王佃明， 覃 強

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734)

0 引言

地面沉降是常見的地質(zhì)現(xiàn)象，地面沉降一旦開始就難以恢復(fù)，其發(fā)展過程一般不可逆，影響較為持久。當(dāng)沉降達(dá)到一定程度，危害人民群眾生命財產(chǎn)安全的時候就是一種地質(zhì)災(zāi)害。地面沉降災(zāi)害一般發(fā)展較緩慢、難于覺察，其造成的后果規(guī)模大，受外部作用，突發(fā)性強，影響范圍廣并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。在天然氣儲氣站，地面沉降容易造成輸氣管道暴露、拉裂、變形，引起儲氣罐傾斜，嚴(yán)重的會造成輸氣管道及儲氣罐泄氣甚至爆炸，有著極其嚴(yán)重的危害。

南充市儲配一站位于南充市順慶區(qū)，四川東北部丘陵地區(qū)。地勢由于受地質(zhì)構(gòu)造、崖石、河流浸蝕的影響，西北高，東南低，海拔一般在270～530 m。區(qū)域內(nèi)侏羅系地層廣布，第四系松散層分布在嘉陵江及其支流沿岸。區(qū)境地處揚子準(zhǔn)地臺、四川臺向斜、川中臺拱構(gòu)造區(qū)。境內(nèi)株羅系地層受力被擠壓、褶皺變形，形成寬緩的、近東西方向的背斜和向斜構(gòu)造。區(qū)境內(nèi)地層水平，主要有中丘、淺丘和平壩3種地貌類型。方山丘陵典型，丘陵占67.3%，余為平壩。

南充儲氣站位于丘陵區(qū)斜坡中部平緩地帶，西側(cè)為高約20 m的巖質(zhì)邊坡，植被覆蓋良好。站場所處區(qū)域地層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組的泥巖夾砂巖地層為主，地層產(chǎn)狀近似水平。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，儲氣站及其西側(cè)邊坡區(qū)域，未見明顯地表裂縫、不良地質(zhì)現(xiàn)象，整體斜坡穩(wěn)定性好，一號儲氣罐區(qū)域有地表沉陷跡象，在罐體東側(cè)4根支柱區(qū)域，地表有較明顯的與周圍地表高度不一致的區(qū)域，范圍在寬5 m、長7 m之間，包括4根氣罐立柱、1根輸氣管道位置，地面沉降造成地表產(chǎn)生3～5 cm的沉降高差。目前可見的跡象為輸氣管道的變形及氣罐基礎(chǔ)區(qū)域局部地表沉降。

通過調(diào)查得知，一號儲氣罐基礎(chǔ)區(qū)域存在有填方區(qū)，在長期的運營過程中，受外界條件影響，特別是降雨條件影響，造成地面沉降的產(chǎn)生。目前地面沉降處于加速變化期，其沉降速度較快，造成地表變形，導(dǎo)致輸氣管道彎曲，地面沉降區(qū)域為儲氣罐重要設(shè)施的基礎(chǔ)區(qū)域，若地面沉降變化量超過氣罐基礎(chǔ)能接受的最大上下位移變化量，將使氣罐立柱變形，導(dǎo)致氣罐整體變形、倒塌的重大安全隱患。為了取得地面沉降、主要變形方向等相關(guān)數(shù)據(jù)，為后期進(jìn)一步工作提供數(shù)據(jù)支撐，決定對儲配1站1號儲氣罐進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測。

1 監(jiān)測設(shè)計

1.1 監(jiān)測目的

(1)確定監(jiān)測期內(nèi)沉降的變化情況，查明災(zāi)害體的變形特征，為防治工程設(shè)計提供依據(jù)；(2)監(jiān)測其動態(tài)，及時報警，防止造成人員傷亡和重大經(jīng)濟損失；(3)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及宏觀巡查情況提出合理的防范建議。

1.2 監(jiān)測方法選擇

常見的地面沉降監(jiān)測方法有水準(zhǔn)測量、GPS、測量機器人(全站儀)測量及InSAR地面沉降監(jiān)測。對比常用的幾種沉降監(jiān)測手段，在滿足本次監(jiān)測工程精度要求的基礎(chǔ)上，測量機器人相對其余幾種監(jiān)測方法具有易操作、測量效率高、測量方便、成本較低等優(yōu)勢。因罐體為密閉且不可破壞，這就造成了不具備在罐體直接安裝監(jiān)測設(shè)備的條件，而測量機器人在實際測量中，可以通過在儲氣罐罐體上貼反射片實現(xiàn)對罐體的直接觀測。最終在充分考慮現(xiàn)場場地條件、測量精度及經(jīng)費預(yù)算基礎(chǔ)上，決定采用測量機器人進(jìn)行觀測，測量設(shè)備為TCA1800。在進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測的同時，對工作區(qū)做宏觀巡視，觀測工作區(qū)內(nèi)有無明顯的地表裂縫、地表沉降，工作區(qū)內(nèi)建筑物及擋墻等有無裂縫、鼓脹現(xiàn)象，同專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對、分析。

1.3 監(jiān)測工作量部署

為了能夠反映出一號儲氣罐罐體的準(zhǔn)確沉降情況，本次測量沉降觀測點需選擇最能反映沉降特征且便于觀測的位置，設(shè)置的沉降觀測點縱橫向要對稱，均勻分布在一號儲氣罐罐體上。

基準(zhǔn)點應(yīng)該在工作區(qū)內(nèi)未發(fā)生變形區(qū)域，通過現(xiàn)場踏勘及充分考慮工作區(qū)場地條件，本次監(jiān)測設(shè)立兩處基準(zhǔn)點。在一號儲氣罐共計布設(shè)監(jiān)測點13個，均勻分布在一號儲氣罐罐體的8根立柱及頂端工作平臺區(qū)域。在未發(fā)生變形的二號儲氣罐及其余未變形區(qū)域的立桿上設(shè)立監(jiān)測點4個，監(jiān)測數(shù)據(jù)與一號儲氣罐監(jiān)測數(shù)據(jù)做并對。合計部署監(jiān)測點19處，具體監(jiān)測點部署如圖1所示。

圖2為Bi2O3薄膜樣品的SEM圖.可以明顯看出,樣品B-air的顆粒為短棒狀,局部區(qū)域有一定程度的團聚(見圖2(a)).樣品B-N2的顆粒呈規(guī)則的橢圓球體,顆粒之間邊界分明,并沒有團聚現(xiàn)象(見圖2(b)).而樣品B-O2的顆粒則發(fā)生嚴(yán)重團聚,形成大小不一的團簇,顆粒之間沒有明顯的邊界(見圖2(c)).

圖1 監(jiān)測點部署示意圖

2 數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

受觀測條件的影響，任何變形監(jiān)測資料都可能存在誤差，全站儀測量高程在本項目中造成數(shù)據(jù)誤差的主要因素有以下幾個方面：(1)豎直角觀測誤差和距離觀測誤差；(2)儀器的對中整平誤差；(3)儀器高和棱鏡高測量誤差。 為消除測量誤差，在實際施工中數(shù)值角盡量控制在15°以內(nèi)，全站儀儀器和棱鏡嚴(yán)格對中整平，測量過程中盡量對準(zhǔn)棱鏡中心。未消除儀器高和棱鏡高的測量誤差，測量過程中采取多次測量取平均值的方法盡量消除誤差。

在測量過程中，受觀測條件等因素影響，取得的測量數(shù)據(jù)都不可避免疊加上“噪聲”干擾。為了提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，剔除測量過程中產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，采用格拉布斯準(zhǔn)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2 典型測量點數(shù)據(jù)分析

通過現(xiàn)場調(diào)查、專業(yè)監(jiān)測及宏觀巡查，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)地面沉降較為明顯的區(qū)域，專業(yè)監(jiān)測點數(shù)值變化較為明顯，本文將主要分析這些典型監(jiān)測點數(shù)據(jù)。

2.2.1 JC4監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析

JC4監(jiān)測點位于一號儲氣罐立柱，受場地通視條件限制，該監(jiān)測點只能通過J1基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測，其沉降變化值曲線如圖2所示。

圖2 JC4沉降變化值曲線

注：該監(jiān)測點實際比基準(zhǔn)點J1高程低，兩者高差在變大，說明監(jiān)測點JC4因不均勻沉降造成下沉

由JC4沉降變化值曲線可以看出，在觀測期間，該監(jiān)測點變化值一直處于波動狀態(tài)，且在最后幾次觀測中，變化值有較大變化，達(dá)到8 mm左右。通過實地觀察，該監(jiān)測點位于工作區(qū)沉降較為明顯區(qū)域，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出該監(jiān)測點在觀測期間處于緩慢的沉降狀態(tài)。

JC5監(jiān)測點位于一號儲氣罐立柱，受場地通視條件限制，該監(jiān)測點只能通過J1基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測，其沉降變化值曲線如圖3所示。

圖3 JC5沉降變化值曲線

注：該監(jiān)測點實際比基準(zhǔn)點J1高程低，兩者高差在變大，說明監(jiān)測點JC5因不均勻沉降造成下沉

由JC5沉降變化值曲線可以看出，在觀測期間，該監(jiān)測點變化值一直處于波動狀態(tài)，且在最后幾次觀測中，變化值有較大變化，達(dá)到6.5 mm左右。通過實地觀察，該監(jiān)測點位于工作區(qū)沉降較為明顯區(qū)域，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出該監(jiān)測點在觀測期間處于緩慢的沉降狀態(tài)。

2.2.3 JC6監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析

JC6監(jiān)測點位于一號球罐立柱，受場地通視條件限制，該監(jiān)測點只能通過J1基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測，其沉降變化值曲線如圖4所示。

圖4 JC6沉降變化值曲線

注：該監(jiān)測點實際比基準(zhǔn)點J1高程高，兩者高差在變小，說明監(jiān)測點JC6由于不均勻沉降造成下沉

由JC6沉降變化值曲線可以看出，在觀測期間，該監(jiān)測點變化值一直處于變化狀態(tài)，且變化值有較大變化，達(dá)到7.0 mm左右。通過實地觀察，該監(jiān)測點位于工作區(qū)沉降較為明顯區(qū)域，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出該監(jiān)測點在觀測期間處于緩慢的沉降狀態(tài)。

2.2.4 JC2監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析

JC2監(jiān)測點位于一號球罐立柱，受場地通視條件限制，該監(jiān)測點只能通過J1基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測，其沉降變化值曲線如圖5所示。

圖5 JC2沉降變化值曲線

注：該監(jiān)測點實際比基準(zhǔn)點J1高程高，兩者高差在變大，說明監(jiān)測點JC2因不均勻沉降造成抬升狀態(tài)

由JC2沉降變化值曲線可以看出，在觀測期間，該監(jiān)測點變化值一直處于變化狀態(tài)，且變化值有較大變化，達(dá)到5 mm左右。通過實地觀察，該監(jiān)測點位于工作區(qū)沉降較為明顯區(qū)域，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出該監(jiān)測點在觀測期間處于緩慢的沉降狀態(tài)。

2.2.5 JC13監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析

JC13監(jiān)測點位于一號球罐立柱，受場地通視條件限制，該監(jiān)測點只能通過J2基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測，其沉降變化值曲線如圖6所示。

圖6 JC13沉降變化值曲線

注：該監(jiān)測點實際比基準(zhǔn)點J2高程高，兩者高差在變大，說明監(jiān)測點JC13因不均勻沉降造成抬升狀態(tài)

由JC13沉降變化值曲線可以看出，在觀測期間，該監(jiān)測點變化值一直處于變化狀態(tài)，且變化值有較大變化，達(dá)到6.5 mm左右。通過實地觀察，該監(jiān)測點位于工作區(qū)沉降較為明顯區(qū)域，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看出該監(jiān)測點在觀測期間處于緩慢的沉降狀態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

由上述典型監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析結(jié)合現(xiàn)場實地踏勘，可以看出位于工作區(qū)沉降較為明顯的監(jiān)測點JC3、JC4、JC5、JC6、C1五個監(jiān)測點由于不均勻沉降造成下沉；JC2、JC7、JC13監(jiān)測點由于不均勻沉降造成抬升。由實地踏勘及監(jiān)測點部署示意圖可以很明顯的看出JC2、JC7、JC13三個由于不均勻沉降造成抬升的監(jiān)測點均位于不均勻沉降造成下沉JC3、JC4、JC5、JC6、C1五個監(jiān)測點的周圍。結(jié)合實地及監(jiān)測數(shù)據(jù)可以很明顯的看出造成這種現(xiàn)象的原因基本可以確定為不均勻沉降。同時，監(jiān)測點JC12及JC14監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不規(guī)律的波動，初步判定為不均勻沉降造成,且上述10個監(jiān)測點均位于工作區(qū)沉降較為明顯的區(qū)域,專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化點所在區(qū)域與宏觀巡視發(fā)現(xiàn)地面沉降區(qū)域一致。

由監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實地觀察，可以基本確定儲配一站一號儲氣罐所在區(qū)域目前正處于緩慢的不均勻沉降狀態(tài)。

3 存在的問題及建議

(1)本次監(jiān)測工作因工作區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料不全，造成對工作區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象認(rèn)識不夠充分，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能從根本上揭露沉降變化的原因。

(2)本次監(jiān)測工作測量周期過短，且沒有經(jīng)過雨季。通過現(xiàn)場調(diào)查可知，一號儲氣罐主要變形發(fā)生在雨季，而本次專業(yè)監(jiān)測時間集中在冬季、春季。

(3)建議對工作區(qū)進(jìn)行全面的勘察工作，進(jìn)一步認(rèn)識工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件，更有利分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生變化的原因，為下一步工作提供支撐。

(4)建議在工作區(qū)持續(xù)進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測，并擴大監(jiān)測范圍，將二號儲氣罐納入監(jiān)測對象，監(jiān)測時間應(yīng)持續(xù)一個水文年及以上。

(5)加強工作區(qū)宏觀巡查，設(shè)立專/兼職巡視人員，確保有問題及時發(fā)現(xiàn)，不留安全隱患。