摘 要：文章詳細(xì)介紹了區(qū)域地面沉降監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理，并依據(jù)等值線圖對該區(qū)域地面沉降情況進(jìn)行了分析，提出了對地面沉降監(jiān)測的技術(shù)改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：地面沉降；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)分析；沉降分析

地面沉降監(jiān)測屬于變形監(jiān)測的范疇，通常采用的方法大致有高精度水準(zhǔn)測量、GPS觀測、精密全站儀三角高程測量等。本文采用某區(qū)域地面沉降監(jiān)測2010-2013年連續(xù)四年的實(shí)測數(shù)據(jù)，對該區(qū)域地面沉降情況進(jìn)行分析，并提出了對地面沉降監(jiān)測的技術(shù)改進(jìn)方法。

一、沉降點(diǎn)布設(shè)和觀測方法

（一）沉降點(diǎn)布設(shè)

某區(qū)域地面沉降監(jiān)測共布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)86個(gè)，均勻分布在A、B、C、D區(qū)，控制面積約200平方公里，監(jiān)測點(diǎn)利用C級點(diǎn)9個(gè)，利用舊水準(zhǔn)點(diǎn)11，其余66個(gè)為新埋設(shè)。起算點(diǎn)是兩個(gè)相對穩(wěn)定的國家一等基巖點(diǎn)，分別位于該區(qū)域的東西兩側(cè)，該位置符合二等水準(zhǔn)網(wǎng)形的基本要求。如圖1所示。

（二）觀測方法

該區(qū)域的地面沉降監(jiān)測采用國家二等水準(zhǔn)觀測方法，觀測過程中的所有限差均符合國家二等水準(zhǔn)的觀測要求。

觀測使用DINI03電子水準(zhǔn)儀配合條碼式因瓦標(biāo)尺。

測站觀測順序：奇數(shù)站：后—前—前—后

偶數(shù)站：前—后—后—前

每測段均采用往返測觀測。觀測盡量在觀測條件較好時(shí)進(jìn)行。

主要技術(shù)指標(biāo)限差執(zhí)行二等水準(zhǔn)規(guī)范。

（三）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理時(shí)，按要求應(yīng)對觀測高差進(jìn)行下列改正：

1.水準(zhǔn)標(biāo)尺長度改正。δ=f×h

式中：δ—改正數(shù)（mm）；f—標(biāo)尺改正系數(shù)（mm/ m）；h—往測或返測高差（m）。

2.正常水準(zhǔn)面不平行改正。ε=-（γi+1-γi）·Hm/γm

式中：γm—兩水準(zhǔn)點(diǎn)正常重力平均值，10-5m/s2；γi.γi+1—分別為i點(diǎn)、i+1點(diǎn)橢球面上的正常重力值，10-5m/s2；Hm—兩水準(zhǔn)點(diǎn)概略高程平均值，單位為米（m）。

γm=（γi+γm+1）/2-0.154 3Hm

γ=978 032（1+0.005 302 4sin2φ-0.000 005 8sin22φ）

式中：φ—水準(zhǔn)點(diǎn)緯度，γ值取至0.01×10-5m/ s2.

3.環(huán)線閉合差改正（在水準(zhǔn)平差程序里進(jìn)行）。

υi=-ni/Σn·W

式中：ni—第i段的測站數(shù)；W—加入各項(xiàng)改正后的閉合差。

由于本區(qū)域范圍小，觀測周期短，溫度變化小，重力異常改正，固體潮改正和水準(zhǔn)標(biāo)尺溫度改正對高差影響很小，故不做改正。

數(shù)據(jù)處理時(shí)采用《南方平差易2005》平差軟件進(jìn)行。主要指標(biāo)觀測結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1：

k，水準(zhǔn)環(huán)閉合差也達(dá)到了規(guī)范要求。

（四）數(shù)據(jù)分析

依據(jù)2010、2011、2012、2013四年觀測數(shù)據(jù)的比較，制作了地面沉降等值線圖如圖2、圖3、圖4所示：

從等值線圖來看，2010-2011年期間區(qū)域地面沉降總體特征為：南部沉降速率大于北部，東部御東新區(qū)沉降速率大于西北部，監(jiān)測區(qū)內(nèi)沉降速率在10mm/年以下的區(qū)域占到65﹪左右。

北部A區(qū)中部沉降區(qū)有沉降，速率為10mm/年；西南部以C區(qū)西北部為中心的沉降區(qū)沉降速率較大，為36.8mm/年。東部區(qū)域沉降格局較為復(fù)雜，其中東北部B區(qū)中心有一沉降區(qū)，為23.8mm/年，東南部D區(qū)中心的沉降區(qū)為14.7mm/年，B區(qū)南部以東至區(qū)域東部有一沉降帶，速率平均為12mm/年，沉降區(qū)以D區(qū)西北部有反彈表現(xiàn)，最大反彈量4.6mm。

從等值線圖來看，2011-2012年期間區(qū)域地面沉降總體特征為：地面沉降速率明顯趨緩，南部沉降速率大于北部，監(jiān)測區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域沉降速率在10mm/年以下。

相較2010-2011年，2011-2012年間區(qū)域地面沉降格局發(fā)生了較大變化。北部以A沉降區(qū)中部沉降速率有所加大；中南部出現(xiàn)了以B區(qū)西北部沉降區(qū)，沉降速率最大18.9mm/年；西南部以C區(qū)中部的沉降區(qū)沉降速率減緩至9.5mm/年（2010-2011年為36.8mm/年）；東部區(qū)域沉降格局變化較大，東北部B區(qū)中部為中心的沉降區(qū)（2010-2011年為23.8mm/年）及東南部D區(qū)的沉降區(qū)（2010-2011年為14.7mm/年），由于DT63、DT70兩沉降中心水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)2012年上半年被損毀，造成區(qū)域2011-2012年地面沉降等值線圖未能真實(shí)反映該區(qū)域沉降情況；另外，東部B區(qū)和D區(qū)中部一帶出現(xiàn)了反彈，最大反彈量10mm。

從等值線圖來看，2012-2013年期間區(qū)域地面沉降總體特征為：地面沉降速率明顯趨緩，北部沉降速率大于南部，監(jiān)測區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域沉降速率在10mm/年以下。

由于2010-2012年，區(qū)域監(jiān)測區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域沉降速率在10mm/年以下，沉降速率較小，2013年將主干水準(zhǔn)線路觀測等級由二等提高為一等，進(jìn)一步提高觀測精度。監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)來看，更加準(zhǔn)確地反映了區(qū)域區(qū)地面沉降的年度變化。相比較2010-2011年和2011-2012年間，2012-2013區(qū)域地面沉降格局發(fā)生了較大變化。

北部以A區(qū)東部沉降區(qū)沉降速率有所加大，沉降速率最大18.1mm/年。

西南部出現(xiàn)了以C區(qū)以北為中心的沉降區(qū)，沉降速率最大10.3mm/年。

西南部C區(qū)北部為中心的沉降區(qū)沉降速率減緩至5.1mm/年（2011-2012年為9.5mm/年）。

東部區(qū)域沉降格局變化不大，東北部以B區(qū)北部為中心的沉降區(qū)，沉降速率在4.1—6.5之間，較前兩年有所減緩，（2010-2011年為23.8mm/年）。

東部B區(qū)東北部至D區(qū)西北部某村公墓一帶出現(xiàn)了反彈，最大反彈量4.8mm。

C區(qū)形成了新的反彈區(qū)，最大反彈量4.6mm。

二、監(jiān)測技術(shù)改進(jìn)

通過對這四次數(shù)據(jù)的處理分析，對于規(guī)范的執(zhí)行有以下建議：

城市地面沉降觀測屬于小范圍的變形測量，目前執(zhí)行的規(guī)范室在使用傳統(tǒng)光學(xué)儀器條件下的規(guī)范，現(xiàn)在使用的電子水準(zhǔn)儀，儀器的性能已經(jīng)有了很大的提高，外業(yè)觀測時(shí)的一些限差在觀測條件好時(shí)可以適當(dāng)放寬。對于有些規(guī)范的執(zhí)行反而應(yīng)該更加嚴(yán)密。

第一，二等水準(zhǔn)觀測時(shí)前后尺視距差的執(zhí)行，規(guī)范要求1.5米，依據(jù)這幾年的經(jīng)驗(yàn)看，1.5米顯然寬了些，如果有超過一半的數(shù)據(jù)超過1米，由于i角的影響，數(shù)據(jù)將有接近限差或超限的危險(xiǎn)。所以在設(shè)計(jì)中要求執(zhí)行小于0.5米的限差。

第二，一些高差的改正可以不進(jìn)行，比如重力異常改正和固體潮改正以及溫度改正。因?yàn)槌两涤^測范圍小，溫差變化不大，通過驗(yàn)證，改正數(shù)很小，大致均在0.1-0.2mm，來自其他方面的誤差已經(jīng)將其掩蓋。選用尺長改正數(shù)較小的水準(zhǔn)尺測量會使高差改正數(shù)更小。

第三，如果觀測區(qū)域內(nèi)路面材料較為堅(jiān)硬，尺墊的選擇上也可以適當(dāng)放寬，建議選擇3公斤重的尺墊較為合適，以減輕作業(yè)員的體力，同時(shí)也能保證觀測條件的穩(wěn)定。

第四，由于i角對觀測高差的影響，在視距長度的問題上要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求的小于50米。

從測量數(shù)據(jù)結(jié)果看，上述技術(shù)改進(jìn)更好的監(jiān)測了區(qū)域城市地面沉降的變化情況和規(guī)律。

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作者簡介：王文生（1966- ），男，山西太原人，工程師，1998年6月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，主要從事高等級水準(zhǔn)測量和變形監(jiān)測工作。