穿越堤防管道工程沉降觀測(cè)技術(shù)

張佳

（黃河水利委員會(huì)山東水文水資源局，山東 濟(jì)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(xiǎn)工、控導(dǎo)工程共同作用下，河流擺動(dòng)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(jì)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(jì)方案

2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)選擇和沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

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

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

2.2 測(cè)量?jī)x器的選擇

水準(zhǔn)測(cè)量作為測(cè)定高差最直接可靠的方法，在地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用十分廣泛。隨著水準(zhǔn)儀的不斷改造和發(fā)展，數(shù)字水準(zhǔn)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(zhǔn)測(cè)量工作。數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量利用探測(cè)器對(duì)標(biāo)尺圖像進(jìn)行探測(cè)，自動(dòng)算出視線高度和儀器至標(biāo)尺的距離。通過(guò)人工調(diào)焦和對(duì)準(zhǔn)，儀器中的分光鏡將標(biāo)尺影像光線分離成可見(jiàn)光和紅外光兩部分，可見(jiàn)光成像后測(cè)量員可目視觀測(cè)；探測(cè)器接收到紅外光線標(biāo)尺圖像，通過(guò)儀器的數(shù)據(jù)處理，可測(cè)算得出視線高度和視距，并顯示在窗口上。

沉降觀測(cè)采用瑞士Leica DNA03 精密數(shù)字水準(zhǔn)儀配合銦鋼尺進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)量過(guò)程中儀器可自動(dòng)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)，然后計(jì)算限差，減少人為誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，并提高了作業(yè)效率，大大降低了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此儀器測(cè)量精度為每公里往返測(cè)高程中誤差±0.30 mm，最小測(cè)量讀數(shù)0.01 mm，符合國(guó)家測(cè)量規(guī)范中對(duì)精度的要求。同時(shí)該采用的儀器通過(guò)了法定儀器檢定機(jī)構(gòu)的檢定，并在有效檢定期內(nèi)，外業(yè)測(cè)量前對(duì)儀器進(jìn)行i角檢校，i角不超過(guò)15″，符合限差。

2.3 沉降觀測(cè)步驟

2.3.1 觀測(cè)順序

沉降觀測(cè)需進(jìn)行往、返觀測(cè)，然后根據(jù)相應(yīng)觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有序?qū)嵤３两迭c(diǎn)設(shè)置為固定點(diǎn)，避免因立尺位置不同造成誤差。往測(cè)時(shí)，需要根據(jù)奇數(shù)站和偶數(shù)站分別觀測(cè)，返測(cè)時(shí)，需將水準(zhǔn)標(biāo)尺互換，以保證消除標(biāo)尺零點(diǎn)差。

2.3.2 水準(zhǔn)線路觀測(cè)方式及限差

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

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 測(cè)量平差

觀測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件采用同濟(jì)大學(xué)開(kāi)發(fā)的AdjustLevel 平差處理系統(tǒng)，該軟件采用嚴(yán)密平差方式對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行水準(zhǔn)平差。嚴(yán)密平差是按照最小二乘準(zhǔn)則處理測(cè)量原始數(shù)據(jù)，求出測(cè)量對(duì)象的最大似然估計(jì)值及其精度的方法，嚴(yán)密平差通過(guò)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(zhǔn)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(zhǔn)路線平差結(jié)果和沉降數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1和表2。

表1 水準(zhǔn)路線平差結(jié)果表

表2 沉降點(diǎn)對(duì)比表

4 結(jié)論與建議

通過(guò)瑞士Leica DNA03 精密數(shù)字水準(zhǔn)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(cè)中的應(yīng)用，對(duì)比了該工程的現(xiàn)狀高程與設(shè)計(jì)高程的關(guān)系，沉降測(cè)量平差結(jié)果滿足三等水準(zhǔn)測(cè)量的限差和精度要求，符合測(cè)量規(guī)范，說(shuō)明該儀器觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)量成果可靠，極大地提高了作業(yè)效率，減小了勞動(dòng)強(qiáng)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(kāi)展類似項(xiàng)目提供借鑒和參考。

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