山西蒿峪村采空区治理工程变形监测报告.docx
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山西蒿峪村采空区治理工程变形监测报告
山西蒿峪村采空区治理工程
变形监测报告
山西冶金岩土工程勘察总公司
二○○九年十月
报告名称:
山西蒿峪村采空区治理工程变形监测报告
提交单位:
山西冶金岩土工程勘察总公司
总经理:
总工程师:
项目负责:
技术负责:
编制:
审核:
目录
一、工程概况………………………………………………………………1
二、作业依据………………………………………………………………3
三、人员组织………………………………………………………………3
四、投入的设备……………………………………………………………4
五、基准点的布设及测量…………………………………………………4
六、变形监测网的布设……………………………………………………6
七、野外监测工作…………………………………………………………7
八、变形监测数据处理……………………………………………………8
九、结论与建议……………………………………………………………9
十、提交的成果……………………………………………………………15
一、工程概况
西气东输EHM090~EHM092管道位于山西省阳城县八甲口镇蒿峪村村东山脊上。
由于该段管道埋设在煤矿采空区的上方,煤矿回采后造成了地形沉陷和裂缝。
影响到管道安全的裂缝区域为沿管道走向(1200)长400m左右,两侧范围100~120m,即EHM090~EHM092一带。
该区地表出露地层主要为较薄的黄土覆盖层和下伏新近系砂页岩组。
根据前期调查结果,裂缝形状基本为不规则锯齿状,产状基本垂直,深度不详。
主要的几组裂缝为:
①区:
走向1200~1300左右,与管道平行或斜交,分布区域长80米,宽数米~30m,最长的两条长度约为70~80m左右,其余几条长度约十几米左右,裂缝宽度10~15cm,主要部分集中在管道北侧,最近部分离管道仅数米(EHM091处管道北侧)。
②区:
走向1200~1300左右,与管道平行或斜交,分布在EHM091+20~091+120管道南侧7~8m至沟边约长宽100×20m2范围,裂缝带断续延伸近100m,裂缝间距1.5~2m,裂缝宽度15~20cm。
该处有崩塌的危险。
③区:
EHM092-50m附近40×15m2范围分布有二条长30~40m、裂缝宽10cm、方向与管道走向基本正交的裂缝。
另外,在②区和③区之间、靠近③区管道南侧,稀疏分布有数条长3~7m的短裂缝。
受西气东输管道公司山西管理处委托,山西冶金岩土工程勘察总公司于2007年4月2日至2008年5月30日分三期对该区域进行了变形监测。
监测结果表明,从2007年4月2日至2008年5月30日,监测区地面变形主要集中在以EHM091+0m~EHM091+40m为中心的EHM091-50m~EHM091+100m范围。
监测区以垂直沉降变形为主,整体水平位移不大,垂直沉降变形量-590~-1012mm,一般-800~-1000mm左右。
水平位移最大点dx=70.5mm,dy=-402.8mm,位移ds=409mm,经投影变换,平行管道方向位移量364.2(mm)(假定NW为正),垂直管道方向位移量-186(mm)(假定NE为正)。
时间上沉降变形主要集中在2007年6~11月,以后逐渐趋于平稳。
据现场调查,沉降变形时间上可能主要与附近地下采煤相前后对应。
2009年6、7月份以来,以EHM091一带为主,②区裂缝带范围进一步向北西及南东两侧发展,裂缝宽度加大,变形加剧,并且有新的裂缝产生;同时,应力-应变监测也表明管道及地面近期正经历着大的变形过程。
这一情况引起了西气东输管道公司的高度重视,为确保管道运行安全,西气东输管道公司组织多方专家几经论证,决定首先对变形段管道进行开挖释放应力,同时进行地面及管道变形监测,根据监测结果于2009年9月4~5日对裂缝带管道实施了抬管作业并取得圆满成功。
受西气东输管道公司山西管理处委托,山西冶金岩土工程勘察总公司承担了本次变形监测任务。
本次变形监测项目名称为《山西蒿峪村采空区治理工程变形监测》,监测时间为2009年8月4日至9月16日。
监测工作的主要目的是:
1、提供及时、准确的地面及管道变形监测数据,并综合分析前期的变形监测资料,为上级领导正确决策提供技术支持。
2、为管道抬管设计提供准确的管道沉降基本数据。
根据CPPE及专家组《西气东输EHM090—EHM092段采空区临时处理方案》,本次变形监测的主要任务是:
1、增加测线、地形观测点
(1)沿管线南侧陡坎下部平行原有Ⅰ、Ⅱ测线新增一条测线,长度范围沟底—EHM092,该测线上的测点间距与原有测点间距相同。
(2)、将原有Ⅰ、Ⅱ测线向气流上游延伸至沟底,新增测点间距与原测点相同。
(3)、对原有裂缝继续进行监测。
2、增加管道顶部(管表面)观测点
(1)开挖管沟EHM091—EHM091-60m段,开挖到管底。
EHM091-60m—EHM090段每20m开挖一个探坑,挖至EHM090号桩。
EHM090以下的坡体段,每隔50m开挖一个探坑,共三个。
将现有管顶坐标和新开挖的管顶测点进行测量,建立管道现有状况的纵断面图。
(2)对已开挖管段每隔10m设置一个观测点(设在管顶)延伸至EHM092+50m处。
观测点的位置应结合原已设定的观测点,原观测点丢失的应尽量在原位置重新设置。
3、根据现场工程指挥部要求,监测频率管道监测点每天监测一次,地面监测点每2天监测一次;抬管设计时,管道顶部监测点的布设、测量应满足抬管设计要求,监测点间距5m左右,管道弯头处监测点加密。
二、作业依据
《工程测量规范》(GB50026-2007)
《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/18314-2001)
《山西蒿峪村采空区治理工程变形监测方案》(2009年8月)
三、人员组织
本次变形监测共投入工程技术人员十名:
其中,高级工程师1名,工程师3人,测工6人。
四、投入的设备
本次施工使用的仪器设备见表4-1。
表4-1
名称
型号
数量(台)
设备状况
制造国或产地
拥有/租赁
全站仪
NTS662R
1
完好
国产
拥有
全站仪
GTS721
1
完好
日本
拥有
水准仪
DINI
1
完好
美国
拥有
GPS接收机
北极星
6
完好
国产
拥有
便携式计算机
联想
2
完好
国产
拥有
五、基准点的布设及测量
二OO九年八月三日,经过实地踏勘,原有基准点大部分破坏严重且在沿管线EHm091~EHm092之间有地面变形和地裂缝现象,需在变形区域以外选择稳固可靠的位置埋设基准点,或选择稳固的岩石基准点。
根据区域特点,布设了4个基准点,这些点均选在视野开阔,避开仰角大于15度的障碍物,相邻基点间的距离在300到500米之间,有利于变形点的观测。
基准点用水泥、石子、沙子按比例配比现场浇灌在深60cm、长宽各30cm的坑内,其中GPS05仍然采用原标石。
本测区GPS测量的起算数据采用晋城矿务局C级控制点大岭村和葛沟,其标石保存完好。
外业观测于2009年8月4日采用6台北极星9600 接收机以静态方式按照《全球定位系统(GPS)测量规范》中D级要求施测。
GPS基线解算和网平差采用随机软件处理,平差后,提供基准点的54平面座标,中央子午线采用111°。
变形观测时先将各基准点坐标转换为中央子午线112°30′,然后将转换后的坐标投影至600米高程面上。
采用三等水准观测方法获得基准点高程。
详见基准点平面位置图。
GPS的标称精度为:
水平:
5mm+1ppm;
垂直:
6mm+1.5ppm;
外业观测采用的技术指标如下:
1.卫星高度角≥15°;
2.有效观测卫星总数≥5颗;
3.时段长度≥60分钟;
4.采样间隔15秒;
5.点位几何图形强度因子PDOP≤8
外业观测结束后首先进行数据传输,然后采用随机软件按多时段,自动处理方法求得单基线解,然后对所测得的基线进行闭合差检验,其闭合差全部达到规范中C级精度要求。
GPS网平差同样采用随机软件处理,因变形观测对点位相对精度要求较高,为不使GPS网约束后发生变形,本GPS网平差时仅以大岭为起算数据,另一点葛沟作为检查点进行平差。
观测的GPS闭合环全部优于规范对限差的要求。
观测网平差后的精度为:
X方向最大中误差为4.4mm,Y方向最大中误差为3.2mm。
基准点成果见表5-1。
基准点成果表表5-1
点
名
8月4号观测成果
备注
N(m)
E(m)
H(m)
DL
3935683.930
496170.364
GG
3929605.709
504891.788
GPS00
3933306.134
498603.885
605.5073
GPS03
3933304.942
498408.816
573.1894
GPS07
3932978.620
498758.835
661.8941
GPS05
3933621.987
498833.850
677.4538
旧基准点
GPS06
3933054.269
499123.414
700.6898
备用点
为了进一步检查基准点的坐标精度,8月5日用全站仪复核了GPS00、GPS03、GPS07、GPS05、GPS06的平面坐标,用水准仪采用三等水准观测方法测得基准点高程,求得的基准点高程见基准点成果表。
六、变形监测网的布设
根据CPPE及专家组《西气东输EHM090—EHM092段采空区临时处理方案》的要求,监测点布设分为地面监测点和管道监测点两部分。
1、地面监测点沿管线的中心线左右各10~15米的范围,各布设1条监测线、在山梁南侧沟底布设1条监测线,监测点间距30~40m左右,合计39点。
2、管道监测点在管线上方布设日常监测点44个,零时用监测点76个(根据现场工程指挥部要求,抬管设计时,管道顶部监测点的布设、测量应满足抬管设计要求,监测点间距5m左右,管道弯头处监测点加密。
设计院计算使用)。
三项共布设监测点159个。
详见《山西蒿峪村采空区治理工程监测点布置图》。
七、野外监测工作
(一)、监测方法
根据《工程测量规范》(GB50026-2007),本工程监测等级为四等。
根据现场工程指挥部要求,观测频率2009年8月6日起管道上的日常监测点每天监测一次,地面监测点每2天监测一次,管道上的零时用监测点根据设计院要求施测。
本次监测工作自2009年8月6日开始,至2009年9月16日止共进行了33次观测,完成水平位移监测1965点·次、垂直位移监测1965点·次。
见工作量统计表。
监测工作分管道监测点监测和地面监测点监测两部分。
管道监测点监测采用NTS662R全站仪观测。
因管道开挖深度2~3m,局部达4m,且开挖长度最终达350m以上,因此,每次观测时,在GPS05设站,GPS07上放置棱镜,在管道附近通视、平坦、稳固、且受开挖影响较小的地点引设工作基点1~2个,水平角观测6测回,平距观测6测回,然后在工作基点设站,GPS05上放置棱镜,水平角观测3测回,平距观测2测回进行管道监测点观测。
为满足抬管设计要求,先后5次对管道进行了加密测量(管道断面测量),先后布设加密测量点76个。
地面监测点监测采用GTS721全站仪观测。
每天观测时,在GPS05设站,GPS07上放置棱镜,对Z23、Z01、Z02、G01、G06、Z03、L22、Z41、Z40、Z39、Z38、Z36、Z35、Z37、Z45、Z44、Z46、Z34、Z33、Z21、Z20、Z10、Z08进行观测,隔日在GPS07设站,GPS05上放置棱镜,对Z47、Z43、Z42、Z31、L19、L18、L20、Z24、L17、L16、Z22、Z30、Z29、Z32、Z28、Z25、Z27、Z26进行观测,水平角观测3测回,平距观测2测回。
高程测量采用垂直角观测,同水平角观测一同进行,垂直角观测三测回。
(二)、观测要求
1、观测应选在通视良好,呈像清晰稳定时进行,尽量避免晴天的日出、日落和中午前后进行,作业中气泡居中如超过一格,应在测回间重新整置仪器。
2、变形观测点限差要求
(1)一测回方向2C互差小于13″,当个别监测点的垂直角较大时,可不考虑此项限差。
(2)各测回方向互差小于9″。
(3)平距在测回间读数较差小于5mm。
观测成果超限时,应立即重测该测回。
3、沉降观测点观测方法
高程测量采用垂直角观测,同水平角观测一同进行。
要求垂直角较差小于7″,两次读数较差不大于3″。
八、变形监测数据处理
为抑制投影变形,本区变形观测先将各基点的坐标进行转换,即采用独立坐标系统,中央子午线112°30′,投影面600米。
平面坐标计算采用BASIC程序,按极坐标法得到各监测点的平面坐标,水准观测时高程计算采用SZWPC.EXE程序严密平差,平差模型为间接平差。
垂直角观测时,高程采用BASIC程序计算。
每天作业完成后,首先对外业记录手簿进行100%检查,然后输入到计算机进行处理,计算出各次观测与上次观测较差、与第一次观测较差,作成EXCEL格式,及时上交甲方。
九、结论与建议
(一)、监测成果
1、2008年5月30前地面监测成果
从2007年4月2日至2008年5月30日,监测区地面变形主要集中在以EHM091+0m~EHM091+40m为中心的EHM091-50m~EHM091+100m范围。
监测结果表明,监测区以垂直沉降变形为主,整体水平位移不大,垂直沉降变形量-590~-1012mm,一般-800~-1000mm左右。
水平位移最大点dx=70.5mm,dy=-402.8mm,位移ds=409mm,经投影变换,平行管道方向位移量364.2(mm)(假定NW为正),垂直管道方向位移量-186(mm)(假定NE为正)。
时间上沉降变形主要集中在2007年6~11月,以后逐渐趋于平稳。
据现场调查,沉降变形时间上可能主要与附近地下采煤相前后对应。
2、2009年8月6日~9月16日地面监测成果
2009年6、7月份的变形没有监测数据。
2009年8月6日开始监测以来,至9月16日地面没有显著变形。
水平变形数量为厘米级,最大水平位移X:
-0.030m,Y:
-0.025m,最大垂直位移-0.0736m,一些已破坏点前期监测到的较大的水平位移主要和管道开挖、坡面大量堆土有关。
但总体与2007年首次测量、2008年4月16日测量相比,地面变形剧烈。
但因监测间断,不能判断沉降变形过程。
与2007年首次测量比较,最大水平位移X:
-0.052m,Y:
-1.139m,最大垂直位移H:
-2.446m(该点为Z10点,最后一次测量是9月9日,至9月16日已被破坏)。
与2008年04月16日测量比较,最大水平位移X:
-0.011m,Y:
-0.771m,最大垂直位移H:
-1.4492m。
3、管道监测成果
管道本体于2007年5月27日在EHM090~EHM092一带测量了38个监测点,测点间距10m左右,但2009年8月6日再次测量时,由于土体与管道本体的相对运动,仅有7个测量标志得以保存。
经直接测量及沉降剖面图解计算,与2007年5月27日测量比较:
管道最大垂直位移-1.885m,最小垂直位移-0.401m。
水平位移均不大,最大水平位移X:
0.1015m,Y:
-0.0920m。
管道本体自2009年8月6日至9月3日,因管道开挖释放应力,局部高程有明显抬升,与2009年8月06日测量比较,最大水平位移X:
0.286m,Y:
0.251m,最大垂直位移H:
0.3754m。
2009年9月4~5日西气东输管道公司对裂缝带管道实施了抬管作业并取得圆满成功,抬管作业确保了抬管期间的管道安全,并为今后的管道安全运行打下了坚实的基础,抬升高度0.260~1.144m(管道监测数据,可能不是抬升点),最大抬升高度1.144m。
管道抬升量按2009年9月6日监测成果与2009年9月3日监测成果之较差计算,见表9-1。
管道抬升量计算表表9-1
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
G1
0.070
0.022
1.1440
T11
0.025
0.082
0.0192
G2
0.033
0.009
1.0904
G26
0.137
0.069
1.1075
G3
0.010
-0.011
1.0245
G28
0.213
0.144
0.9204
G4
-0.031
-0.035
1.0406
G29
0.183
0.124
0.8197
G5
-0.062
-0.055
1.0514
G30
0.109
0.098
0.7057
G6
-0.064
-0.039
1.0348
G31
0.041
0.073
0.5050
G7
-0.060
-0.036
0.9708
G32
-0.019
0.044
0.2766
G9
-0.051
0.004
0.7956
G33
-0.055
0.030
0.0908
G10
-0.029
0.023
0.7316
G34
-0.085
0.032
-0.0742
G12
-0.035
0.013
0.6303
C37
0.131
0.294
0.2653
G13
-0.029
0.039
0.5476
C48
0.011
0.042
-0.0212
G14
-0.026
0.075
0.4986
C4
-0.058
0.110
0.3686
G15
-0.027
0.098
0.4580
C5
-0.089
0.091
0.3491
G16
-0.024
0.119
0.4300
C28
0.083
0.076
0.6411
G17
-0.037
0.110
0.3860
C31
-0.089
0.036
-0.1261
G18
-0.048
0.099
0.3681
C32
-0.105
0.040
-0.1329
G19
-0.075
0.095
0.3445
C35
0.090
0.245
0.2598
G20
-0.097
0.088
0.3302
C28+1
0.132
0.108
0.7357
G21
-0.073
0.102
0.3608
C31+1
-0.089
0.038
-0.1078
G22
-0.044
0.120
0.3570
G38
-0.006
0.014
0.0153
G23
-0.006
0.150
0.3220
C16
-0.057
-0.004
0.8543
G24
0.023
0.188
0.2857
G25
0.054
0.219
0.2614
T6
0.104
0.257
0.2619
T8
0.129
0.281
0.1646
T9
0.102
0.232
0.1278
T10
0.064
0.155
0.0802
4、管道残余变形
管道残余变形可按2009年9月6日监测成果与2007年5月27日监测成果之较差计算,一般为0.1~0.3m,最大残余变形-0.7522mm,见表9-2。
管道残余变形量表表9-2
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
G1
-0.6727
G2
-0.6764
G3
-0.7522
G4
-0.5554
G5
-0.4242
G6
-0.3330
G7
-0.2754
G9
-0.1965
G10
-0.1775
G11
-0.1324
G12
-0.0967
G13
-0.0220
G14
0.1303
G15
-0.0018
G16
0.0525
G17
-0.108
-0.004
-0.0769
G18
0.0494
G19
-0.063
-0.015
0.1002
G20
-0.045
-0.013
0.1537
G21
0.1714
G22
0.004
0.062
-0.0164
G23
0.023
0.095
-0.1216
G24
0.054
0.138
-0.2155
G25
0.085
0.208
-0.3219
5、管道拆除抬升装置后下沉量
管道拆除抬升装置后下沉量按2009年9月16日监测成果与2009年9月6日监测成果之较差计算,最大0.0789m,一般为0.03~0.06m,见表9-3。
管道拆除抬升装置后下沉量计算表表9-3
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
G33
-0.012
0.009
-0.0478
G17
0.018
0.007
-0.0264
G32
-0.008
0.003
-0.0444
G18
0.004
0.013
-0.0381
C28
-0.026
-0.002
-0.0327
G19
0.010
0.008
-0.0340
C28+1
-0.016
-0.006
-0.0224
G20
0.018
0.010
-0.0251
G29
-0.021
0.002
-0.0214
C5
0.010
0.001
-0.0328
G28
-0.007
-0.006
-0.0274
G21
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