淺談?chuàng)犴槹l(fā)電廠廠區(qū)地表變形監(jiān)測
摘要：由于受自然地質構造及煤礦開采等因素的影響，撫順發(fā)電廠廠區(qū)和東西相鄰地塊出現不同程度的地表變形、建(構)筑物傾斜現象，本文闡述利用GPS技術、高精度全站儀和電子水準儀，建立四等GPS網、變形三級導線網、二等精密水準網，對地表進行水平位移和垂直位移變形監(jiān)測。
關鍵詞：地表 ; 變形; 監(jiān)測
Abstract: Due to the natural geology and coal mining factors, Fushun Power plant and east-west adjacent block appeared varying degrees of surface deformation, this paper describes the use of GPS technology, high-precision station apparatus and the electronic level, the establishment of four GPS Network, deformation of three wire network, the second precise leveling network, on the surface, horizontal displacement and vertical displacement and deformation.
Key words: surface; deformation; monitoring
1 引言
撫順發(fā)電廠始建于上個世紀之初，至今已有100多年歷史，主要功能是發(fā)電與供熱，為撫順市人民生活提供了重要保障。電廠廠區(qū)東西長1.1km，南北寬0.6km，南鄰撫順西露天礦采坑北邦，北至渾河0.6km.。發(fā)電廠區(qū)地貌類型為河谷一級階地，地勢平坦，基地巖性為太古界鞍山群層條痕狀混合巖及白堊系砂頁巖等。廠區(qū)南部有近似平行廠區(qū)方向68渾河斷裂帶中的F1A通過。由于受地震及采礦活動等因素影響，廠區(qū)內地面產生地裂縫，各種建(構)筑物有不同程度的傾斜現象發(fā)生。為滿足安全生產需要進行地質災害治理，既對建(構)筑物基礎進行高壓注漿加固。2007年—2011年期間，廠方委托我單位對廠區(qū)部分建(構)筑物、內部道路及南部與西露天礦坑邊道路每年在5、7、9、11月份進行4次水平位移和垂直位移監(jiān)測。本文闡述地表變形監(jiān)測部分。
2 水平位移變形監(jiān)測
2.1控制系統(tǒng)的建立
撫順發(fā)電廠地理位置為東經123 °52′—123 °53′，北緯41 °52′—41 °54′。若采用撫順城市坐標系(中央子午線123°、-150m抵償面)，因投影變形值較大而影響變形監(jiān)測點的真實位移精度，故選用中央子午線123°50′的任意帶高斯正形投影面獨立平面坐標系。
2.2首級變形監(jiān)測網
首級GPS網利用渾河北岸埋設在山體巖石上的撫順城市控制點2個，在38個地表變形監(jiān)測點中選擇分布均勻11個點組成GPS網。外業(yè)按四等網精度要求進行觀測，GPS網采用6臺美國Trimble公司生產的全球定位系統(tǒng)(GPS-5800)接收機進行靜態(tài)觀測5個時段，該儀器靜態(tài)測量標稱精度為(5+0.5PPM)mm，設置截止高度角(即衛(wèi)星屏蔽角)大于15°，星歷采樣間隔設置為15秒，每個同步環(huán)施測2個時段，每個時段觀測時間為60分種，接收衛(wèi)星數最低為6顆，平均重復設站數2.3，最大幾何稀釋度(PDOP值)小于6。
基線向量解算采用隨機供應的軟件(Tgo)，以靜態(tài)自動選星模式進行處理，各條基線向量解算結果滿足《衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)程》的要求，平面坐標點位中誤差最大值為±5mm，最弱邊邊長相對中誤差最大值為1/10萬。
2.3變形點的水平位移監(jiān)測
為了獲取本區(qū)變形監(jiān)測點水平位移精度的一致性，將全部監(jiān)測點組成變形三級導線網。
在首級GPS控制的基礎上，全區(qū)整體布設變形三級導線網，導線網總長為2.5km，導線平均邊長70m，相鄰邊長之比最小值為1:2.8。
導線水平角測量采用全站儀以左右角方法測定，左右角之和與360°之差最大值為6″。邊長采用全站儀對向觀測，每邊測回數2測回，一測回讀數間較差最大值2mm，對向觀測較差最大值為3mm。
平差計算采用南方測繪公司編制的平差易軟件進行平差計算，最大點位中誤差±1.18cm，各項精度指標滿足《建筑變形測量規(guī)范》的技術要求。
3 垂直位移變形監(jiān)測
以渾河北岸撫順城市三等水準點為起算，利用美國Trimble公司DiNi-12型電子水準儀按變形二級水準技術要求觀測，將全部地表變形監(jiān)測點組成閉合水準路線。水準觀測按照后-前-前-后順序進行往返觀測，在觀測前將變形二級水準相應的技術要求基本信息直接輸入到電子水準儀相關參數項內，(如前后視距不超過50m，前后視距差不超過2m，累積差不超過3m，下絲讀數不低于0.5m，上絲讀數不超過2.7m，每次讀數為2次，兩次讀數差不超過0.4mm，自動記錄取兩次的平均值)。在觀測過程中有超限情況時根據提示信息，超限需要重測的數據直接復測，直到符合要求方自動存儲數據再進行下一站測量。
水準網平差計算采用南方測繪公司編制的平差易軟件進行平差計算。水準路線最大閉合差為0.95mm。最大高程中誤差±0.34mm，每測站高差中誤差最大值為±0.13mm，各項精度指標滿足《建筑變形測量規(guī)程》中的技術要求。
4、綜合分析
自2007年至2011年連續(xù)每年4次變形觀測，共獲取20組水平位移和垂直位移監(jiān)測數據，以2007年5月監(jiān)測值為初始值，相鄰兩次觀測數據對比形成變形觀測數據表，計算出水平位移量、位移方位、沉降量、沉降速度。初始值與每次測定值相比較計算出累計位移量、累計位移方位、累計沉降量、平均位移速度。根據沉降量數據和時間間隔繪制沉降曲線圖，根據水平位移量繪制水平位移圖。
通過5年測得的監(jiān)測點變形量來看：水平位移總體方位約為140°-190°之間，方向趨向采煤礦坑邊緣，地表高程呈下降趨勢。廠內F1A斷裂帶以北范圍水平位移和垂直位移量較小，基準點J2變形沉降量最小為累計沉降9.5mm，廠內觀測點Z20、B12和西五街路邊點H1至H7沉降量和位移較小，累計沉降最大值為39.7mm。累計水平位移量在44mm—62mm之間。
F1A斷裂帶以南區(qū)域水平位移和垂直位移量相對較大，呈現由東向西逐漸增大趨勢，東部監(jiān)測點水平位移量在83mm—179mm之間，地表沉降量在15.3mm—76.4mm之間; 西部監(jiān)測點累計最大水平位移量為441mm，累計最大沉降量為382.6mm。
自2007年起，每年11月測量獲取的水平位移量與9月份相比較，從靠近撫順西露天礦坑北邦地表變形監(jiān)測點中部D8起，向東D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16、H7共10個點出現回彈現象，反向位移量由西向東逐漸增大，位移方位在10°—42°之間，反向位移量在13mm-118mm之間。垂直位移量下沉速度小于其他相鄰兩次，各別變形監(jiān)測點有少量抬高現象，最大值為3mm，經過冬、春兩個季節(jié)后，第二年首次觀測獲取的水平位移、垂直位移回歸正常狀態(tài)。
從變形監(jiān)測結果形成的水平位移與和沉降曲線圖來看，撫順發(fā)電廠地表受渾河斷裂帶地質環(huán)境、采礦、礦震及建(構)筑物的側壓力影響，整體出現不同程度的向礦坑方向滑移和沉降，每年水平位移和沉降速度是相對均勻的。7月至9月之間變形值相對較大，主要是雨季雨水沖刷和土層含水量高導致土質粘合力下降所致。11月實測出現反彈現象，主要是冬季冰凍導致土層膨脹造成的。
結束語
本文簡介了利用GPS接收機、全站儀、電子水準儀等綜合測繪技術，對撫順發(fā)電廠廠區(qū)進行地表變形監(jiān)測的可行性，獲取變形監(jiān)測點的水平位移值和沉降值準確地反映了地表變形特征，為廠方實施地質災害治理提供了科學依據。將全部變形監(jiān)測點組成GPS網、導線網、精密水準網，實現了精度一致性。當變形監(jiān)測值出現異常時，自行檢測數據無誤時通過增加觀測周期來判定變形規(guī)律。
參考文獻
﹝1﹞建設部《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》，中國建筑工業(yè)出版社，1997。
﹝2﹞建設部：《建筑變形測量規(guī)范》，中國建筑工業(yè)出版社，2007。
