摘要
随着现代测量技术的不断发展，各种变形监测的手段的进步，也慢慢形成了完整的监测体系。以RTK、三维激光以及各种遥感无人机为代表的高新科技测量技术，渐渐地取代一些传统测量手段。一些较早出现的观测监测技术（例如测斜仪、分层沉降仪、光纤传感器等）为了能够追赶上时代，也逐渐往数字化、电子化的方向转变。本篇以牛栏头山村房屋宅基地建设工程沉降观测为工程案例，讲解沉降项目概况、作业前的准备、仪器的使用等方面，了解作业步骤和观测要求，计算并整理工程数据，分析工程数据并得出折线图、累计沉降量统计表等内业分析成果。最后再该次工程进行总结，分析沉降的原因、各种技术上的问题，并从牛栏头山村房屋宅基地建设工程沉降观测中得出变形监测的一些优势以及对工程的帮助。
关键词：现代科学技术 变形监测 沉降观测 数据管理 数据分析
ABSTRACT
With the continuous development of modern measurement technology and the progress of various deformation monitoring means, a complete monitoring system has been slowly formed.High-tech measurement technologies represented by RTK, 3 D laser and various remote sensing uav have gradually replaced some traditional measurement means.In order to catch up with The era, some earlier observation and monitoring technologies (such as oblique instrument, layered sedimentation instrument, optical fiber sensor, etc.), have gradually changed to the direction of digital and electronic technology.This article with cattle head village housing homestead construction project settlement observation for the engineering case, explain the settlement project overview, operation preparation, the use of instruments, etc., understand the operation steps and observation requirements, calculation and engineering data, engineering data and folding chart, cumulative settlement statistical table internal industry analysis results.Finally, the project is summarized to analyze the causes of settlement and various technical problems, and to derive some advantages of deformation monitoring and help to the project from the settlement observation of the housing homestead construction project in Niulantou Mountain Village.
Key words: modern science and technology deformation monitoring settlement observation data management data analysis
引言
随着军用与民用工业建筑技术的发展，各种大型且复杂的工程建筑物与日俱增，如春笋般不断兴起，一片片钢铁森林改变了大地原有的面貌同时，也对位于地面建筑物底下的地基带来了沉重的压力，这样就会引起地基及周围地面的挤压形变。为保证建筑物能够正常使用的寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。
第1章 沉降观测
1.1 沉降监测介绍
1.1.1 概况
沉降观测是一种通过测量安置在建筑物上的观测点和水准点的高程来确定被测物地面沉降情况的工作，一般采用水准测量的方法。在各种工程施工的过程中往往都伴随着沉降观测，一直持续到工程结束。
1.1.2 沉降监测目的
随着建筑行业的发展，原本空荡的地面上也兴起了一座又一座高楼大厦，农村变成钢铁丛林，黄海上横卧的青岛胶州湾大桥，长江上竖立的三峡大坝，各种庞大而雄伟的工程日益增多，但随之而来的也是许多的问题。工程建筑物的兴建，为地面带来了沉重的压力，这就必然会引起地面的沉降以及地基岩层的各种形变。为了守护人们辛苦的成果以及保护人民的生命健康和财产安全，延长地面建筑物的使用寿命和维持建筑物的稳定性是必须的，建筑物沉降观测应运而生。减小因地面沉降而造成的破坏和影响，沉降观测应通过测量安置在建筑物上的观测点和水准点的高程来确定被测物地面沉降情况，沉降观测需要按照施工的规范要求和具体的工程进度进行观测和记录，直至竣工。
1.2 地面沉降
1.2.1 地面沉降介绍
地面沉降观测是一种通过对安置在地面的观测点与水准点进行持续观测从而确定地面沉降情况的工作。不管是自然因素还是人为因素都能引起地面沉降，剧烈的地面下沉会对人们的生产生活造成严重的影响。重要地区地面的持续下沉甚至会危害人民生命安全，阻碍地区经济建设和发展。总而言之，地面沉降作为一种主要类型地质灾害，需要被监测并防范，减少造成的危害。
1.2.2 地面沉降原因
（1）自然因素
地壳运动。总所周知，由于地球内部各种压力的影响，使得地壳运动、板块漂移。由此导致地面起伏，造成地面沉降，其中尤其严重区域大都分布在板块交接处的地震带上。
风蚀沉积、气候变迁、风蚀沉积等原因虽然也会造成的地面的沉降，但往往时间跨度比较大，在短时间内的影响较小。像黄土高原的水土流失，是经过常年累积才形成如今这样的情况的。
（2）人为因素
相比起自然原因，因为人类活动而引起的地面沉降就比较广泛一些了，也是相对容易防治的。过度的地下水资源的开采。我们现今的土地下面，都有地下水资源。这些地下水是由雨水或者河流渗透进入地下，而存留在地下岩层中，与岩层土壤一起支撑其地面上的一切。而我们开采地下水就相当于从一个完整的建筑物里抽取支撑，也许拿取一小部分没有什么影响，但若大量地抽取其中的支撑结构，大厦就会倒塌。地下水的缺失导致地下岩层出现了一些空洞，使得岩层的抗压能力进一步下降，外加上地面上人类造物产生的压力，地面就会逐渐下沉，甚至是坍塌。
1.3 地面沉降危害及监测方法
1.3.1 地面沉降的危害
地面地质沉降率很少超过1cm/year，但是人为沉降可达50cm/year，甚至可能更多。地面沉降的危害很大，不仅会影响工程建设进度，还严重危害人民群众生命财产安全。其中包括：
一、地面下沉使得地表形成土坑，地下蓄水能力下降，进而使得土壤防洪泄洪更加困难，沿海地区对台风、暴雨的抵抗能力更差，严重点会出现海水倒灌；
二、城市管网遭到破坏；三、铁路安全受到威胁；
四、地下水位的下降会引发一系列环境问题；
五、地面下沉使得河床下沉，进而导致河道排洪效率衰减，阻碍引水工程进行，甚至影响航运海运；六、地面高程资料大范围失效；
七、地表频繁出现裂缝等严重危害人们生命财产安全的问题。
因此，我们需要通过沉降监测来应对地面沉降，减少因其引发的诸多危害而带来的损失，保护人民群众生命财产安全。
1.3.2 地面沉降监测方法
地面沉降的测量与监测方法最常用的有三种。最先出现的是用水准测量的方法测量地面沉降，显著的一个案例是意大利IGM曾用水准测量的方法对Ravenna自治区地区的地面沉降观测，并且利用地理信息系统将工作人员水准测量得到的沉降观测数据进行处理。现代科学技术的发展，不仅极大的提升水准测量的精度，还出现了一系列高精度仪器（如DS3型水准仪、南方NTS系列智能型全站仪、ET-O2型电子经纬仪等等）。即便如此，传统的测量手段终究有着工作量大、需要人员多等诸多的限制。
自从水准测量后，又有使用GPS（全球卫星定位系统）来进行测量的方法。威尼斯北部曾经开展过一个名为VENEZIA的测量计划，在其中就使用了DGPS（差分全球定位系统）技术并且大放光彩。DGPS方法比起传统水准测量高估了位移的实际值，其偏差约为2～6毫米/年。
目前，被探讨的一种崭新的监测技术——InSAR技术已经问世了，它不仅被研究和应用，甚至开发出了以InSAR为根基的其他技术，比如差分干涉测量、永久散射体合成孔径雷达干涉测量等。相比起前面的两种监测方法，InSAR系列的技术精度更高、测量区域更大、数据处理更完善。
第2章 牛栏头村的沉降观测
2.1 工程概况
2.1.1 项目简介
本工程沉降观测在金乡镇石坪乡牛栏头山村进行，分别观测五个个阶段。沉降观测由专人负责，采用精密水准仪。沉降观测点的具体位置如4-1牛栏头山村某一区域示意图。该处因为住宅翻修而施工建设，为确保该牛栏头山村房屋宅基地建设工程项目的正常施工和安全，该工程甲方委托镇上工程队对其三栋房屋宅基地建筑周围进行沉降观测。本次沉降观测将记录施工场所的沉降状况和高程变化，用以对牛栏头山村房屋宅基地建设工程建设的安全预警。
2.1.2 工程准备观
测仪器：水准仪
观测方法：二等水准基准点观测下表为测量设备、方法上的准备
表2-1观测设备
| 观测设备 | 水准仪、水准尺 |
| 观测方法 | 二等水准测量 |
| 观测记录顺序 | 后、前、前、后和前、后、后、前 |
下表为两种水准路线的对应的要求
表2-2观测要求
| 测量路线 | 观测要求 | 数据要求 |
| 闭合水准路线测量 | 可以只观测一次 | 使用两次观测高差中数，再平差 |
| 附和水准路线测量 | 需要往返测量 |
进行水准控制点的观测，采用闭合水准路线测量时可以只观测一次，同一点测两次。采用附和水准路线时，则需要往返测量。使用两次观测高差中数，再平差。为了减小仪器或尺垫升降引起的误差的影响，各站观测时采用后、前、前、后和前、后、后、前的观测方法记录数据。
表2-3数据记录表
| 要求 | 范围 |
| 前后视距 | ≤50m |
| 前后视距差 | ≤2m |
| 前后视距累积差 | ≤3m |
| 视线高度 | ≥0.2m |
为了减小仪器i角误差及大气折光引起的误差的影响，各测站观测的前后视距不超50米，前后视距差应小于两米，前后视距累积差小三米，视线高度大于0.2米。为了减小误差并保证测量数据的精度，每次测站必须严格检核读出数据，若数据符合要求，才可转移下一站观测。每次观测必须遵守“五定”原则使用同一条路线、使用固定测量设备、相同的观测人员，非特殊情况不要轻易改变，并且在外部条件不变和天气无影响的情况下观测。
2.1.3 仪器使用
在领取仪器及相关设备之后，检查设备是否能正常使用，是否出现损坏，设备是否齐全，若出现问题须及时反馈给上级部门。
架设仪器时，先架设三脚架，尽量将脚架架设平整一些，三脚架结构要稳定以防摔坏仪器，并将水准仪放在三脚架上拧紧螺丝。再调节脚螺旋进行调平操作，直至水准气泡到达中心圈居中，即水准仪整平完成。
2.2 沉降监测步骤
2.2.1 建立水准控制网
根据施工要求、结合施工现场实际情况编写沉降观测方案，利用水准控制点结合沉降方案进行水准控制网的布设。水准控制网的基本要求：
（1）水准控制网的水准点不能少于3个，相邻水准点之间的距离应小于一百米。
（2）在现场区域内的任何位置安装仪器后，应至少看到2个基准点，现场区域内的每个基准点应构成闭合校准的闭合路线。
（3）水准点应设立在监测区域以外（建筑物沉降会影响到的区域、施工区域、土质不稳定区域）。二级水准测量要求水准点的点位填埋深度不能小于1.5米。根据工程的实际现场情况，进行水准网的布设。
2.2.2 建立固定的观测路线
根据具体的工程沉降测量施测方案，依据工程布置特点和场地环境条件，确定沉降观测点的位置。为了减小误差，每次的测量最好沿着相同的路线进行，所以需要在各个点之间使用固定路线，测量时需要做好标记，在每个仪器站和拐点都设置木桩，以便需要时使用。
2.2.3 沉降观测
按照具体的工程沉降施工测量方案确定实际应用的观测周期，安装固定观测点后，实施第一阶段的观测。第一阶段要稳扎稳打，在房屋的坐标系上按照相关规范安装观测点，等点位牢固后，再开展测量。为了方便之后各次观测的数据比较，第一阶段的测量工作相关精度比较严格，一般使用水准仪实施测量工作。
建筑物每层都需要实施观测，直到误差为零，依据国家规范安置符合精度要求的永久观测点，并在施工中进行定期的复测，直至竣工完成。
表2-4 沉降观测
| 级别 | 角度中误差（〞） | 平均边长(m) | 边长中误差（mm） | 最弱边边长相对中误差 |
| 二等 | ±1.5 | 300 | ±3.0 | 1：100000 |
2.2.4 计算并统计表汇总
首先将观测记录检查、整理、统计，平差，然后计算出相对的的高程值、沉降量。再把前面计算好的高程、沉降值等数据进行分类汇总，并将其制作成excel表格。
根据制作出的excel表格，绘制统计图，来反映牛栏头村山上房屋及其周围在2020年6月10日至2020年9月28日这段时间的沉降情况。具体的沉降数据、统计表格和折线图放在本章2.4节。
通过这些累计沉降量表和折线图，分析房屋及其周围大致的沉降情况，将相关的沉降资料真实反馈上级部门，以便安全施工。同时，为之后的工程规划提供更好的选择。
2.2.5 观测中的注意事项
要严格按照测量规范的要求测量；前视观测和后视观测最好观测一个水准尺，以免不同水准尺之间的刻度差影响精度；测量时要保护好仪器尽量避免其暴露在太阳光下，且每次场景外因应尽量不变，防止因外界因素造成较大误差；最好在影像清晰且数值不再上下浮动时进行读数记录；观测时，要随时检验避免出错，若出现错误马上分析问题所在并重新测量；观测时要紧凑，迅速不间断地完成；将各次记录的数据资料及时归档，交给上级部门；在大量降水之后要进行联测，防止水准点标高因为土地湿度变化发生变动影响整体测量结果，必要时可停止施工；每次的测量最好沿着相同的路线进行。
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