熱汗古麗·買買提，艾力·斯木吐拉，瑪依拉·鐵留太

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院;2.新疆西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院;3.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋分院)

1 工程概況

克輪輸氣管線隧道位于新疆維吾爾族自治區(qū)阿克蘇市的庫車縣與拜城縣交界的丘里塔格山區(qū)，是西氣東輸管道工程的標(biāo)志性工程，它是我國迄今為止距離最長、輸氣量最大、施工條件最復(fù)雜的天然氣輸氣管道。該隧道全長1 984.5 m，設(shè)計(jì)坡度－41.4‰，軸線方向112°47'30″，屬于山嶺直線型隧道。

2 變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置

2.1 隧道平面位移監(jiān)測(cè)精度要求

該輸氣管線隧道平面位移監(jiān)測(cè)外業(yè)觀測(cè)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 水平位移監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)指標(biāo)

克輪輸氣管線隧道平面位移監(jiān)測(cè)外業(yè)觀測(cè)的主要測(cè)距指標(biāo)如表2 所示。

表2 測(cè)距的主要技術(shù)要求

克輪輸氣管線隧道平面位移監(jiān)測(cè)外業(yè)水平角觀測(cè)時(shí)所采用的方向觀測(cè)法的主要技術(shù)指標(biāo)如表3 所示。

表3 水平角方向觀測(cè)法的技術(shù)要求

監(jiān)測(cè)周期根據(jù)監(jiān)測(cè)體的變形特征、變形速率、觀測(cè)精度和工程地質(zhì)等因數(shù)綜合確定，監(jiān)測(cè)期間，應(yīng)根據(jù)變形量的變化情況做了適當(dāng)調(diào)整。

另外，水準(zhǔn)基點(diǎn)和平面控制點(diǎn):本測(cè)區(qū)布設(shè)四個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn):BM1—BM4，BM1、BM3 位于隧道進(jìn)口處，BM2、BM4 位于隧道出口處;隧道地面控制點(diǎn)，洞內(nèi)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)83 個(gè)，洞門位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)9 個(gè)。GPS 點(diǎn):CORS0 與GPS0 兩個(gè)連續(xù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，GPS1、GPS2、GPS3、GPS4 四個(gè)控制點(diǎn)。平面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn):共28 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中洞內(nèi)26 個(gè)，進(jìn)、出口各一個(gè)工作監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3 監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理軟件的選擇

3.1 監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

隧道安全監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括兩大塊:一是周期性監(jiān)測(cè)，包括隧底沉降監(jiān)測(cè)、隧道三維位移監(jiān)測(cè)、隧道裂縫監(jiān)測(cè)、GPS區(qū)域位移監(jiān)測(cè)，一個(gè)季度測(cè)一次;二是實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，包括GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、隧道三維位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、隧道裂縫與應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本工程采用GPS 全球定位系統(tǒng)技術(shù)對(duì)隧址區(qū)域進(jìn)行控制;采用測(cè)量機(jī)器人激光測(cè)鏡技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行平面測(cè)量;采用附合水準(zhǔn)路線方法對(duì)地面水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量;采用近景攝影測(cè)量對(duì)隧道裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？紤]到615、630 地震及雨季可能會(huì)對(duì)隧道產(chǎn)生影響，故在震后又加測(cè)了一期沉降監(jiān)測(cè)及兩期平面位移監(jiān)測(cè)。并使用Lecia GPS 對(duì)隧道外的CORS0 和GPS0 點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。在隧道內(nèi)最易發(fā)生位移的中間與兩端位置共建立了28 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用Lecia TM30對(duì)隧道內(nèi)的26 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行每天采樣間隔為5 h 的定時(shí)觀測(cè)，通過軟件的實(shí)時(shí)接收、分析與處理來實(shí)時(shí)反映隧道的穩(wěn)定性。在此過程中在隧道內(nèi)部典型裂縫地點(diǎn)安裝了30 裂縫傳感器與12 個(gè)應(yīng)變傳感器，對(duì)隧道內(nèi)的裂縫寬度與3 個(gè)斷面的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行采樣間隔為20 min 的定時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。水準(zhǔn)測(cè)量洞內(nèi)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)該埋設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測(cè)的位置。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻地埋設(shè)于隧道隧底，具體水準(zhǔn)測(cè)量示意圖如圖1 所示。

圖1 隧底沉降觀測(cè)示意圖

水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)分兩級(jí)布網(wǎng)，首級(jí)基準(zhǔn)網(wǎng)是由4 個(gè)GPS 基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成。隧道洞口和洞內(nèi)測(cè)站點(diǎn)和位移點(diǎn)構(gòu)成二級(jí)網(wǎng)，由高精度測(cè)量機(jī)器人(Leica TM30)觀測(cè)。位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)示意圖如圖2 所示。

圖2 位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)示意圖

3.2 數(shù)據(jù)處理軟件選擇

本工程采用西南交通大學(xué)編制的“網(wǎng)絡(luò)化移動(dòng)勘測(cè)辦公系統(tǒng)”(GeoNMOS)軟件對(duì)一維、二維、三維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。GeoNMOS 的功能完備性、高可靠性、高效率、高靈活性、可擴(kuò)展性以及可操作性使其成為了處理工程變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利器。在信息化測(cè)繪的大背景下，這樣一款具備完備數(shù)據(jù)處理功能的軟件剛好可以滿足本工程數(shù)據(jù)處理的種種需要，因此，就在眾多數(shù)據(jù)處理軟件中最終選擇了該軟件做數(shù)據(jù)處理與分析。

4 克輪輸氣管線隧道水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及精度分析

4.1 水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)果

下面以第一期沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，用GeoNMOS 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其它幾期與第一期處理方法類似。具體操作流程為(1)新建項(xiàng)目;(2)導(dǎo)入觀測(cè)文件，觀測(cè)文件支持的格式有兩種:Leica GSI 和Trimble DAT 以及用戶自定義的高差文件OB1。軟件基本可以正確解析這兩種數(shù)據(jù)格式。當(dāng)然系統(tǒng)也支持導(dǎo)入科傻平差文件格式。(3)導(dǎo)入已知數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)需要，選擇某些已知點(diǎn)進(jìn)行平差，但不能少于1 個(gè)。點(diǎn)擊保存后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存用戶所選擇的已知點(diǎn)。(4)平差參數(shù)設(shè)置，每次進(jìn)行平差前，用戶最好先進(jìn)行參數(shù)配置，否則按默認(rèn)方式進(jìn)行。當(dāng)然軟件的不足之處是未記錄各項(xiàng)目的平差參數(shù)，以致用戶每次都需要重新配置。此處高程網(wǎng)平差處理選擇按距離定權(quán)方式進(jìn)行。(5)網(wǎng)平差計(jì)算，當(dāng)已知數(shù)據(jù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)、平差參數(shù)都設(shè)置完成后，點(diǎn)擊網(wǎng)平差，則可計(jì)算出約束網(wǎng)平差結(jié)果。(6)閉合差計(jì)算，點(diǎn)擊閉合差計(jì)算，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出附和路線和閉合環(huán)的閉合差，是檢驗(yàn)觀測(cè)質(zhì)量的重要指標(biāo)。(7)輸出觀測(cè)手薄，如果輸入的是原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，則點(diǎn)擊輸出觀測(cè)手簿，可導(dǎo)出成功;否則導(dǎo)出失敗。

從觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，絕對(duì)誤差最大的為0.5mm，說明第一期的觀測(cè)值精度很高，相對(duì)誤差最大的為1/4189259，說明觀測(cè)的質(zhì)量也很高。中誤差最大的為0.28，也滿足觀測(cè)精度要求，只有點(diǎn)DX0300 和DX0420 這兩個(gè)點(diǎn)的誤差超過了容許誤差，其它的點(diǎn)的誤差都在容許誤差范圍內(nèi)，所以這兩個(gè)點(diǎn)可以忽略不計(jì)。同時(shí)從觀測(cè)手簿中可以看出，觀測(cè)時(shí)視距最長的為48.429 72 m，在限差50 m 之內(nèi)。前后視距差的最大值為－1.47 453 m，在限差1.5 m 之內(nèi)。前后視距累計(jì)差的最大值為－1.868 17 m，在限差6.0 m 之內(nèi)。第一期的測(cè)段累計(jì)距離為2.565 km 則該閉合水準(zhǔn)路線的高差閉合差的限差為=6.406 mm，計(jì)算的高差閉合差為0.57 mm，小于限差。每千米水準(zhǔn)測(cè)量高差中誤差為±1.287 mm。依據(jù)規(guī)范，當(dāng)水準(zhǔn)路線分測(cè)段施測(cè)時(shí)，每千米水準(zhǔn)測(cè)量的高差偶然中誤差的絕對(duì)值不應(yīng)超過±1.0 mm，而計(jì)算出最大的高差偶然中誤差為+0.34 mm，滿足要求。通過對(duì)上表的分析和閉合差的計(jì)算，此次的觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量都很高，在觀測(cè)過程中并沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，觀測(cè)數(shù)據(jù)可以用來計(jì)算該隧道的沉降量。用同樣的方法處理后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將后期的最大絕對(duì)誤差、最大中誤差等整理成一個(gè)表，如表4 所示。

對(duì)上述數(shù)據(jù)分析后得出，絕對(duì)誤差最大的是第三期的點(diǎn)DX0300 為1.4 m。但95%的點(diǎn)的誤差都在允許范圍之內(nèi)，所以這個(gè)點(diǎn)并不影響整體的精度。剩下的就是震后第一期的數(shù)據(jù)，有6 個(gè)點(diǎn)的誤差超過了容許誤差，經(jīng)過分析，誤差超限來自以下兩個(gè)方面:①降雨。在輸氣管線隧道變形監(jiān)測(cè)期間正是雨季，降雨可能對(duì)測(cè)量的精度有一定影響。②地震。震后第一期是地震后測(cè)的，地震對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)產(chǎn)生了影響，從而導(dǎo)致測(cè)量精度的下降。除了這些點(diǎn)以外，其余94%的點(diǎn)都在允許誤差范圍之內(nèi)，所以還是可以說明這幾期的測(cè)量精度高和可靠性高，可以將這幾期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為計(jì)算該隧道沉降量的一個(gè)依據(jù)。

表4 二至震后第一期誤差統(tǒng)計(jì)表

4.2 平面位移數(shù)據(jù)處理步驟及結(jié)果

以第一期平面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，用GeoNMOS 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其他幾期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與此類似，具體操作流程如下。(1)新建項(xiàng)目;(2)導(dǎo)入高程觀測(cè)文件，平面網(wǎng)平差觀測(cè)文件為標(biāo)準(zhǔn)的ASCⅡ碼文件，后綴名為ob2，可以使用任何文本編輯器建立編輯和修改。(3)導(dǎo)入已知數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)需要，選擇某些已知點(diǎn)進(jìn)行平差，但不能少于1 個(gè)。點(diǎn)擊保存后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存用戶所選擇的已知點(diǎn)。(4)平差參數(shù)設(shè)置，每次進(jìn)行平差前，用戶最好先進(jìn)行參數(shù)配置，否則按默認(rèn)方式進(jìn)行。當(dāng)然軟件的不足之處是未記錄各項(xiàng)目的平差參數(shù)，以致用戶每次都需要重新配置。平面網(wǎng)平差時(shí)選擇以下參數(shù):①邊長定權(quán)方式為a +b × S;②先驗(yàn)精度:測(cè)方向設(shè)為，測(cè)方位角設(shè)為，測(cè)距誤差設(shè)為1 mm+1.5 ppm;③單位權(quán)選擇:驗(yàn)后單位權(quán)中誤差。5、網(wǎng)平差計(jì)算，當(dāng)已知數(shù)據(jù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)、平差參數(shù)都設(shè)置完成后，點(diǎn)擊網(wǎng)平差，則可計(jì)算出約束網(wǎng)平差結(jié)果。

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，每個(gè)測(cè)站的誤差都在誤差范圍之內(nèi)，在測(cè)邊相對(duì)誤差之中，有7 個(gè)點(diǎn)超出了限差1/200 000，除了這幾個(gè)點(diǎn)之外，其余的點(diǎn)都符合限差要求，所以輸氣管線隧道第一期平面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中有94%的點(diǎn)滿足了要求。從測(cè)站點(diǎn)的極大值E 與極小值F 的統(tǒng)計(jì)表也可以看出，每個(gè)點(diǎn)的位移量都不大，都保持著相對(duì)穩(wěn)定?？梢耘卸ㄟ@次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量都很高，可以將這期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用來作為計(jì)算平面位移量的依據(jù)。用同樣的方法對(duì)后幾期平面位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)的精度與第一期的情況一致，未出現(xiàn)很多超限的點(diǎn)，依然可以判定后面幾期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量都很高，可以用來作為計(jì)算平面位移的依據(jù)。

［1］黃聲享.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2009.

［2］陳永奇.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］.北京:測(cè)繪出版社，2011.