穿越堤防管道工程沉降觀測技術(shù)

張佳

（黃河水利委員會山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

1 河道及工程概況

黃河濼口以下河段屬于彎曲型河段，在兩岸險工、控導(dǎo)工程共同作用下，河流擺動幅度不大，是黃河治理較好、較穩(wěn)定的河段。濼口至河口段河道約168 km，堤距600～5 100 m，河槽寬400～1 200 m，河床平均縱比降約1?，河彎多。黃河下游河道的設(shè)防流量為11 000 m3/s。黃河下游某輸氣管道二線工程堤防加高工程于2014 年設(shè)計建設(shè)，建設(shè)范圍為黃河下游河道右岸堤段K77+730～K78+890 處，堤頂寬度約12 m，原堤頂高程為32.25 m。

2 設(shè)計方案

2.1 基準點選擇和沉降觀測點的布設(shè)

引據(jù)點采用章丘黃河河務(wù)局提供的基本水準點J4，由于管線穿越工程施工期間采用該點作為引據(jù)點，并且每年進行高程校核，所以此次沉降觀測采用該點進行引測。

沉降點布設(shè)以加高范圍邊界K77+730為起始點，然后按照百米樁為零點，每50 m在路肩處布設(shè)一個沉降點，直至測量到加高范圍終點K78+890。

2.2 測量儀器的選擇

水準測量作為測定高差最直接可靠的方法，在地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用十分廣泛。隨著水準儀的不斷改造和發(fā)展，數(shù)字水準儀的精度和作業(yè)效率更高、操作更方便，普遍應(yīng)用于水準測量工作。數(shù)字水準儀測量利用探測器對標尺圖像進行探測，自動算出視線高度和儀器至標尺的距離。通過人工調(diào)焦和對準，儀器中的分光鏡將標尺影像光線分離成可見光和紅外光兩部分，可見光成像后測量員可目視觀測；探測器接收到紅外光線標尺圖像，通過儀器的數(shù)據(jù)處理，可測算得出視線高度和視距，并顯示在窗口上。

沉降觀測采用瑞士Leica DNA03 精密數(shù)字水準儀配合銦鋼尺進行觀測，測量過程中儀器可自動實時進行數(shù)據(jù)的記錄、存儲，然后計算限差，減少人為誤差，使得測量結(jié)果更加準確，并提高了作業(yè)效率，大大降低了測量人員的勞動強度。此儀器測量精度為每公里往返測高程中誤差±0.30 mm，最小測量讀數(shù)0.01 mm，符合國家測量規(guī)范中對精度的要求。同時該采用的儀器通過了法定儀器檢定機構(gòu)的檢定，并在有效檢定期內(nèi)，外業(yè)測量前對儀器進行i角檢校，i角不超過15″，符合限差。

2.3 沉降觀測步驟

2.3.1 觀測順序

沉降觀測需進行往、返觀測，然后根據(jù)相應(yīng)觀測標準有序?qū)嵤３两迭c設(shè)置為固定點，避免因立尺位置不同造成誤差。往測時，需要根據(jù)奇數(shù)站和偶數(shù)站分別觀測，返測時，需將水準標尺互換，以保證消除標尺零點差。

2.3.2 水準線路觀測方式及限差

式中：Δ—測段往返測高差不符值，單位為毫米（mm）；R—測段長度，單位為千米（km）；n—測段數(shù)。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 測量平差

觀測數(shù)據(jù)處理軟件采用同濟大學(xué)開發(fā)的AdjustLevel 平差處理系統(tǒng)，該軟件采用嚴密平差方式對原始測量數(shù)據(jù)進行水準平差。嚴密平差是按照最小二乘準則處理測量原始數(shù)據(jù)，求出測量對象的最大似然估計值及其精度的方法，嚴密平差通過合理分配閉合差，有效降低粗差，使得平差結(jié)果更合理、更準確。平差方式可選擇為經(jīng)典平差模型或擬穩(wěn)平差模型。

3.2 沉降數(shù)據(jù)分析

水準路線平差結(jié)果和沉降數(shù)據(jù)對比見表1和表2。

表1 水準路線平差結(jié)果表

表2 沉降點對比表

4 結(jié)論與建議

通過瑞士Leica DNA03 精密數(shù)字水準儀在黃河下游河道某輸氣管道二線工程堤防加高工程地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用，對比了該工程的現(xiàn)狀高程與設(shè)計高程的關(guān)系，沉降測量平差結(jié)果滿足三等水準測量的限差和精度要求，符合測量規(guī)范，說明該儀器觀測結(jié)果準確，測量成果可靠，極大地提高了作業(yè)效率，減小了勞動強度，為后期堤防道路的整修和管道隱患預(yù)防提供了技術(shù)支撐，為其他地區(qū)開展類似項目提供借鑒和參考。

建議埋設(shè)沉降標志點，今后每年定期觀測，分析其沉降變化和趨勢狀況，從而起到對堤防安全的預(yù)警與提示，進一步保障黃河下游堤防安全。