浅谈抚顺发电厂厂区地表变形监测

Abstract: Due to the natural geology and coal mining factors, Fushun Power plant and east-west adjacent block appeared varying degrees of surface deformation, this paper describes the use of GPS technology, high-precision station apparatus and the electronic level, the establishment of four GPS Network, deformation of three wire network, the second precise leveling network, on the surface, horizontal displacement and vertical displacement and deformation.

Key words: surface; deformation; monitoring

1 引言

抚顺发电厂始建于上个世纪之初，至今已有100多年历史，主要功能是发电与供热，为抚顺市人民生活提供了重要保障。电厂厂区东西长1.1km，南北宽0.6km，南邻抚顺西露天矿采坑北邦，北至浑河0.6km.。发电厂区地貌类型为河谷一级阶地，地势平坦，基地岩性为太古界鞍山群层条痕状混合岩及白垩系砂页岩等。厂区南部有近似平行厂区方向68浑河断裂带中的F1A通过。由于受地震及采矿活动等因素影响，厂区内地面产生地裂缝，各种建(构)筑物有不同程度的倾斜现象发生。为满足安全生产需要进行地质灾害治理，既对建(构)筑物基础进行高压注浆加固。2007年—2011年期间，厂方委托我单位对厂区部分建(构)筑物、内部道路及南部与西露天矿坑边道路每年在5、7、9、11月份进行4次水平位移和垂直位移监测。本文阐述地表变形监测部分。

2 水平位移变形监测

2.1控制系统的建立

抚顺发电厂地理位置为东经123 °52′—123 °53′，北纬41 °52′—41 °54′。若采用抚顺城市坐标系(中央子午线123°、-150m抵偿面)，因投影变形值较大而影响变形监测点的真实位移精度，故选用中央子午线123°50′的任意带高斯正形投影面独立平面坐标系。

2.2首级变形监测网

首级GPS网利用浑河北岸埋设在山体岩石上的抚顺城市控制点2个，在38个地表变形监测点中选择分布均匀11个点组成GPS网。外业按四等网精度要求进行观测，GPS网采用6台美国Trimble公司生产的全球定位系统(GPS-5800)接收机进行静态观测5个时段，该仪器静态测量标称精度为(5+0.5PPM)mm，设置截止高度角(即卫星屏蔽角)大于15°，星历采样间隔设置为15秒，每个同步环施测2个时段，每个时段观测时间为60分种，接收卫星数最低为6颗，平均重复设站数2.3，最大几何稀释度(PDOP值)小于6。

基线向量解算采用随机供应的软件(Tgo)，以静态自动选星模式进行处理，各条基线向量解算结果满足《卫星定位城市测量技术规程》的要求，平面坐标点位中误差最大值为±5mm，最弱边边长相对中误差最大值为1/10万。

2.3变形点的水平位移监测

为了获取本区变形监测点水平位移精度的一致性，将全部监测点组成变形三级导线网。

在首级GPS控制的基础上，全区整体布设变形三级导线网，导线网总长为2.5km，导线平均边长70m，相邻边长之比最小值为1:2.8。

导线水平角测量采用全站仪以左右角方法测定，左右角之和与360°之差最大值为6″。边长采用全站仪对向观测，每边测回数2测回，一测回读数间较差最大值2mm，对向观测较差最大值为3mm。

平差计算采用南方测绘公司编制的平差易软件进行平差计算，最大点位中误差±1.18cm，各项精度指标满足《建筑变形测量规范》的技术要求。

3 垂直位移变形监测

以浑河北岸抚顺城市三等水准点为起算，利用美国Trimble公司DiNi-12型电子水准仪按变形二级水准技术要求观测，将全部地表变形监测点组成闭合水准路线。水准观测按照后-前-前-后顺序进行往返观测，在观测前将变形二级水准相应的技术要求基本信息直接输入到电子水准仪相关参数项内，(如前后视距不超过50m，前后视距差不超过2m，累积差不超过3m，下丝读数不低于0.5m，上丝读数不超过2.7m，每次读数为2次，两次读数差不超过0.4mm，自动记录取两次的平均值)。在观测过程中有超限情况时根据提示信息，超限需要重测的数据直接复测，直到符合要求方自动存储数据再进行下一站测量。

水准网平差计算采用南方测绘公司编制的平差易软件进行平差计算。水准路线最大闭合差为0.95mm。最大高程中误差±0.34mm，每测站高差中误差最大值为±0.13mm，各项精度指标满足《建筑变形测量规程》中的技术要求。

4、综合分析

自2007年至2011年连续每年4次变形观测，共获取20组水平位移和垂直位移监测数据，以2007年5月监测值为初始值，相邻两次观测数据对比形成变形观测数据表，计算出水平位移量、位移方位、沉降量、沉降速度。初始值与每次测定值相比较计算出累计位移量、累计位移方位、累计沉降量、平均位移速度。根据沉降量数据和时间间隔绘制沉降曲线图，根据水平位移量绘制水平位移图。

通过5年测得的监测点变形量来看：水平位移总体方位约为140°-190°之间，方向趋向采煤矿坑边缘，地表高程呈下降趋势。厂内F1A断裂带以北范围水平位移和垂直位移量较小，基准点J2变形沉降量最小为累计沉降9.5mm，厂内观测点Z20、B12和西五街路边点H1至H7沉降量和位移较小，累计沉降最大值为39.7mm。累计水平位移量在44mm—62mm之间。

F1A断裂带以南区域水平位移和垂直位移量相对较大，呈现由东向西逐渐增大趋势，东部监测点水平位移量在83mm—179mm之间，地表沉降量在15.3mm—76.4mm之间; 西部监测点累计最大水平位移量为441mm，累计最大沉降量为382.6mm。

自2007年起，每年11月测量获取的水平位移量与9月份相比较，从靠近抚顺西露天矿坑北邦地表变形监测点中部D8起，向东D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16、H7共10个点出现回弹现象，反向位移量由西向东逐渐增大，位移方位在10°—42°之间，反向位移量在13mm-118mm之间。垂直位移量下沉速度小于其他相邻两次，各别变形监测点有少量抬高现象，最大值为3mm，经过冬、春两个季节后，第二年首次观测获取的水平位移、垂直位移回归正常状态。

从变形监测结果形成的水平位移与和沉降曲线图来看，抚顺发电厂地表受浑河断裂带地质环境、采矿、矿震及建(构)筑物的侧压力影响，整体出现不同程度的向矿坑方向滑移和沉降，每年水平位移和沉降速度是相对均匀的。7月至9月之间变形值相对较大，主要是雨季雨水冲刷和土层含水量高导致土质粘合力下降所致。11月实测出现反弹现象，主要是冬季冰冻导致土层膨胀造成的。

结束语

本文简介了利用GPS接收机、全站仪、电子水准仪等综合测绘技术，对抚顺发电厂厂区进行地表变形监测的可行性，获取变形监测点的水平位移值和沉降值准确地反映了地表变形特征，为厂方实施地质灾害治理提供了科学依据。将全部变形监测点组成GPS网、导线网、精密水准网，实现了精度一致性。当变形监测值出现异常时，自行检测数据无误时通过增加观测周期来判定变形规律。

参考文献

﹝1﹞建设部《全球定位系统城市测量技术规程》，中国建筑工业出版社，1997。

﹝2﹞建设部：《建筑变形测量规范》，中国建筑工业出版社，2007。