現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)在城市地下施工變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

劉湘媛， 陳 偉

(江西省煤田地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì)，江西 南昌 330000)

某建設(shè)項(xiàng)目包括大型地下綜合空間、地下綜合管廊、城市道路下穿區(qū)間、地面市政園林建筑等，是一個(gè)綜合性的大型地下工程，基礎(chǔ)和路基埋深情況各不相同，基礎(chǔ)形式也不相同。此外，地鐵6號(hào)線區(qū)間、地鐵7號(hào)線、地鐵8號(hào)線區(qū)間和車站相鄰或相交。本文研究的基坑開(kāi)挖深度介于12.00～23.00 m，基坑萬(wàn)壽路長(zhǎng)約5.4 km，幸福路長(zhǎng)約5.9 km。基坑監(jiān)測(cè)側(cè)壁共計(jì)約16 km，其中坑中綠島長(zhǎng)度約2.7 km。本文檢測(cè)范圍以基坑及基坑周圍2倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的建筑物、地下管線和道路等構(gòu)筑物為主，制定一套更為合理的監(jiān)測(cè)流程及數(shù)據(jù)分析流程，為制定相應(yīng)的治理措施提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

1 常見(jiàn)地面沉降形變的影響因素

為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該工程的地面沉降監(jiān)測(cè)，更加全面、科學(xué)地監(jiān)測(cè)建設(shè)項(xiàng)目，同時(shí)提高監(jiān)測(cè)的空間分辨率、時(shí)間動(dòng)態(tài)性以及監(jiān)測(cè)效率，本文結(jié)合區(qū)域地質(zhì)概況，總結(jié)了造成該建設(shè)項(xiàng)目所在城市地面沉降形變的主要因素，具體內(nèi)容包括以下3個(gè)方面。

1.1 地裂縫影響

地裂縫是大型城市常見(jiàn)的地面沉降形變影響因素之一，普遍發(fā)育的地裂縫對(duì)城市地面及地下工程造成了嚴(yán)重的危害，是長(zhǎng)期蠕動(dòng)造成的地面破壞效應(yīng)。為確保住房安全，必需對(duì)位于地裂縫帶中樓房進(jìn)行全方位的結(jié)構(gòu)形變觀測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，破壞建筑物的主要原因在于地裂縫兩側(cè)的不對(duì)稱沉降作用，而水平方向上的拉張和錯(cuò)動(dòng)更加重了破壞的程度。建設(shè)工程區(qū)域經(jīng)過(guò)地裂縫，區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，特別是工程開(kāi)挖之后隨著土方卸載、地下施工等影響，會(huì)使得地裂縫活動(dòng)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(dǎo)因素，如地表河流不發(fā)育的大型城市，地下水常年處于超采狀態(tài)，形成了大面積地下水下降漏斗區(qū)，進(jìn)而引發(fā)城市地面沉降，導(dǎo)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(shè)工程涉及降水工程措施，可能會(huì)對(duì)周邊地裂縫和地面產(chǎn)生一定的影響。

1.3 工程環(huán)境效應(yīng)

密集高層建筑群、大型混凝土工程等環(huán)境效應(yīng)是近年來(lái)新的沉降制約因素，在城市建設(shè)中逐漸顯露。建設(shè)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(qū)域不同時(shí)間段內(nèi)荷載量的變化，給地面區(qū)域沉降造成了不可忽視的影響。

2 PS-InSAR技術(shù)在西安幸福林帶建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 PS-InSAR技術(shù)流程的制定

為了更好地完成建設(shè)項(xiàng)目地面沉降監(jiān)測(cè)，需制定出一套質(zhì)量可靠、技術(shù)可行的時(shí)序PS-InSAR監(jiān)測(cè)作業(yè)技術(shù)流程。時(shí)序PS-InSAR結(jié)果將與同期水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)形變結(jié)果開(kāi)展實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，并進(jìn)一步精化時(shí)序PS-InSAR數(shù)據(jù)處理，最終提交時(shí)序PS-InSAR地面沉降監(jiān)測(cè)報(bào)告。主要流程如圖1所示。

(1)低相干條件下點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別。PS-InSAR時(shí)序分析主要從SAR影像中挑選出那些散射特性強(qiáng)并且相位穩(wěn)定的像元進(jìn)行后續(xù)時(shí)序形變的反演。但是區(qū)域地表的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，干涉圖會(huì)存在失相關(guān)現(xiàn)象甚至完全失相關(guān)。在低相干條件下，如何在SAR影像上有效識(shí)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)是時(shí)序PS-InSAR技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)。

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理選取。在采用時(shí)序PS-InSAR監(jiān)測(cè)時(shí)，一方面希望提取到盡可能多的高相干點(diǎn)目標(biāo)，即要保證較高的探測(cè)率，另一方面希望避免錯(cuò)誤地選入其他不穩(wěn)定的點(diǎn)。因此在高相干點(diǎn)目標(biāo)選取時(shí)既要保證其密度，又要保證其可靠性。

圖1 PS-InSAR技術(shù)流程

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

(4)針對(duì)PS-InSAR的相對(duì)形變監(jiān)測(cè)結(jié)果，采用CR技術(shù)及擬穩(wěn)平差方法，結(jié)合地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)確定時(shí)序PS-InSAR形變基準(zhǔn)。

(5)時(shí)序PS-InSAR技術(shù)在區(qū)域地表形變監(jiān)測(cè)應(yīng)用。在對(duì)收集到工作區(qū)的有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、多時(shí)相地形資料(包括DEM)、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)、建設(shè)圖件及其說(shuō)明文件、區(qū)域地面沉降地裂縫調(diào)查及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料進(jìn)行系統(tǒng)整理和分析的基礎(chǔ)上，獲取SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并采用多平臺(tái)PS-InSAR數(shù)據(jù)開(kāi)展PS-InSAR數(shù)據(jù)處理，獲取工作區(qū)高精度的地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析其時(shí)空發(fā)育規(guī)律，開(kāi)展實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，評(píng)價(jià)地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果精度并進(jìn)行沉降機(jī)理解釋。

2.2 建設(shè)工程水準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)容

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)分析。本次基坑開(kāi)挖大致在20 m，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容大部分是基于工程本身的監(jiān)測(cè)，范圍以基坑開(kāi)挖的2倍計(jì)算在40 m的范圍之內(nèi)。以周邊房屋為例，周邊房屋大致為101棟，需布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)650個(gè)，平均每棟房屋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)在6～7個(gè)點(diǎn)左右。如果以基坑邊80 m監(jiān)測(cè)范圍線來(lái)計(jì)算上述所有水準(zhǔn)的工作量將達(dá)到一倍以上，成本和人員也會(huì)相應(yīng)增加一倍之多。

(2)重點(diǎn)區(qū)域分析。單純的點(diǎn)測(cè)量只能確定項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中哪些區(qū)域以布設(shè)點(diǎn)的區(qū)域需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，而對(duì)于未布設(shè)的點(diǎn)則顯得捉襟見(jiàn)肘，只能憑借工程經(jīng)驗(yàn)采取必要措施加以防范。這種過(guò)度依賴工程經(jīng)驗(yàn)的做法不僅會(huì)增加工程量，而且可能存在極大漏洞。

(3)高程控制點(diǎn)不穩(wěn)定分析?；咏ㄔO(shè)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(guò)40 m范圍線。在工程還未采取降水措施之前，根據(jù)前三期高程控制網(wǎng)的水準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)看，區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)仍有60%的控制點(diǎn)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。前三期高程控制網(wǎng)的選點(diǎn)和觀測(cè)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，選點(diǎn)遠(yuǎn)離基坑開(kāi)挖區(qū)域，從平差結(jié)果來(lái)看60%的控制點(diǎn)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而這極有可能與地裂縫有關(guān)。隨著工程降水措施的實(shí)施，必然會(huì)對(duì)周邊地裂縫產(chǎn)生直接影響，從而加劇地裂縫活動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

地面沉降形變監(jiān)測(cè)結(jié)果是分析其時(shí)空發(fā)育規(guī)律，開(kāi)展實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，評(píng)價(jià)地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果精度并進(jìn)行沉降機(jī)理解釋的最基本的第一手資料，是制定治理措施的最基礎(chǔ)的材料。為此，本文以PS-InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，制定了某建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理流程，為獲得更為可靠的形變數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。