)发挥系统功效,对监测对象进行全方位、立体、实时监测,并确保数据的准确性和及时性。

  (3)在施工过程中进行连续监测,保证监测数据的连续性、完整性、系统性。

  1.2.2 与设计相结合原则

  (1)对设计使用的关键参数进行监测,以便达到进一步优化设计的目的。

  (2)对评审中有争议的工艺、原理所涉及的部位进行监测,通过监测数据的反演分析和计算对其进行校核。

  (3)依据设计计算确定支护结构、支撑结构、周边环境等的警界值。

  1.2.3 关键部位优先、兼顾全局原则

  (1)对支护结构体敏感区域增加测点数量和项目,进行重点监测。

  (2)对岩土工程勘察报告中描述的岩土层变化起伏较大的位置和施工中发现异常的部位进行重点监测。

  (3)对关键部位以外的区域在系统性的基础上均匀布设监测点。

  1.2.4 与施工相结合原则

  (1)结合施工工况调整监测点的布设方法和位置。

  (2)结合施工工况调整测试方法或手段、监测元器件种类或型号及测点保护方式或措施。

  (3)结合施工工况调整测试时间、测试频率。

  1.2.5 经济合理性原则

  (1)在安全、可靠的前提下结合工程经验尽可能地采用直观、简单、有效的测试方法。

  (2)在确保质量的基础上尽可能的选择成本较低的国产监测元件。

  (3)在系统、安全的前提下,合理利用监测点之间的关系,减少测点布设数量,降低监测成本。

  2 地面沉降监测方法

  2.1 基点埋设

  为确保监测工作的可靠性、稳定性及连续性,在整个监测区域设立完整的沉降变形监测控制网,由控制网来控制日常的沉降监测。

  监测控制网的布网原则:

  (1)变形监测控制网的起算点或终点要有稳定的点位,为了减少观测点误差的累积,距观测区不能太远。

  (2)为便于迅速获得观测成果,变形监测控制网的图形结构应尽可能的简单。

  (3)在确保变形监测控制网具有足够精度的条件下,控制网应尽量布设一次全面网。

  根据以上布网原则,在整个监测区域布设沉降变形监测控制网。主要在各路口布设较稳定的控制网点,采用往返观测附和线路,算出各点高程,作为测量时的起算点。在监测工期内应对控制网定期复核。

  每月两次对水准控制网进行联测,修正其水准高程。为确保测量的精度,整个沉降测量参照二等水准测量进行。

  基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域,并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方;基点数量根据需要埋设,基点要牢固可靠。

  2.2 基坑周边地表沉降监测点布设方法

  如图1所示,根据各车站施工具体要求进行调整。

  2.3 隧道上方地表沉降监测点布设方法

  如图2所示,根据各城市轨道交通工程区间隧道施工具体要求进行调整。

  2.4 监测仪器

  精密电子水准仪配套铟瓦条码尺,或者精密光学水准仪配套铟钢尺等。

  2.5 数据采集方法

  按变形测量规程中测站高差中误差≤0.5mm的精度要求,用精密水准仪及其配套铟钢尺进行数据采集。所有量测数据均采用统一的工程高程系统。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制,每测点读数高差不宜超过0.3mm,对不在水准路线上的观测点,一个测站不宜超过三个,超过时应重读后视点读数,以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测,两次高程之差应小于±1.0mm,取平均值作为初始值。

  采用电子水准仪监测时,监测数据采集完毕后可以直接用数据线将数据导入电脑,使用软件直接成图。

  3 数据处理及分析

  地表沉降量测数据的分析与反馈,包括两个方面:

  (1)基坑或者隧道本体及周围围岩稳定性判断。

  (2)围岩变形量的预测。

  通过对基坑或者隧道本体及周围围岩稳定性判断,以便采取各种安全防范措施,指导支护参数的调整和施工措施的决策,对于矿山法施工的浅埋暗挖隧道,还用于指导选择二次衬砌的施作时机。   通过对围岩变形量的预测,一方面可以用于确定沉降控制标准及相应的结构设计,另一方面,对于隧道施工可以指导预留变形量。

  对于地表监测数据的时态曲线分析需要采集大量的原始数据,且要结合施工实际情况选择适合的回归分析曲线,数据处理相对复杂,且不直观,在实际施工中应用不便。为了便于监测数据的实际运用,我们可以对量测数据进行形象化判释,即对于连续性介质,通过对时态曲线的拐点判别,反映沉降发展过程,进而判别围岩稳定性。拐点在理论上是选择的时态曲线函数的二阶导数,但是在图形上直接表现为一个拐点,直观形象,便于判别。

  4 常见问题及主要对策

  (1)测点埋设对于地表沉降监测非常重要。由于地铁工程施工周边环境千变万化,测点埋设的难度也各有不同,例如盾构隧道恰好位于道路下方,布点时由于道路硬化的影响,很难将测点埋入原状土内,如果不能将测点埋入原状土,则该测点的数据必然不能真实地反应该位置的地表沉降情况,因此就会对决策造成误导。

  主要对策:地表沉降监测点的埋设必须严格按照设计及相关规范要求进行,将测点埋入原状土,通过测点的监测,直接反映出对于未知原状土的变形情况。例如,在马路上布设监测点应使用水钻等工具,将硬化层钻透,之后将钢筋或者其他材料制作的监测点打入原状土内。

  (2)地表沉降监测外业数据采集及数据处理及分析工作量大,专业性强,常常会因为数据采集频率不够或者采集时机不合理导致不能反映真实的变形情况,或者是因为监测人员数据分析能力不足,导致大量的数据分析不到位,或者无人分析,不能实时指导施工。

  主要对策:监测频率的选择在地表沉降监测中非常重要,它直观记录了施工过程中地表或者围岩的变形情况,频率太密集则测量强度大,太疏松却又不能及时反映位移变化情况。因此,应参照有关规范,结合施工实际情况,在开挖初期及开挖过程中监测频率应该密集一些,开挖后随着时间的推移逐步降低监测频率。对于沉降速率快、累计沉降量大的监测点、监测断面进行临时调整,确保足够的数据量,便于数据分析。

  监测数据采集,有条件的情况下,尽量采用精密电子水准仪,数据采集完成后,直接采用数据线导入电脑,进行简单的数据格式转换之后,就可以利用EXCEL绘制各点的时态变化曲线图,从拐点情况形象化判释监测对象的稳定性,对于一些重要监测对象,需要进行回归分析时,根据时态变化曲线图形状,选择适合的回归分析函数,计算回归模型的极限值,指导施工参数调整。

  5 注意事项

  (1)选择成熟先进的监控量测仪器和设备,同时应满足量测精度要求、抗干扰性强、适应长期测试等条件。

  (2)水准基点应埋设在变形区外,水准基点一般不少于三个,应埋设在道面基层以下稳定的原状土层中,也可埋设在稳定的建(构)筑物的墙上。

  (3)地表沉降监测点应埋设在能反应监测对象变形敏感的部位,并对测点采取有效的保护措施。例如对于盾构隧道施工,地表沉降监测中,位于隧道中线上的测点就尤为重要,测点布设时,在监测断面布置的基础上进行适当加密。测点一般低于地面10cm,防止测点被碾压,必要时,测点上方加盖保护。

  6 结束语

  通过以上叙述,可以看到在地铁施工过程中进行连续监测,结合施工工况调整测试时间、测试频率,保证监测数据的连续性、完整性、系统性。只要我们优化测量方案,利用先进的测量仪器,把握住每一个环节,就能满足施工的要求。

范文十:GPS技术在地面沉降监测中的应用与分析 投稿:曹撁撂

【摘要】近些年,在地表沉降、大坝自动化监测、陆海垂直运动监测、滑坡监测等方面已得到应用,获得了令人满意的结果和精度,也给这一问题的解决,带来转机,为替代水准监测提供了可能。随着GPS定位精度的不断提高,尤其是高程分量精度的不断提高,为城市的建设和管理提供高效快捷的监测服务,提高城市地面沉降监测的效率。

  【关键词】GPS;地面沉降;水准测量

  一、地面沉降的原因

  1、地质成因

  从地质因素看,地面沉降大致有下列几种原因:构造活动形成的沉降;软弱土层对地面沉降的影响;强烈地震对地面沉降的影响;海平面上升对地面沉降的影响。

  2、地下水开采引起面沉降成因

  超量开采地下水是引起地面沉降的主要原因。在开采地下水过程中,因为水取自砂层,所以首先引起含水层水头的下降。由于砂性土与粘性土同处于一个体系中,所以含水层水头的下降不仅打破了原来的水动力条件,也破坏了地层原有的应力状态。起初上覆土层对地下一定深度某微元体所产生的荷载是由土颗粒和空隙水压力两部分共同承担的,随着含水层水头的降低,粘性土层中的孔隙水在压力差的作用下开始向砂层渗透排水,在排水过程中孔隙水的压力也逐渐降低。由于地层的总应力没有改变,所以孔隙水压力的降低值恰是土颗粒所承受的有效应力的增加值。在附加应力的作用下,土颗粒开始重新排列而被压缩,在地表则表现为地面沉降。

  二、坐标基准及监测点的布设要求

  1、坐标基准的选择

  GPS直接测得的坐标属于WGS-84全球协议地心坐标系统,对于高精度的形变观测,可直接比较前后两期监测点相对于各基准点WGS-84坐标差来测定其位移的变形量。沉降监测采用基于WGS-84的独立高斯平面直角坐标系统,高程采用GPS大地高。

  2、基准点和监测点布设要求

  实施地面沉降三维监测之前,首先必须设置基准点及沉降测点。基准点的设置应满足以下基本要求:

  远离地表变形区,同时要使地表变形区最远端的距离应在GPS的有效距离之内;基准点处地质结构应稳定,最好是在基岩上,能有效地反映地壳形变,紧密地和周围的地面固联在一起;基准点周围不得有高度角超过10°的障碍物;基准点应设置强制归心标志;基准点周围100m范围内不能有强电磁干扰(比如无线电台、高压线、微波站、自动气象站等),也不能有导致多路径效应的GPS信号反射体(比如大面积水域、高大建、构筑物等)。

  沉降测点设置应满足的基本要求:能全面反映沉降区的沉降特征(布点要均匀);监测点应设置强制归心标志;能接收到足够的GPS卫星信号。

  三、地面沉降的GPS静态监测研究

  GPS技术可以直接测定地面点的三维地心坐标(X,Y,Z),并且可以非常方便的转换成三维大地坐标(B,L,H),其中B是大地纬度、L是大地经度、H是大地高。

  1、正高、正常高、大地高与地面沉降

  正高高程系统是以大地水准面为高程基准面,地面上任意一点的正高高程是该点沿铅垂线方向至大地水准面的距离。

  2、GPS地面沉降监测试验技术方案

  GPS应用于地面沉降监测从理论方面已得到解决,为了尽快的普及应用这一新技术,从而代替繁重的几何水准测量。

  结 论

  从理论上探讨了正高、正常高与大地高以及地面沉降量的关系,证明了由GPS和精密水准测量结果所获得的地面沉降量在理论上的一致性。并且在某种意义上讲由GPS所获得的地面沉降量更加合理,工作效率更高,因为GPS测定的大地高是一种纯几何量,而精密水准测量所获得的正常高受到大地水准面不平行性和地球重力场变化等若干因素的干扰。GPS应用于地面沉降监测的关键是GPS测定的大地高的精度能否满足地面沉降监测的要求。

  参考文献

  [1] 王晓梅,齐丽云,于军.GPS测量技术在锡山市地面沉降研究中的应用[M],工程地质学报,2003,11(2):169-172

  [2] 丁文利,王怀念,黄良.动态GPS(RTK)测量的精度分析[M].地矿测绘,2004,20(2):16-17

  [3]胡伍生.GPS精密高程测量理论与方法及其应用研究: [M].南京.河海大学,2001

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