對(duì)變形工作基點(diǎn)復(fù)核實(shí)施方案的探討

李苑紅

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510170)

變形是物體在外來(lái)因素作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變。變形監(jiān)測(cè)是對(duì)被監(jiān)測(cè)的對(duì)象或物體進(jìn)行測(cè)量以確定其空間位置及內(nèi)部形態(tài)隨時(shí)間的變化特征。變形監(jiān)測(cè)的目的是為了分析和評(píng)價(jià)建筑物的安全狀態(tài)；驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)；反饋設(shè)計(jì)施工質(zhì)量；研究正常的變形規(guī)律和預(yù)報(bào)變形的方法。對(duì)于機(jī)械技術(shù)設(shè)備，變形監(jiān)測(cè)保證了設(shè)備安全、可靠、高效地運(yùn)行，為改善產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供技術(shù)數(shù)據(jù)；對(duì)于滑坡，通過(guò)監(jiān)測(cè)其隨時(shí)間的變化過(guò)程，可進(jìn)一步研究引起滑坡的成因，預(yù)報(bào)大的滑坡災(zāi)害；通過(guò)對(duì)路基開(kāi)挖引起的實(shí)際變形的觀測(cè)，能夠通過(guò)控制開(kāi)挖量和加固等方法，避免危險(xiǎn)性變形的發(fā)生，同時(shí)可以改進(jìn)變形預(yù)報(bào)模型；在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方面，主要是大地測(cè)量學(xué)的任務(wù)。下面以廣東省潮州供水樞紐安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)工作基點(diǎn)復(fù)核工程為例進(jìn)行探討。

1 概 述

潮州供水樞紐工程位于韓江下游潮州市區(qū)的兩溪口附近，距潮州市區(qū)約4 km，是廣東省重點(diǎn)供水樞紐工程。為滿足潮州供水樞紐安全監(jiān)測(cè)需要，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在東溪左岸設(shè)立了07(下游)、08(上游)兩個(gè)觀測(cè)工作基點(diǎn)，在西溪右岸設(shè)立了01(下游)、02(上游)兩個(gè)觀測(cè)工作基點(diǎn)。東、西溪四個(gè)觀測(cè)工作基點(diǎn)均為單根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，自建成以來(lái)分別作為不動(dòng)點(diǎn)實(shí)施東、西溪安全觀測(cè)。

針對(duì)該安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)西溪閘壩水平位移觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，初步判斷為02工作基點(diǎn)可能受周邊樓盤(pán)基礎(chǔ)擠壓等影響發(fā)生位移。為進(jìn)一步研究和分析原因，決定對(duì)該安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)網(wǎng))的觀測(cè)工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核工作。

參照相關(guān)規(guī)范要求，本次監(jiān)測(cè)網(wǎng)復(fù)核無(wú)需重新埋設(shè)標(biāo)石，按照已有的標(biāo)石進(jìn)行復(fù)核即可。復(fù)核該水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的等級(jí)選用《工程測(cè)量規(guī)范》“10.2水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)”中的三等，采用GPS C級(jí)觀測(cè)，垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)[1]中的二等。

本次主要任務(wù)是復(fù)核監(jiān)測(cè)網(wǎng)。由于測(cè)區(qū)受自然條件及起算數(shù)據(jù)的影響，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，采用GPS網(wǎng)和支導(dǎo)線的測(cè)量方法對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)兩種測(cè)量方法的測(cè)量成果進(jìn)行分析、對(duì)比和驗(yàn)證，確保測(cè)量成果的可靠性，以便正確驗(yàn)證工作基點(diǎn)02變形情況。

2 資源配置

2.1 主要儀器設(shè)備

(1)徠卡電子水準(zhǔn)儀DNA03(334356)一套，標(biāo)稱精度±0.3 mm/km；并配置3 m因瓦條碼標(biāo)尺一對(duì)(30739、30830)、尺臺(tái)一對(duì)。

(2) 徠卡TC2003(440543)全站儀1套，測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度1 mm +1 ppm。

(3)華測(cè)雙頻靜態(tài)接收機(jī)6套:X900(151271、150945、151287、151289)和T5(133175、946003)，平面測(cè)量精度±2.5 mm+1 ppm。

(4)溫度計(jì)3支，氣壓計(jì)3個(gè)，筆記本電腦3臺(tái)。

以上儀器均按規(guī)定進(jìn)行了檢定或檢驗(yàn)。

2.2 軟件配置

(1)中海達(dá)HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包；

(2)電子水準(zhǔn)計(jì)算程序和清華三維平差軟件；

(3)測(cè)量觀測(cè)記錄系統(tǒng)，邊長(zhǎng)計(jì)算軟件。

2.3 人員配置

參與該監(jiān)測(cè)網(wǎng)復(fù)核項(xiàng)目的專業(yè)技術(shù)人員共10人，其中高級(jí)工程師以上3人、工程師3人、助理級(jí)以下4人。

2.4 已有資料利用情況

利用國(guó)家GPSC級(jí)點(diǎn)(潮州建設(shè)局、龍湖初級(jí)中學(xué))作為復(fù)核水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，對(duì)起算數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粗差，可使用。

利用Ⅱ水準(zhǔn)點(diǎn)(Ⅱ韓江17、Ⅱ韓江N20)作為垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，對(duì)起算數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)粗差，可使用。

3 水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)復(fù)核方案

3.1 水平位移復(fù)核網(wǎng)布設(shè)

3.1.1 GPS網(wǎng)布設(shè)

由GPS C級(jí)點(diǎn)“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級(jí)中學(xué)”、基點(diǎn)07、基點(diǎn)08、基點(diǎn)02等組成水平位移復(fù)核網(wǎng)(GPS復(fù)核網(wǎng))，GNSS625為檢查點(diǎn)。具體圖形如圖1所示。

圖1 GPS復(fù)核網(wǎng)

3.1.2 基點(diǎn)邊長(zhǎng)測(cè)量布設(shè)

利用已知的基點(diǎn)07和基點(diǎn)08對(duì)基點(diǎn)02構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)。由于基點(diǎn)08和基點(diǎn)02不通視，故在供水樞紐管理處附近布置一個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)A。由基點(diǎn)08測(cè)至轉(zhuǎn)點(diǎn)A、轉(zhuǎn)點(diǎn)A測(cè)至基點(diǎn)02構(gòu)成支導(dǎo)線。具體圖形如圖2所示。

3.1.3 已知點(diǎn)檢測(cè)

根據(jù)規(guī)范要求，需要對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)利用靜態(tài)測(cè)量方式同時(shí)觀測(cè)“潮州建設(shè)局”、“龍湖初級(jí)中學(xué)”和“GNSS625”3個(gè)已知點(diǎn)(如圖3)。將“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級(jí)中學(xué)”作為已知點(diǎn)求解出“GNSS625”的平面坐標(biāo)再與已知的“GNSS625”的平面坐標(biāo)進(jìn)行比較，以及與已知點(diǎn)“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級(jí)中學(xué)”的基線長(zhǎng)進(jìn)行比較，由此來(lái)判斷起算點(diǎn)是否存在兼容問(wèn)題。通過(guò)平差數(shù)據(jù)與已知數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果如表1和表2所示。

圖2 支導(dǎo)線圖

圖3 已知點(diǎn)檢測(cè)網(wǎng)圖

已知點(diǎn)平差結(jié)果/m誤差/m點(diǎn)名X/mY/mXY△X△Y潮州建設(shè)局2 616 645.278461 469.693————龍湖初級(jí)中學(xué)2 606 320.682463 016.054————GNSS6252 612 741.874461 845.2802 612 741.893461 845.285-0.019-0.005

表2 基線比較表

由表1可知，誤差小于圖上0.05 mm，檢測(cè)合格，已知點(diǎn)可以使用。

由表2可知，相對(duì)誤差小于限差，檢測(cè)合格，已知點(diǎn)可以使用。

3.1.4 復(fù)核網(wǎng)測(cè)量

復(fù)核網(wǎng)采用三等水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)規(guī)范要求施測(cè)，按GPS C級(jí)網(wǎng)的精度觀測(cè)。聯(lián)測(cè)東溪工作基點(diǎn)07、08和西溪工作基點(diǎn)02三個(gè)點(diǎn)，并解算出平面坐標(biāo)。具體的網(wǎng)圖見(jiàn)圖4。

圖4 三等復(fù)核網(wǎng)網(wǎng)圖

采用六套雙頻GPS儀器，邊連式同步進(jìn)行測(cè)量記錄。具體GPS靜態(tài)測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求按GB/T 18314—2009有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用軟件HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包自動(dòng)解算，星歷數(shù)據(jù)直接使用精密星歷，模糊度采用雙差固定解。對(duì)流層模型采用霍普菲爾德模型，電離層模型采用自動(dòng)模型[2]。基線解算成功后進(jìn)行了各種粗差的檢驗(yàn)，對(duì)個(gè)別復(fù)測(cè)基線誤差較大的，在不影響整體控制網(wǎng)網(wǎng)形的前提下剔除了誤差較大的時(shí)段或基線邊。同時(shí)進(jìn)行了同步環(huán)、異步環(huán)和重復(fù)基線的檢驗(yàn)。各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求，成果可靠。

3.1.5 基點(diǎn)邊長(zhǎng)測(cè)量

本次使用徠卡全站儀TC2003(440543)進(jìn)行測(cè)量，儀器加常數(shù)為0.1 mm、乘常數(shù)為0.1 ppm。共測(cè)邊長(zhǎng)兩條，分別為基點(diǎn)08至A，A至基點(diǎn)02，往返測(cè)量。邊長(zhǎng)測(cè)量采用4個(gè)測(cè)回的數(shù)據(jù)。

測(cè)距邊長(zhǎng)經(jīng)氣象改正、加乘常數(shù)改正、周期誤差改正、傾斜改正后，把邊長(zhǎng)歸算至指定高程面上(本次選擇最接近測(cè)區(qū)所有工作基點(diǎn)的高程面為17 m)[3]。邊長(zhǎng)各觀測(cè)限差均符合要求。

使用徠卡全站儀TC2003(440543)進(jìn)行角度測(cè)量，測(cè)角精度為0.5"。分別在基點(diǎn)08和轉(zhuǎn)A上設(shè)站，測(cè)取基點(diǎn)07至A的角度和A至基點(diǎn)07的角度，施測(cè)左右角各9個(gè)測(cè)回。水平角各觀測(cè)限差均符合要求。由邊長(zhǎng)和水平角測(cè)量結(jié)果可計(jì)算得基點(diǎn)08至基點(diǎn)02的基線長(zhǎng)。

3.2 垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)測(cè)量

垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)測(cè)量按照測(cè)區(qū)實(shí)際情況，選取距離測(cè)區(qū)最近的國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)Ⅱ韓江17作為起算點(diǎn)，檢測(cè)高程點(diǎn)共3個(gè)(分別為基點(diǎn)水01、基點(diǎn)水02、基點(diǎn)水08)，形成一個(gè)閉合水準(zhǔn)路線，采用往返觀測(cè)，單程路線長(zhǎng)6.5161 km；在此之前，對(duì)韓江17和韓江N20兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行已知點(diǎn)復(fù)核，復(fù)核采用附合水準(zhǔn)路線，往測(cè)6.0490 km，返測(cè)6.0488 km；路線累計(jì)長(zhǎng)度25.13 km。觀測(cè)路線見(jiàn)圖5。

圖5 水準(zhǔn)路線網(wǎng)圖

水準(zhǔn)測(cè)量要求按照《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)執(zhí)行，作業(yè)前嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行i角檢查和起算點(diǎn)檢測(cè)，合格后方可進(jìn)行作業(yè)。二等水準(zhǔn)精密平差計(jì)算時(shí)，對(duì)觀測(cè)所用高差進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺長(zhǎng)度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正等改正項(xiàng)[1]。

本次垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用徠卡電子水準(zhǔn)儀DNA03(33435)進(jìn)行測(cè)量，每天測(cè)量前均對(duì)儀器進(jìn)行了i角檢查。精度等級(jí)為二等，往返觀測(cè)在標(biāo)尺(30739和30830，標(biāo)尺改正數(shù)為+0.001 mm/m)分劃線成像清晰、穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，采用尺臺(tái)作轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，往測(cè)時(shí)，測(cè)站觀測(cè)順序?yàn)椋汉?前-前-后、前-后-后-前；返測(cè)時(shí)，測(cè)站順序?yàn)椋呵?后-后-前、后-前-前-后；往返測(cè)均為偶數(shù)站[1]。

利用電子水準(zhǔn)觀測(cè)記錄程序處理，平差計(jì)算利用清華三維進(jìn)行平差計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均符合規(guī)范要求。

3.3 西溪基點(diǎn)變形分析

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)查勘情況分析

在西溪右岸基點(diǎn)01、基點(diǎn)02兩個(gè)觀測(cè)工作基點(diǎn)查看時(shí)，可見(jiàn)基點(diǎn)02東北方向有一樓盤(pán)“×××××”，該樓盤(pán)圍墻距基點(diǎn)02約二十多米，該樓盤(pán)主體建筑距基點(diǎn)02也只有50 m左右。根據(jù)資料顯示:近兩年來(lái)，由于基點(diǎn)02東北方向的古美村新建大量高層建筑，可能造成基點(diǎn)02輕微偏移。也恰好從2015年4月開(kāi)始，西溪閘壩壩頂水平位移出現(xiàn)異常。所以，東北方向樓盤(pán)基礎(chǔ)擠壓影響是造成基點(diǎn)02位移的外在因素。

3.3.2 基點(diǎn)02埋標(biāo)結(jié)構(gòu)分析

潮州供水樞紐是建在地質(zhì)條件非常復(fù)雜、覆蓋層非常厚的軟基水利工程項(xiàng)目。該工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作基點(diǎn)由施工單位建設(shè)而成，工作基點(diǎn)均為單根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，鉆孔深度未到基巖，而是打在相對(duì)穩(wěn)定的砂卵石層。這些工作基點(diǎn)，如果周邊沒(méi)有工程建設(shè)干擾是相對(duì)穩(wěn)定的，否則工程建設(shè)干擾會(huì)對(duì)復(fù)雜的軟基地層產(chǎn)生擠壓滑動(dòng)，然后帶動(dòng)工作基點(diǎn)位移。所以，基點(diǎn)埋標(biāo)采用鉆孔灌注樁未到基巖的工程方法存在缺陷，也是造成基點(diǎn)02受東北方向樓盤(pán)基礎(chǔ)擠壓影響位移的內(nèi)在因素[4]。

3.3.3 西溪基點(diǎn)距離變化分析

根據(jù)已有的基點(diǎn)01、基點(diǎn)02和基點(diǎn)03的坐標(biāo)、計(jì)算距離及實(shí)測(cè)值，經(jīng)整理后見(jiàn)表3。

表3 西溪基點(diǎn)觀測(cè)比較表

從表中可知，2016年8月22日實(shí)測(cè)基點(diǎn)02至基點(diǎn)01和基點(diǎn)03的邊長(zhǎng)分別比變形前邊長(zhǎng)縮短了3.53 cm 和2.09 cm。

基點(diǎn)01遠(yuǎn)離古美村新建高層建筑群，埋設(shè)在基點(diǎn)02下游堤岸，周圍環(huán)境穩(wěn)定；基點(diǎn)03與新建高層建筑群的距離有80 m左右，新建筑物對(duì)基點(diǎn)03的影響有限；而與新建高層建筑群距離只有20 m左右的基點(diǎn)02，受到的影響很大。結(jié)合表3分析說(shuō)明：基點(diǎn)02向基點(diǎn)01、基點(diǎn)03方向產(chǎn)生水平位移，位移量分別為3.53 cm、2.09 cm。

3.3.4 西溪變形觀測(cè)點(diǎn)角度數(shù)據(jù)分析

根據(jù)2015年1月—2016年8月共13期變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，以2015年1月為首期，其他各期(2～13期)變形點(diǎn)XP01～XP24的角度值呈現(xiàn)規(guī)律性變化。各期與首期比較，從2015年2月第2期始，連續(xù)5期(至2015年6月第6期)的角度呈現(xiàn)逐步增大，每期增值在1″～11″之間；然后連續(xù)3期(至2015年8月第8期)的角度呈現(xiàn)逐步縮小，每期縮小值在1″～4″之間；然后至2015年9月第9期的角度再次呈現(xiàn)增大，增值在1″～4″之間；然后連續(xù)3期(至2016年3月第12期)的角度呈現(xiàn)逐步縮小，每期縮小值在1″～16″之間；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)的角度增大變化值平均達(dá)17″，說(shuō)明角度變化遵守正弦規(guī)律，符合了第13期(2016年8月)基點(diǎn)02向基點(diǎn)01、基點(diǎn)03方向水平位移3.53 cm、2.09 cm的變化情況。

4 結(jié)論與建議

西溪基點(diǎn)變形分析結(jié)論：由于工作基點(diǎn)采用鉆孔灌注樁未到基巖的工程方法存在缺陷，受上埔村新建高層建筑群基礎(chǔ)擠壓影響，基點(diǎn)02產(chǎn)生水平位移，位移方向?yàn)榛c(diǎn)02與基點(diǎn)01、基點(diǎn)03所構(gòu)成的45°角方向，位移量分別為3.53 cm、2.09 cm。

通過(guò)GPS和導(dǎo)線測(cè)量方法對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，兩種方法計(jì)算的坐標(biāo)較差是△x=4.5 mm，△y=0.7 mm，總較差是△d=4.6 mm，測(cè)量成果質(zhì)量可靠，符合規(guī)范要求。現(xiàn)有的觀測(cè)系統(tǒng)中，東溪和西溪的兩個(gè)觀測(cè)工作是基本獨(dú)立的且多年沒(méi)有聯(lián)測(cè)過(guò)，本次基點(diǎn)測(cè)量成果可作為東溪、西溪兩個(gè)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)一的依據(jù)。

目前的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)不完善、不規(guī)范且不統(tǒng)一，建議應(yīng)按有關(guān)規(guī)程規(guī)范重新建立一個(gè)完整、合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在江東洲生產(chǎn)待工區(qū)的合適位置新建觀測(cè)校核基點(diǎn)，以滿足今后的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校核需要。

新的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要與樞紐自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)相聯(lián)，變形監(jiān)測(cè)新舊成果應(yīng)建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，統(tǒng)籌分析研究。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局.國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范：GB/T 12897—2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范：GB/T 18314—2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.工程測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：GB 50026—2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4] 中華人民共和國(guó)水利部.水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范：SL 52—2015[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2015.