現代測繪技術在城市地下施工變形監測中的應用

劉湘媛， 陳 偉

(江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330000)

某建設項目包括大型地下綜合空間、地下綜合管廊、城市道路下穿區間、地面市政園林建筑等，是一個綜合性的大型地下工程，基礎和路基埋深情況各不相同，基礎形式也不相同。此外，地鐵6號線區間、地鐵7號線、地鐵8號線區間和車站相鄰或相交。本文研究的基坑開挖深度介于12.00～23.00 m，基坑萬壽路長約5.4 km，幸福路長約5.9 km?；颖O測側壁共計約16 km，其中坑中綠島長度約2.7 km。本文檢測范圍以基坑及基坑周圍2倍開挖深度范圍內的建筑物、地下管線和道路等構筑物為主，制定一套更為合理的監測流程及數據分析流程，為制定相應的治理措施提供指導意見。

1 常見地面沉降形變的影響因素

為進一步加強對該工程的地面沉降監測，更加全面、科學地監測建設項目，同時提高監測的空間分辨率、時間動態性以及監測效率，本文結合區域地質概況，總結了造成該建設項目所在城市地面沉降形變的主要因素，具體內容包括以下3個方面。

1.1 地裂縫影響

地裂縫是大型城市常見的地面沉降形變影響因素之一，普遍發育的地裂縫對城市地面及地下工程造成了嚴重的危害，是長期蠕動造成的地面破壞效應。為確保住房安全，必需對位于地裂縫帶中樓房進行全方位的結構形變觀測。研究發現，破壞建筑物的主要原因在于地裂縫兩側的不對稱沉降作用，而水平方向上的拉張和錯動更加重了破壞的程度。建設工程區域經過地裂縫，區域地質情況復雜，特別是工程開挖之后隨著土方卸載、地下施工等影響，會使得地裂縫活動更加活躍。

1.2 工程降水影響

工程降水是大型城市地表沉陷的主要誘導因素，如地表河流不發育的大型城市，地下水常年處于超采狀態，形成了大面積地下水下降漏斗區，進而引發城市地面沉降，導致建筑物破壞和城市沉陷。此外，地下水的超采也造成了新地裂縫的形成。本文研究的建設工程涉及降水工程措施，可能會對周邊地裂縫和地面產生一定的影響。

1.3 工程環境效應

密集高層建筑群、大型混凝土工程等環境效應是近年來新的沉降制約因素，在城市建設中逐漸顯露。建設工程大量土方的卸載、地下工程混凝土工程量的增加造成區域不同時間段內荷載量的變化，給地面區域沉降造成了不可忽視的影響。

2 PS-InSAR技術在西安幸福林帶建設項目中的應用

2.1 PS-InSAR技術流程的制定

為了更好地完成建設項目地面沉降監測，需制定出一套質量可靠、技術可行的時序PS-InSAR監測作業技術流程。時序PS-InSAR結果將與同期水準監測結果進行對比分析，對形變結果開展實地調查驗證，并進一步精化時序PS-InSAR數據處理，最終提交時序PS-InSAR地面沉降監測報告。主要流程如圖1所示。

(1)低相干條件下點目標識別。PS-InSAR時序分析主要從SAR影像中挑選出那些散射特性強并且相位穩定的像元進行后續時序形變的反演。但是區域地表的變形監測應用中，干涉圖會存在失相關現象甚至完全失相關。在低相干條件下，如何在SAR影像上有效識別監測點是時序PS-InSAR技術實施的基礎。

(2)監測點的合理選取。在采用時序PS-InSAR監測時，一方面希望提取到盡可能多的高相干點目標，即要保證較高的探測率，另一方面希望避免錯誤地選入其他不穩定的點。因此在高相干點目標選取時既要保證其密度，又要保證其可靠性。

圖1 PS-InSAR技術流程

(3)時序PS-InSAR誤差分析。主要解決應用過程中遇到的軌道誤差、地形誤差和系統熱噪聲等，以獲得高精度形變信息。

(4)針對PS-InSAR的相對形變監測結果，采用CR技術及擬穩平差方法，結合地面沉降監測點確定時序PS-InSAR形變基準。

(5)時序PS-InSAR技術在區域地表形變監測應用。在對收集到工作區的有關工程地質、水文地質、多時相地形資料(包括DEM)、多時相遙感數據、建設圖件及其說明文件、區域地面沉降地裂縫調查及監測數據等資料進行系統整理和分析的基礎上，獲取SAR衛星數據，并采用多平臺PS-InSAR數據開展PS-InSAR數據處理，獲取工作區高精度的地面沉降監測結果，分析其時空發育規律，開展實地調查驗證，評價地面沉降監測結果精度并進行沉降機理解釋。

2.2 建設工程水準測量內容

(1)監測點數分析。本次基坑開挖大致在20 m，監測的內容大部分是基于工程本身的監測，范圍以基坑開挖的2倍計算在40 m的范圍之內。以周邊房屋為例，周邊房屋大致為101棟，需布設監測點650個，平均每棟房屋的監測點數在6～7個點左右。如果以基坑邊80 m監測范圍線來計算上述所有水準的工作量將達到一倍以上，成本和人員也會相應增加一倍之多。

(2)重點區域分析。單純的點測量只能確定項目建設過程中哪些區域以布設點的區域需要加強監測，而對于未布設的點則顯得捉襟見肘，只能憑借工程經驗采取必要措施加以防范。這種過度依賴工程經驗的做法不僅會增加工程量，而且可能存在極大漏洞。

(3)高程控制點不穩定分析?；咏ㄔO工程全線需要基坑降水，那么在降水期間影響就極有可能超過40 m范圍線。在工程還未采取降水措施之前，根據前三期高程控制網的水準數據來看，區域地質情況復雜導致區域內仍有60%的控制點處于不穩定的狀態。前三期高程控制網的選點和觀測嚴格按照規范執行，選點遠離基坑開挖區域，從平差結果來看60%的控制點處于不穩定狀態，而這極有可能與地裂縫有關。隨著工程降水措施的實施，必然會對周邊地裂縫產生直接影響，從而加劇地裂縫活動。

3 結語

地面沉降形變監測結果是分析其時空發育規律，開展實地調查驗證，評價地面沉降監測結果精度并進行沉降機理解釋的最基本的第一手資料，是制定治理措施的最基礎的材料。為此，本文以PS-InSAR監測技術為基礎，根據區域地質資料，制定了某建設項目監測及數據處理流程，為獲得更為可靠的形變數據奠定基礎。