基于GNSS技术的地面沉降监测方法研究
【摘要】传统地面沉降多使用一、二等水准观测，存在观测周期长，费时费力，效率低下等问题。分析了正常高、大地高、沉降量之间的关系，提出了利用静态GNSS技术进行大范围地面沉降监测的方法。工程实践表明，只要采取合理的观测方法及必要的质量控制措施，GNSS可以满足地面沉降监测精度要求。
【关键字】地面沉降监测，GNSS，精密水准，观测精度
目前地面沉降已经成为一种普遍的环境地质现象，给城市的生活、建设、发展带来严重的危害，如何更加准确、快速的进行地面沉降监测是测绘工作者共同关心的课题。长期以来，城市地面沉降观测大多使用精密水准观测方法，该方法作业周期长、实时性差，以及系统误差积累等问题，又严重影响监测成果的可靠性与真实性；同时，根据已有数据统计，使用该方法，需要长距离的高程基准传递，增加了工作量，影响了观测精度。GNSS具有观测周期短、布网迅速、精度高、自动化程度高等优点，已经广泛应用于控制测量、变形监测等领域，且GNSS 的高程分量精度的提高也越来越成为人们关注的热点问题。探讨基于GNSS的地面沉降监测方法，使人们从繁重的水准测量中解脱出来，提高城市地面沉降监测的效率，具有较高的应用价值。
1 基于GNSS的地面沉降监测原理
众所周知，传统的精密水准测量得到的是正常高，而GNSS技术测量得到的是大地高，而城市地面沉降需要的成果是沉降量，分析不同高程系统之间的关系，如何消除不同高程系统间转换的误差，是使用GNSS技术进行沉降监测的基础。
事实上，大地高与正常高之间满足下列关系式
（1）
在公式（1）中，H为大地高，h为正常高，为高程异常。如果在与两个不同时刻测定了沉降监测点的大地高，那么就有：
（2）
从公式（2）可以看出，当不考虑高程异常瞬时变化时，大地高变化量与正常高变化量完全等价，即
（3）
而大地高是一种纯几何量，与地球内部的物质分布无关，避开了大地水准面不平行性和重力异常变化等问题，比精密水准测量更合理。
地面沉降监测
上海市工程建设规范 地面沉降监测与防治技术规程Technical code for land subsidence monitor and control (征求意见稿) 2008 上海
上海市工程建设规范 地面沉降监测与防治技术规程 Technical code for land subsidence monitor and control 主编单位：上海市地质调查研究院 批准单位：上海市建设和交通委员会 施行日期：2008年月日
2008 上海 35
上海市建设和交通委员会 沪建交[2008] 号 上海市建设和交通委员会关于批准 《地面沉降监测与防治技术规程》为 上海市工程建设规范的通知 各有关单位： 由上海市地质调查研究院等单位主编的《地面沉降监测与防治技术规程》，经有关专家审查和我委审核，现批准为上海市工程建设规范。该规范统一编号为，其中1.0.4为强制性条文。自2008年月日起实施。本规范由市建设交通委负责管理，上海市地质调查研究院负责解释。 上海市建设和交通委员会 二○○八年月日
前言 本规程是根据上海市建设和交通委员会沪建交[2007]184号文的要求，由上海市地质调查研究院会同有关单位依据国务院《地质灾害防治条例》（国务院2003年第384号）以及上海市政府《上海市地面沉降防治管理办法》（上海市人民政府令2006年第62号），密切结合上海市地面沉降监测与控制的工程实践，在认真总结实践经验和广泛征求本市有关单位和专家意见的基础上，编制完成的。 本规程对地面沉降监测与防治工作的技术要求进行了规定，适用于上海市行政区域内地面沉降的监测与防治工作。 本规程共分五章，内容包括：1.总则；2.规范性引用文件；3.术语；4.地面沉降监测；5.建设工程地面沉降监测；6.地面沉降防治；7.成果编制和归档及其条文说明。 本规程以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本规程具体由上海市地质调查研究院负责
目录 一、我国地面沉降现状及形成原因 (1) 1.1、我国地面沉降现状 (1) 1.2、地面沉降的类型 (2) 1.3、沉降灾害的成因 (2) 二、传统地面沉降检测手段 (3) 2.1、水准测量 (3) 2.2、三角高程测量 (4) 2.3、GPS测量 (4) 三、InSAR地面沉降监测 (4) 3.1、DInSAR变形监测基本原理 (6) 3.2、DInSAR数据处理流程 (8) 3.3、DInSAR测量缺陷 (9) 3.4、InSAR变形监测新技术 (10) 四、InSAR监测技术与传统方法的比较 (10)
一、我国地面沉降现状及形成原因 1.1、我国地面沉降现状 一直以来，地质灾害给人类的经济生活带来了巨大损失，究其原因，绝大部分都是由于地球表面的形变引起的。其中不仅有地震形变、地面沉降、火山运动、冰川漂移以及山体滑坡等自然灾害，还有由于工程开挖、地下水抽取、堆载、爆破、弃土等引发的人为地质灾害。这些不可逆的地表形变已经成为影响区域经济和社会可持续发展的重要因素。目前，中国在19个省份中超过50个城市发生了不同程度的地面沉降，累计沉降量超过200毫米的总面积超过7.9万平方公里。中国地质调查局公布的《华北平原地面沉降调查与监测综合研究》及《中国地下水资源与环境调查》显示：华北平原不同区域的沉降中心有连成一片的趋势；长江区最近30多年累计沉降超过200毫米的面积近1万平方公里，占区域总面积的1/3。其中，上海市、江苏省的苏锡常三市开始出现地裂缝等地质灾害。其中中国长江三角洲、珠江三角洲及黄河三角洲都受到严重的地面沉陷的影响。仅上海地区，自1921年发生地面沉降以来，沉降总面积已超过1000平方公里，造成的经济损失高达2800亿元。我国最早发现地面沉降的是上海市，1922~1938年地面平均下沉26mm，至1965年沉降中心地面沉降最大值达2.63m，最大沉降速度每年达110mm；北京市区东部600km2，地面出现沉降，最大沉降累计达550 mm；天津市1959年开始出现地面沉降，1980年范围扩大到7300 km2，沉降量100mm以上的范围已达900 km2，沉降大于lm的范围达135 km2，最大累计沉降量为2.5米；西安市地面沉降发现于1959年，到1988年最大累计沉降量已达1.34米，年平均沉降量30-70mm的沉降中心有5处多，沉降量100mm的范围达200 km2；太原市沉降量大于200mm的面积有254 km2，大于1000毫米的沉降区面积达7.1 km2，最大累计沉降量达1380mm。此外，宁波、常州、苏州市、无锡市、嘉兴市、杭州市、台北、沧州、唐山等地区也发现地面沉降，新开发的城市海口市也已出现地面沉降。我国地面沉降的地域分布具有明显的地带性，主要位于厚层松散堆积物分布地区。 图2 上海市地面沉降变化图 1、大型河流三角洲及沿海平原区 主要是长江、黄河、海河及辽河下游平原和河口三角洲地区。这些地区的第四纪沉积层厚度大，固结程度差，颗粒细，层次多，压缩比强；地下含水层多，补给径流条件差，开采时间长、强度大；城镇密集、人口多，工农业生产发达。这些地区的地面沉降首先从城市地下水开采中心开始形成沉降漏斗，进而向外围扩展，形成以城镇为中心的大面积沉降区。 2、小型河流三角洲区 主要分布在东南沿海地区第四纪沉积厚度不大以海陆交互相的粘土和砂层为主，压缩性
《基岩标、分层标建设与验收技术规范》 河南省地方标准编制说明 一、编制的目的和意义 为规范河南省范围内地面沉降监测基岩标、分层标的建设工作，统一建设与验收的程序和技术标准，进一步提高地面沉降监测的工作效率和监测效果，编制本规范。 地面沉降是在自然原因或人类工程活动影响下，地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。其主要危害有：(1)毁坏建（构）筑物和生产设施，尤其是对地铁、管廊等地下构筑物影响极大；(2)不利于建设事业和资源开发；(3)造成海水倒灌。目前，地面沉降已经成为影响城市建设、制约经济发展的地质灾害和环境地质问题。截至目前，全国有50多个城市出现了地面沉降现象，累计沉降量超过200mm的地区达到7.9万Km2，并且仍在继续扩大，长三角地区、华北平原和汾渭盆地已成为地面沉降的重灾区。 为有效减轻和消除地面沉降环境地质问题、防治地质灾害，保证经济建设持续、绿色、稳定地发展，中央及省市各级政府对地面沉降问题都十分重视。2012年2月，国务院批准了《全国地面沉降防治规划（2011-2020年）》，北京、上海、天津、浙江、河北、河南等地均在实施地面沉降监测工作。基岩标、分层
标是地面沉降监测工程的重要组成部分，也是实施监测工作的必须手段。这方面的技术标准却相对滞后，全国范围内没有基岩标、分层标建设与验收的技术标准。 华北平原是地面沉降的重灾区，不同区域的沉降中心有连成一片的发展趋势。我省多地存在地面沉降现象，且情况日趋严重。为准确监测地面沉降程度及其发展趋势，以有效控制和消除其造成的危害，郑州航空港区、开封市区、郑州市区相继建设了地面沉降监测基岩标。今后一些年，省内各市也将陆续建设地面沉降基岩标和基岩标。 根据省内地质条件和地面沉降的特征，编制地面沉降监测基岩标、分层标建设与验收的技术规范，可以为我省基岩标、分层标的建设提供直接依据，统一建设和验收的技术标准。能够进一步提高全省地面沉降监测工程的施工质量，促进提高监测技术水平和监测精度，为有效控制和消除地面沉降问题发挥作用。 二、任务来源及编制原则和依据 （一）、任务来源 为规范河南省范围内地面沉降监测基岩标、分层标的建设和验收工作，2019年7月，河南省地矿局第二地质环境调查院提出编制《地面沉降监测基岩标、分层标建设与验收技术规范》（河南省地方标准）的立项申请。2019年12月23日，《河南省市场监督管理局关于下达2019年河南省地方标准制修订计划的通
目录 一、工程概况 (2) 二、编制说明 (2) 1．编制依据 (2) 2．编制原则 (2) 3．编制范围 (2) 三、监控测量组织体系机构 (3) 1．组织机构 (3) 2．监控量测管理 (3) 四、高填方路基位移与沉降观测 (3) 1．位置桩埋设及观测 (3) 2．水准点埋设及精度要求 (4) 3．观测频率 (4) 4．施工中观测控制标准 (5) 5．观测成果及成果整理要求 (5) 五、路基软基换填沉降观测 (5) 1.作业准备 (5) 2.技术要求 (6) 3.施工顺序 (6) 4.观测频率 (6) 5.测量成果统计及分析 (7) 六、高边坡沉降观测 (7) 七、观测实施流程 (8) 八、报警方法 (9) 1.稳定控制标准 (9) 2．报警流程 (10) 九、监测技术要求 (10) 1.人工巡视 (10) 2.裂缝监测 (10) 3.监测频率 (11) 十、监测设施保护 (11) 十一、安全管理 (11) 1.加强安全生产教育 (11) 2.做好监测施工现场安全措施 (12) 3.制定相关应急预案 (12)
高填方及高边坡位移、沉降观测方案 一、工程概况 本标段为广东省汕（头）至湛（江）高速揭博段T7标段，路线起于五华县梅林镇梅新水库下游，起点桩号为K132+020，路线向西在梅林镇琴口村附近跨琴江，设琴江大桥，其后在告岭村附近设梅林互通与县道X003连接，路线向西经锡古塘至曾洞，经鹅公塘至官洞，设官洞大桥跨龙华路，设华阳互通与省道S120和龙华路连接，路线终点位于华阳镇古塘角村，终点桩号为K142+000，路线全长9.980Km。 本合同段内路堑高边坡共计25段，其中主线有15段，梅林互通5段，华阳互通5段；设置沉降桩共有78个，其中主线40个，梅林互通23个，华阳互通15个。高填方路基共25段，其中主线内有15段，梅林互通5段，华阳互通5段，设置观测桩94个，其中主线51个，梅林互通20个，华阳互通23个，且大部分高填方处于软基换填位置。为掌握高边坡及高填方施工中的安全和稳定，另一方面能正确预测工后沉降，使沉降控制在允许范围之内（详见附表）。 二、编制说明 1．编制依据 1.1《广东省汕头至湛江高速公路揭西大溪至博罗石坝段第七合同段两阶段施工图设计》； 1.2《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006)； 1.3《公路工程质量检验评定标准（第一册土建工程）》（JTG F80/1-2004)； 1.4中交一公局多年高速公路施工经验。 2．编制原则 结合业主下发的设计图纸和本项目现场踏勘，充分满足工期、质量、安全、环保及文明施工等方面的规定和要求。合理安排施工顺序，做到布局合理、突出重点、全面展开、平行作业、科学组织、均衡生产、以保证施工连续均衡地进行。严格遵守合同文件明确的设计规范、施工规范和质量评定与验收标准。 3．编制范围 本施工方案适用于汕湛高速揭博项目T7标K132+020～K142+000段高填方路基、高边坡施工。
地面沉降监测技术方法的现状与发展趋势 肖勇 （中国地质大学水资源与环境学院10050932班，北京100083） 摘要：关于地面沉降的监测开始于20世纪中上叶，随着地面沉降的加大，危害的加深，各有关国家都相应的加大对地面沉降的研究，监测手段也在这个过程中不断发展，现今对地面沉降的监测手段主要有水准测量方法、三角高程测量方法、数字摄影测量方法、InSAR方法、GPS方法、地面沉降监测站(基岩标和分层标组)、地下水动态监测等，同时监测方法也逐渐由单一方法向多方法融合转变。 关键词：地面沉降；GPS方法；InSAR；基岩标；分层标 0引言 从广义的地面沉降概念而言，地面沉降是自然因素或（和）人为因素作用下形成的地面标高损失[1]。世界上绝大多数地方的地面沉降主要是由于人为因素引起的。随着社会的发展，人类加大了对地下流体资源（油、气、水）、地下固体矿产（金属矿、煤、盐岩等）的开采，当这些物质从地下储存地层采出后，地层就会产生压缩变形，变形传递到地表表面就形成了人为的地面沉降。我国最早于1921年在上海市区发现地面沉降现象，目前我国共有70个城市或地区（包括台湾）有地面沉降现象[2]，且地面沉降程度和范围还在进一步地加深和加大。地面沉降一旦形成便难以恢复，其发展过程基本上是不可逆的，影响也是持久的。严重的地面沉降及其造成的灾害对经济建设及其生态环境均造成很大影响。 针对这一问题，各地面沉降区采取了一些相应控制地面沉降的措施，如控制地下水开采、人工回灌等，同时还在重点区域建立一批地面沉降监测网。我国政府也在近期出台了《全国地面沉降防治规划》（2011～2020年），以长江三角洲地区、华北地区、汾渭盆地为主要对象，建立地面沉降监测网，研究地面沉降成因并进行防止。 上海、北京、天津等地的地面沉降监测及研究防止工作开展较早，目前其监测手段是国内最成熟的，监测网建设也是最完善的。现今的监测手段主要有：水准测量方法、三角高程测量方法、数字摄影测量方法、InSAR方法、GPS方法、监测标(基岩标和分层标组)、地下水动态监测等，监测方式也逐渐由单一方法向多种方法融合转变。 1地面沉降监测技术 1.1水准测量 水准测量始于十九世纪，至今仍然广为使用。它是在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。通过水准测量得到测量时该地区的地面高程数据，与前一次水准测量所测得的该地区地面高程数据对比，从中提出这两次测量期间的地面沉降量。 水准测量，是一种传统的地面沉降监测方法，尽管这种方法很简单，但其精度却非常高（表一）[3]。随着水准仪的发展，特别是数字化水准仪的出现，水准测量工作中人为错误得
变形监测技术在桥梁监测中的应用 摘要：桥梁的建设展示了我国大桥梁发展的最新技术水平和成就，代表了大桥梁发展方向，使我国公路桥梁建设步人世界先进行列，并对促进区域经济繁荣和发展，完善国道主干线网起到十分重要作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。本应用研究通过对江阴长江公路大桥的沉降和水平位移监测，探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用，通过合适的数据处理方法，分析和总结桥梁变形的规律，为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。 关键字：变形监测技术、桥梁监测、应用 一、引言 近年来，随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构和形势日趋复杂，规模也越来越大，桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，对其进行变形监测也就显得尤为重要。变形监测是对被监测的对象或物体进行测量，以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。其主要意义是分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形。桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测，其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测，并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。 二、桥梁变形监测发展现状 2.1桥梁结构变形监测内容 2.1.1垂直位移监测内容 桥梁结构竖向位移主要包括梁式桥施工期间桥墩、梁体以及运营期间桥墩、桥面的竖向位移测量；拱桥施工期间的桥墩、拱圈以及运营期间的桥墩、桥面垂直位移；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔、梁体、锚碇以及运营期间索塔、桥面垂直位移；桥梁两岸边坡垂直位移。 2.1.2水平位移监测内容 桥梁结构水平位移监测主要包括梁式桥施工期间梁体以及运营期间桥面的水平位移监测；拱桥施工期间的拱圈以及运营期间的桥面水平位移监测；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔倾斜，塔顶、梁体、锚碇以及运营期间索塔倾斜、桥面水平位移；桥梁两岸边坡水平位移。 2.2 桥梁结构变形监测控制测量 2.2.1 垂直位移监测控制测量 高程控制测量等级的划分，依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量；四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量，五等也可采用GPS 拟合高程测量。 首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网，加密网应布设成符合路线或节点网。 特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。 高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时，宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉
德州地面沉降监测与成果分析 德州地面沉降监测与成果分析 摘要：本文介绍了德州地面沉降监测的作业情况及原点组的建立。在济南市的鹊山上，设立了3块岩层水准标石的原点组；使用美国Trimble DiNi 12 电子水准仪和条码式铟钢水准标尺施测二等精密水准238km，联测各类水准点73个。对观测结果进行统计与分析，在德州城区西部形成一个较明显的沉降区域，沉降中心年均沉降量为62.5 mm。建议在其周边增埋地面观测标石，进行加密观测，以掌握其变化规律。 关键词：地面沉降；监测；水准测量；沉降量 Abstract: This paper introduces the operation situation of ground subsidence monitoring of Dezhou city and the establishment of fundamental point group. On Queshan mountain of Jinan city, setting up fundamental point groups with three rock levels, and using the US Trimble DiNi 12 electronic level and bar code typed indium level steel rod, we tested level second precision 238 km, and jiont tested 73 standard points of all kinds. Through analying the observation and statistics, we found that there formed a obvious subsidence area in the west of Dezhou city with an average annual settlement of 62.5 mm in the center. Thus, we suggests that the groun observation markstonesshould be buried more around the surrounding to closely observe and master the change rule. Keywords: the ground settlement; testing;leveling;settlement 中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 德州市地处山东省的北部，西与河北省的故城、景县相邻；北与
变形监测的若干新技术 秦滔 摘要：主要介绍了光纤监测技术、卫星合成孔径雷达差分干涉测量技术及GPS 伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用，同时分析了使用这些新技术的优势和应用前景。 关键词：变形监测 GPS伪卫星组合定位 光纤监测合成孔径雷达差分干涉测量 Abstract:Mainly introduce the fiber-optic monitoring technology, D-InSAR and integration of GPS and Pseudolite positioning technology in the application of deformation monitoring, and analysis of the use of the advantages of these new technologies and applications. Keywords: deformation monitoring integration of GPS and Pseudolite positioning fiber-optic monitoring D-InSAR 1 引言 我国的变形监测工作起步于20世纪50年代，经过半个世纪的发展，形成了完成的理论体系和技术方法。尤其近20年来，许多大型工程开工建设，各种先进的仪器设备飞速发展，变形监测工作也取得了很大的进步。 早期的变形监测，主要采用精密的光学测量仪器进行观测，例如精密水准测量、经纬仪、垂线及视准线等。随着电子仪器的发展，应变计、无应力计、测缝计、钢筋计、测压计、渗压计等广泛应用于变形监测中。另外，用于监测环境量的电子温度计、水位计等也开始使用。电子计算机的广泛应用和发展，促使变形监测工作提高效率，走向自动化、智能化之路，尤其是全站仪、GPS等先进仪器出现，计算机技术不断发展，数据处理技术不断优化，变形监测工作走上了数据采集、传输、存储、处理自动化的道路。 近年来，变形监测工作中又出现了若干新的技术方法，这些新技术拥有广阔的应用前景，本文主要介绍以光纤传感器为基础的光纤监测技术、以卫星合成孔径雷达为基础的差分干涉测量技术（D-InSAR）及以GPS伪卫星组合定位技术在变形监测中的应用。 2 光纤监测技术 光纤技术是一种集光学、电子学为一体的新兴技术，其核心技术是光纤传感
唐山南湖生态城区域地面沉降监测项目 绩效自评报告 按照《唐山市财政局关于开展市本级财政项目支出绩效自评工作的通知》（唐财预[]号）的要求，我单位对唐山南湖生态城区域地面沉降监测项目支出进行绩效自评。 一、项目基本情况 唐山市国土资源局是唐山南湖生态城区域地面沉降监测项目的主管部门。 （一）项目绩效目标 围绕南湖采空区及规划开采区地表沉降变形安全监测需求，基于，，静力水准仪、测缝计、测斜仪和三等水准测量等多种技术手段对南湖采空区地面沉降趋势开展工程化监测和综合研究，通过地面沉降特征信息的提取，为南湖地区地表移动变形的科学分析和及时防治提供可靠数据和计算模型支持，为世界园艺博览会的顺利举行提供有力的基础保障，为南湖生态城区域建设及发展提供科学决策依据和技术支持。 建设期，完成南湖生态城区域地面沉降野外调查2；建成地面沉降监控中心一座，有效的对南湖地区地面沉降数据进行获取、处理以及分析，准确无误的获取地面沉降信息；完成一期数据的解译，获得地面沉降数据；建设完成基准站座及监测站座；建设完成静力水准仪监测点个、测缝计监测点个、测斜仪监测点个；建设完成基准点处及三等普通标石水准监测点处；编写完成唐山市南湖地区地面沉降监测网建设报告。
监测期，完成一期数据的解译，获得地面沉降数据；实时获取监测数据，通过解译得到坐标数据；通过静力水准仪、测缝计和测斜仪等监测设备进行数据采集，并得到平差后的监测数据；水准观测完成期，对观测数据进行平差处理；对地面沉降监控中心、各种监测设施进行维护，以保证数据获得的完整性与准确性；将，，静力水准仪、测缝计、测斜仪和三等水准监测解译后的数据分别录入到唐山南湖生态城区域地面沉降监测系统中，通过对各种监测数据的整合及对比分析，准确的得到南湖地区地面沉降信息；绘制唐山南湖生态城区域地面沉降监测的各种图件；编制唐山南湖生态城区域地面沉降监测成果报告。 （二）项目资金来源 财政专项资金元，目前已拨付支出元。 （三）项目绩效目标完成情况 第一部分建设期 （）完成南湖生态城区域地面沉降野外调查2； （）完成建设地面沉降监控中心一座，有效的对南湖地区地面沉降数据进行获取、处理以及分析，准确无误的获取地面沉降信息； （）完成一期数据的解译，获得地面沉降数据； （）建设完成基准站座及监测站座； （）建设完成静力水准仪监测点个、测缝计监测点个、测斜仪监测点个； （）建设完成基准点处及三等普通标石水准监测点处； （）编写完成唐山市南湖地区地面沉降监测网建设报告。
变形监测定义 是指对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置几内部形态随时间的变化特征。 变形监测的目的 1）分析和评价建筑物的安全状态2）验证设计参数3）反馈设计施工4）研究正常的变形监测规律和预报变形的方法 变形监测的意义 对于机械技术设备，则保证设备安全、可靠、高效地运行，为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据；对于滑坡，通过监测其随时间的变化过程，可进一步研究引起滑坡的成因，预报大的滑坡灾害；通过对矿山由于矿藏开挖所引起的实际变形观测，可以采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，同时可以改变变形预报模型；在地壳构造运动监测方面，主要是大地测量学的任务，但对于近期地壳垂直和水平运动以及断裂带的应力积聚等地球动力学现象、大型特种精密工程以及铁路工程也具有重要的意义。 变形监测的特点 1）周期性重复观测2）精度要求高3)多种观测技术的综合应用4）监测网着重于研究电位的变化 变形监测的主要内容 现场巡视；环境监测；位移监测；渗流监测；应力、应变监测；周边监测 变形监测的精度和周期如何确定，有何依据 精度：1917年国际测量工作者联合会（FIG）第十三届会议上工程测量组提出：如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比这个数小的多。 周期：变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 变形监测系统设计的原则 1）针对性2）完整性3）先进性4）可靠性5）经济性 变形监测系统设计主要内容 1）技术设计书2）有关建筑物自然条件和工艺生产过程的概述3）观测的原则方案4）控制点及监测点的布置方案5）测量的必要精度论证6）测量的方法及仪器7）成果的整理方法及其它要求或建议8）观测进度计划表9）观测人员的编制及预算 变形监测点的分类及每类要求 1）基准点：埋设再稳固的基岩上或变形区外，尽可能长期保存。每个工程一般应建立3个基准点，以便相互校核，确保坐标系统的一致。当确认基准点稳定可靠时，也可以少于3个，应进行定期观测。2）工作点：埋设再被研究对象附近，要求在观测期间保持点位的稳定，其点位由基准点定期监测。3）变形观测点：埋设再建筑物内部，0 变形呢监测点标石埋设后，应在其稳定后方可开始观测。稳定期一般不宜少于15天。 变行监测技术在哪几方面取得了较好的发展？ ①自动化监测技术②光纤传感检测技术③CT（计算机层析成像）技术的应用④GPS在变形监中的应用⑤激光技术的应用⑥测量机器人技术⑦渗流热监测技术⑧安全监控专家系统 什么是垂直位移和沉降？建筑物沉降与哪些因素有关？ 从词面来说，垂直位移能同时表示建筑物的下沉或上升，而沉降只能表示建筑物的下沉，对大多数建筑物来说特别是施工阶段，由于垂直方向上的变形特征和变形过程主要表现为沉降变化，因此实际应用中通常采用沉降一词。 影响建筑物沉降的因素有：（1）建筑物基础的设计（2）建筑的上部结构（3）施工中地下水的升降 监测方法与技术要求有哪些 视线长度、前后视距差和视线高度；水准测量主要限差；沉降监测点的精度要求。 精密水准测量的误差来源有哪些？如何减弱i角误差对沉降观测结果的影响？ 误差来源:1）仪器误差：水准仪i角误差；水准尺长与名义尺长不符2）外界环境引起的误差：高压输电线和变电站等强磁场的影响；温度和大气折光影响3）人为引起的误差 方法：减小i角误差的影响，必须严格控制前后视距差和前后视距累计差，又由于i角误差会受温度等影响，减弱其影响的有效方法是减少仪器受辐射热的影响；若i角误差与时间成比例地均匀变化，则可以采用改变观测程序（奇数站—后前前后；偶数站—前后后前）的方法减小i角误差影响。 精密水准测量监测方法与技术要求有哪些 方法：采用精密水准测量方法进行沉降监测时，从工作基点开始经过若干监测点，形成一个或多个闭合或附合路线，其中以闭合路线为佳，特别困难的监测点可以采用支水准路线往返测量。 要求：视线长度、前后视距差和视线高度；水准测量主要限差；沉降监测点的精度要求。 测点布设原则与方法 建筑物水平位移监测的测点宜按两个层次布设，即由控制点组成控制网，由观测点及所联测的控制点组成扩展网；对单个建筑物上部或构件的位移监测，可将控制点连同观测点按单一层次布设。 水平位移监测常用的观测方法有 1）大地测量法2）基准线法3）专用测量法4）GPS测量法 交会观测方法有几种及什么情况用哪种方法 1）测角交会法：采用测角交会法时，交会角最好接近90°若条件限制，也可设计在60°~120°，工作基点到测点的距离不宜大于300m。2）侧边交会法：r角通常应保持60°~120°，测距仔细，交会边长度a和b应力求相等，一般不大于600m；3）后方交会法 精密导线测量方法 1）边角导线法 2）弦矢导线法 数据处理和分析主要内容 1）粗差检查及处理2）点温度条件检查3）数据可靠性检查。 挠度及挠度观测及方法 定义：测定建筑物受力后挠曲程度的工作称为挠度观测。建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲，弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂
上海市地面沉降监测技术 陈华文 （上海市地质调查研究院，上海 200072） [摘 要] 近年来，通过引进自动化监测、GPS 、GIS 等技术，上海地面沉降监测技术有了显 著的提高。在分析基岩标、分层标的长期运行资料基础上，优化了其设计与施工技术；通过多期的GPS 复测研究，总结了《地面沉降GPS 测量技术规程》。针对不断变化的社会需求优化地面沉降监测方案，加强了地铁、防汛、桥梁、高架道路等重要城市基础设施的沉降监测，积极参与城市建设与管理，为城市建设与管理解决具体问题。 [关键词] 上海市 地面沉降 基岩标 分层标 1 上海地面沉降监测工作发展 20世纪60年代初，由于上海市区大规模集中开采地下水，造成了严重的地面沉降灾害。1961年上海市地质勘察局工程地质大队利用已有的深水井建立了初期的地下水动态观测网，1962年开始埋设基岩标、分层标组，开展市区范围的面积水准测量，监测市区地面沉降及其时、空变形规律。在20世纪70、80年代分别对地面沉降监测设施进行完善与补充。截止1985年在市区及近郊区已先后埋设了基岩标21座、深式分层标17组、地面水准点752座及孔隙水压力测头20组，全市地下水动态监测网共布设了地下水位监测井650口，形成上海市地面沉降动态监测网。 1985年后由于受大规模城市建设影响，地面沉降监测网络受到了较大的影响。上海市政府、市建委非常关注地面沉降监测网面临的问题，在专家论证基础上批准了原上海市地质矿产局上报的《上海市地面沉降监测网络修建规划（1995~2000）》的工作方案，1996年上海市人民政府出台了《上海市地面沉降监测设施管理办法》。目前，上海市地面沉降监测范围从原来的市区和近郊区扩大到了全市，形成了由地面沉降监测站（基岩标分层标组）、地下水动态监测网、精密水准监测网、GPS 地面沉降监测网组成的地面沉降监测网络（表1）。 表1 上海市地面沉降监测网络情况表 数 量 设 施 名 称 单位 1995年 2000年 备注 基岩标 座 8 32 分层标组 组 17 25 水准监测网 Km 2300 650 地面沉降动 态监测网 自动化监测系统 / 8 地面沉降监测站共25座 地下水动态 地下水动态观测孔 口 492 588
1.什么是变形? .什么是变形监测?变形监测的目的是什么?变形监测的意义? 变形监测的主要内容有哪些? 答：变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。 变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。 目的：1、分析和评价建筑物的安全状态。2、验证设计参数。3、反馈设计施工质量。4、研究正常的变形规律和预报变形的方法。 意义：1、对于机械技术设备：则保证设备安全、可靠、高效地运行：为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据。 2、对于滑坡：通过监测其随时间的的变化过程：可进一步研究引起滑坡的成因：预报大的滑坡灾害。 3、通过对矿山由于矿藏开挖引起的实际变形的观测：可以控制开挖量和加固等方法：避免危险性变形的发生：同时可以改进变形预报模型。 4、在地壳构造运动监测方面：主要是大地测量学的任务。但对于近期地壳垂直和水平运动等地球动力学现象、粒子加速器、铁路工程也具有重要的工程意义。 内容：现场巡视、环境量监测、位移监测、渗流监测、应力、应变监测、周边监测。 2.变形监测技术的发展趋势。 答：由于变形监测的特殊要求：一般不允许监测系统中断监测：就要求监测系统能精确、安全、可靠长期而又实时地采集数据：而传统的设备难以满足要求：因此：科研人员在现有自动化监测技术的基础上：有针对性的研发精度高、稳定性好自动化监测仪器和设备。这方面成果有：自动化监测技术、光纤传感检测技术、CT技术的应用、GPS 在变形监测中应用、激光技术的应用、测量机器人技术、渗流热监测技术、安全监控专家系统 3. 变形监测工作有何特点：常用变形监测技术方法有哪些? 答：特点：1、周期性重复观测2、精度要求高3、多种观测技术的综合运用4、监测网着重于研究点位的变化。 测量技术：1、常规大地测量方法。如：三角测量、交会测量、水准测量。2、专门的测量方法。如：视准线、引张线测量方法。3、自动化监测方法。4、摄影测量方法。5、GPS等新技术的应用。 4. GPS用于变形测量有何优点? 答：速度快、全天候观测、测点间无需通视、自动化程度高：能进行同步变形监测：并实现了数据采集、传输、处理、分析、显示、存储等：测量精度可达到亚毫米级。6.变形观测中观测精度是如何确定的? 变形观测中确定观测周期的原则： 答：如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全：则其观测的中误差应小于允许变形值的十分之一~二十分之一：如果观测的目的是为了研究其变形的过程：则其中误差应比这个数小得多。当存在多个变形监测精度要求时：应根据其最高精度选择相应的精度等级：当要求精度低于规范最低精度要求时：宜采用规范中规定的最低精度。变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则：根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 7.为什么要对变形监测资料进行检核?检核的方法有哪些? 答：资料分析工作必须以准确可靠的的监测资料为基础：在计算分析之前：必须对实测资料进行校核检验：对监测系统和原始资料进行考证。这样才能得到正确的分析成果：发挥监测资料应有的作用。 校核方法：任意观测元素：如高差、方向值、偏离值。倾斜值等/：在野外观测中均具有本身的观测校核方法：可参考有关的规范要求。进一步校核是在室内所进行的工作：具体有：1、校核各项原始记录检查各次变形值的计算是否有误。可通过不同方法的验算、不同人员的重复计算来消除监测资料中可能带有的错误。2、原始资料的统计分析。可采用统计方法进行粗差检验。3、原始实测值的逻辑分析。根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性。 8.如何用一元线性回归分析法对变形资料进行检核? 答：1、利用式求得变量y和x的相关系数：查阅相关系数的临界值表：判断y和x线性相关是否密切。2、利用式na+[x]b-[y]=0[x]a+[xx]b-[xy]=0 (n：观测值的个数、[]：求和计算：求回归方程=a+bx的回归系数a,b,建立回归方程。3、在回归直线两侧根据2s画两条平行线：检查新的变形值是否出现在这两条直线所夹的区间内：当观测值超出这一区间时：应作专门分析。 9.变形观测资料整理的主要内容包括哪些?成果表达的形式有哪些? 答：内容：1、收集资料：如工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等。2、审核资料：如检查收集的资料是否齐全：审查数据是否有误或精度是否符合要求：对间接资料进行转换计算：对各种需要修正的资料进行计算修正：审查平时分析的结论性意见是否合理等。3、填表和绘图：将审核过的数据资料分类填入成果统计表：绘制各种过程线、相关线、等值线图等：按一定顺序进行编排。 4、编写整理成果说明：如工程或其他观测对象情况、观测工作情况、观测成果说明等。 成果：文字、表格、图形：也可采用现代科技如多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术进行表达。变形监测、分析、预报的技术报告和总结是最重要的成果。 13.工程建筑物变形的原因是什么?工程建筑物变形监测的内容及意义是什么? 答：原因：建筑的自重、使用中的动载荷、振动或风力因素引起的附加载荷、地下水位的升降、地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。 内容：1、垂直位移监测2、水平位移监测3、倾斜观测4、裂缝观测5、挠度观测6、摆动和转动观测 意义：1、掌握建筑物的稳定性：为安全运行诊断提供必要的信息：以便及时发现问题并采取措施。2、理解变形的
城市地面沉降判定常见方法介绍与分析 李 陆，王 宁 (安徽省地质环境监测总站，安徽蚌埠233000) ［摘 要］选用适当监测方法测得地面沉降的数值对地面沉降易发区和控制区的划分起着重要作用。通过对 安徽省阜阳市地面沉降控制区划分项目实例中地面沉降判定的各种方法进行简要分析研究，认为传统的水准测量、GPS 监测和合成孔径干涉雷达监测InSAＲ技术都能很好反映一个城市地面沉降程度，但也有各自的优缺点，需根据具体情况采用合适的判定方法。 ［关键词］地面沉降;水准测量;GPS ;InSAＲ［中图分类号］TU433［文献标识码］B ［文章编号］1004－1184(2019)05－0090－01 ［收稿日期］2019－03－27 ［作者简介］李陆(1984－)，男，山东泰安人，工程师，主要从事地下水环境监测及水文地质、工程地质和环境地质勘查工作。 地面沉降是目前世界各大城市的一个主要工程地质问题。中国超过50个城市发生地面沉降。由于地面沉降是一种大面积地面高程逐渐累计下降的损失，形变缓慢，以毫米、厘米计，初始阶段难以被人们的肉眼察觉，只有采用精密测量才会发现，但往往还会因量小而难以肯定，或被忽略不计，因此能准确判断一个城市发生地面沉降的程度显得尤为重要，本文拟通过阜阳市地面沉降控制区划分项目实例来分析城市地面沉降判定常见方法及各自优缺点。 1地面沉降监测常用方法介绍 现地面沉降的监测主要有三种方法，即传统测量监测、GPS 监测、合成孔径干涉雷达监测。传统地面沉降测量方法包括密水准测量、基岩标和分层标测量等，只能在比较小的范围内开展工作;GPS 监测采用先进的全球定位系统进行监测， 可以对大规模的区域进行实时监测;合成孔径干涉雷达监测是新兴起的一种卫星遥感技术，选择合理的遥感影像数据也可以敏感地监测出地面沉降的变化。 2地面沉降监测方法实例 笔者曾参与过安徽省阜阳市地面沉降控制区划分项目，现对判定该市地面沉降监测的各种方法作简要介绍及分析。由于该市前期未布设GPS 监测点，因此该项目主要采用了传统三角水准测量和合成孔径干涉雷达监测D —InSAＲ技术，同时大规模收集了地下水开采和地下水位降落漏斗等相关水文资料，为判定结果提供佐证。 2．1地下水开采及区域水位观测 根据地下水开采量调查及地下水动态观测数据分析，阜阳市各市县受区域性长期大量开采深层地下水影响，区域及县市集中开采区深层地下水位呈持续下降趋势，城市中深层地下水位亦呈持续下降趋势，现状已形成阜阳－太和－界首与临泉的区域深层地下水开采降落漏斗(水位埋深大于40m ，图1)，各分漏斗中心最大水位埋深50 60m 以上;阜阳城区中深层地下水降落漏斗水位埋深达60m 。 2．2水准监测 该项目通过建立阜阳市地面沉降水准监测网，以国家水 准点为起始点，采用二等水准联测，测定新埋设沉降点的同 时联测已收集到的所有国家三等以上的水准点，利用搜集到的6个国家一等水准点(含起算点)和249个沉降点共255个点组成共28个水准闭合环的水准路线网，总长1580km 。使用电子自动安平水准仪观测，利用清华三维软件进行严密平差，选定可靠点作为起算点，推算其它联测已知水准点高程，以两期水准高程差值比较说明大致情况。 测量结果对比表明，阜阳市域除南部阜南至颖上地区外，普遍存在不同程度地面沉降，其中最大沉降量点为阜阳城市城区，累积沉降量达1289mm (1987－2017年)，阜阳城市地下水集中开采区及其外围地区平均沉降速率达20 43mm /a (与深层地下水位埋深大于40m 的范围有较好的吻合)，其次为临泉、太和、界首及其北部地区平均沉降速率为15 20mm /a 。区域上中北地区平均沉降速率为10 15mm /a ;南部地区一般小于10mm /a 。 图1城市中深层(FB810孔)水位变化图 2．3D —InSAＲ遥感解译 项目利用合成孔径干涉雷达技术D —InSAＲ方法进行工 作区地面沉降遥感解译，解译面积10118km 2 。项目充分利用了可获得的卫星遥感数据，开展了2015－2017年度144个像对的地面沉降InSAＲ观测，干涉效果良好，充分显示了不同时期地面变形的特征。 D —InSAＲ技术精确计算表明，阜阳市地面沉降遍布全区，多数地带沉降速率约5 8mm /a ，颖上北部煤矿区、阜阳市城区及其北部地带、太和县城区、临泉县城区均存在明显较快速地面沉降区块:矿区沉降速率大于50mm /a ，阜阳、太 和、临泉城市区沉降速率一般20 50 (下转第209页)0 92019年9月第41卷第5期地下水Ground water Sept．，2019Vol.41NO.5
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910270320.1 (22)申请日 2019.04.04 (71)申请人 中勘资源勘探科技股份有限公司 地址 235000 安徽省淮北市经济开发区龙 湖工业园梧桐路18号 (72)发明人 年宾 张育宝 高大勇 刘正银 于玉 黄康 刘佳佳 李道宇 王超 钟声远 刘继千 刘斌 周斌 杨金超 种其林 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 刘洪勋 (51)Int.Cl. E02D 1/02(2006.01) (54)发明名称一种地面沉降变形监测装置及其施工方法(57)摘要本发明公开一种地面沉降变形监测装置及其施工方法，包括标杆、水位监测机构、导正机构、水位遥测机构；标杆伸入待监测位置的深井内，标杆伸出深井所在地面的上部设置有支架，支架的顶部设置有导正机构，导正机构通过绳索与标杆顶部的标头相连；标杆的外周向设置有套管，标杆与套管之间预留间隙；套管的底部设置有同径的花管，且套管与花管之间通过止水机构连接，水位遥测机构包括检测感应头，检测感应头通过绳索伸入至套管所在的空心结构内。本发明采用的标杆和套管相对独立，且采用导正机构代替扶正器，使得安装方便而且导正效果好，当地面产生沉降变形时，对标杆的偏向无影响，提 高了标杆的观测精准度。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110093912 A 2019.08.06 C N 110093912 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110093912 A 1.一种地面沉降变形监测装置，其特征在于，包括标杆(1)、水位监测机构(2)、导正机构(3)、水位遥测机构(5)；所述标杆(1)伸入待监测位置的深井内，所述标杆(1)伸出深井所在地面的上部设置有支架(11)，所述支架(11)的顶部设置有导正机构(3)，所述导正机构(3)通过绳索与所述标杆(1)顶部的标头(12)相连； 所述标杆(1)的外周向设置有套管(4)，所述标杆(1)与所述套管(4)之间预留间隙；所述套管(4)的底部设置有同径的花管(41)，且所述套管(4)与所述花管(41)之间通过止水机构(42)连接； 所述水位遥测机构(5)包括检测感应头(51)，所述检测感应头(51)通过绳索伸入至所述套管(4)所在的空心结构内。 2.根据权利要求1所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述标杆(1)的中部为空心结构，并在标杆(1)的空心结构内灌注隔离剂；所述隔离剂为重柴油。 3.根据权利要求1所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述导正机构(3)包括导向轮(31)、重量块(32)，所述标杆(1)顶部的标头(12)伸出地面并通过绳索跨过导向轮(31)与所述重量块(32)相连。 4.根据权利要求1所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述花管(41)的外部周向包裹有过滤网(43)。 5.根据权利要求1所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述套管(4)底部焊接底托盘(401)。 6.如权利要求1-5任一项所述的地面沉降变形监测装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)、钻机安装：选择平整场地，并将钻塔对正，再将钻机设备的天轮、游动滑车和立轴中心按照“三点一线”放置，并将立轴正对深井的孔口部位，再将钻机在孔口上方安装固定； 2)、开孔钻进：效正孔位后开孔钻进； 3)、扩孔下置套管：通过扩孔器的钻孔导向，将套管(4)固定于深井内，套管(4)完成下置后，进行止水检查，然后对止水变径(42)以上的套管(4)与深井所在的孔壁之间间隙进行注浆操作，直至深井的孔口返浆，即停止注浆； 4)、标杆的固定：继续钻机开孔钻进，直至钻进至稳定基岩位置后停止开孔钻进，然后在套管(4)内伸入标杆(1)，标杆(1)的前端设置有钻头，将标杆(1)高速干钻，至标杆(1)前端的钻头与稳定基岩位置烧结成型，并迅速停止标杆(1)的转动； 5)、设备安装：将导正机构(3)固定在支架(11)上，并且将所述标杆(1)顶部的标头(12)通过绳索与导正机构(3)相连，直至标杆(1)的垂直设置，同时将水位遥测机构(5)的检测感应头(51)伸入至套管(4)所在的空心结构内。 7.根据权利要求6所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述步骤2)中开孔钻进的过程采用轻压慢钻方法，并且每钻进50m深度测一次孔斜。 8.根据权利要求6所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述步骤3)中采用的扩孔器是带有导向的梳齿三翼复合片扩孔钻头扩孔器。 9.根据权利要求6所述的地面沉降变形监测装置，其特征在于，所述步骤3)中采用的扩孔器的扩孔直径不小于268mm。 2