山西蒿峪村采空区治理工程变形监测报告（18页）.doc

1、山西蒿峪村采空区治理工程变形监测报告二九年十月目 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EHM090EHM092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100120m，即EHM090EHM092一带。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

2、不规则锯齿状，产状基本垂直，深度不详。主要的几组裂缝为：区：走向12001300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7080m左右，其余几条长度约十几米左右，裂缝宽度1015cm，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）。区：走向12001300左右，与管道平行或斜交，分布在EHM091+20091+120管道南侧78m至沟边约长宽10020m2范围，裂缝带断续延伸近100m，裂缝间距1.52m，裂缝宽度1520cm。该处有崩塌的危险。区：EHM092-50m附近4015m2范围分布有二条长3040m、裂缝宽10cm、方向与管

3、道走向基本正交的裂缝。另外，在区和区之间、靠近区管道南侧，稀疏分布有数条长37m的短裂缝。受西气东输管道公司山西管理处委托，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+0mEHM091+40m为中心的EHM091-50mEHM091+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3

4、64.2(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611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，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

5、45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，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EHM090EHM092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、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

6、原有测点间距相同。（2）、将原有、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EHM091EHM091-60m段，开挖到管底。EHM091-60mEHM090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

7、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（GB500262007）全球定位系统（GPS）测量规范（GB/183142001)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NTS662R1完好国产拥有全站仪GTS7211完好日本拥有水准仪

8、DINI1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EHm091EHm092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

9、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11230，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

10、度因子PDOP8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）DL3935683.930496170.364

11、GG3929605.709504891.788GPS003933306.134498603.885605.5073GPS033933304.942498408.816573.1894GPS073932978.620498758.835661.8941GPS053933621.987498833.850677.4538旧基准点GPS063933054.269499123.414700.6898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

12、。六、变形监测网的布设根据CPPE及专家组西气东输EHM090EHM092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1015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3040m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

13、测量规范（GB500262007），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23m，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、

14、稳固、且受开挖影响较小的地点引设工作基点12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

15、，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

16、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11230，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

17、、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+0mEHM091+40m为中心的EHM091-50mEHM091+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611月

18、，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

19、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EHM090EHM092一带测量了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，

20、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45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0.2601.144m（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

21、）H(m)点号X（m）Y（m）H(m)G10.070 0.022 1.1440 T110.025 0.082 0.0192 G20.033 0.009 1.0904 G260.137 0.069 1.1075 G30.010 -0.011 1.0245 G280.213 0.144 0.9204 G4-0.031 -0.035 1.0406 G290.183 0.124 0.8197 G5-0.062 -0.055 1.0514 G300.109 0.098 0.7057 G6-0.064 -0.039 1.0348 G310.041 0.073 0.5050 G7-0.060 -0.036

22、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 C370.131 0.294 0.2653 G13-0.029 0.039 0.5476 C480.011 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 0.34

23、91 G16-0.024 0.119 0.4300 C280.083 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 C350.090 0.245 0.2598 G20-0.097 0.088 0.3302 C28+10.132 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

24、.3570 G38-0.006 0.014 0.0153 G23-0.006 0.150 0.3220 C16-0.057 -0.004 0.8543 G240.023 0.188 0.2857 G250.054 0.219 0.2614 T60.104 0.257 0.2619 T80.129 0.281 0.1646 T90.102 0.232 0.1278 T100.064 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0.10.3m，最大残余变形-0.7522mm，见表9-2。管道残余变形量表 表9-

25、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 G140.1303 G15-0.0018 G160.0525 G17-0.108 -0.004 -0.0769 G180.0494 G19-0.063 -0.015 0.1002 G20-0.045 -0.013 0.1537 G210.1714 G220.004 0.062 -0.0164

26、G230.023 0.095 -0.1216 G240.054 0.138 -0.2155 G250.085 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0.030.06m，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 G170.018 0.007 -0.0264 G32-0.008 0.003 -0.0444 G180.004 0.013 -0.0381

27、 C28-0.026 -0.002 -0.0327 G190.010 0.008 -0.0340 C28+1-0.016 -0.006 -0.0224 G200.018 0.010 -0.0251 G29-0.021 0.002 -0.0214 C50.010 0.001 -0.0328 G28-0.007 -0.006 -0.0274 G210.002 -0.005 -0.0425 G26-0.004 0.005 -0.0435 C40.001 -0.002 -0.0580 G2-0.004 0.003 -0.0789 G230.009 0.020 -0.0664 G3-0.011 0.00

28、9 -0.0477 G240.013 0.015 -0.0564 G4-0.001 -0.001 -0.0458 G250.025 0.022 -0.0659 G5-0.003 0.000 -0.0657 C350.026 0.006 -0.0479 G6-0.001 -0.009 -0.0418 C370.023 -0.003 -0.0288 G70.005 -0.011 -0.0306 T80.009 -0.023 -0.0285 G90.002 -0.008 -0.0349 T90.004 -0.021 -0.0345 G10-0.005 -0.007 -0.0343 T100.005

29、-0.029 -0.0258 G11-0.003 0.004 -0.0611 T110.004 -0.021 -0.0085 G12-0.002 0.015 -0.0621 G130.001 0.001 -0.0687 G140.002 0.007 -0.0609 G150.012 -0.004 -0.0417 G160.005 -0.012 -0.0377 （二）、结论1、监测工作为该区的沉降变形分析积累了大量数据，及时、准确的监测数据为上级领导正确决策提供了技术支持。2、为满足抬管设计要求，先后5次对管道进行了加密测量，为管道抬管设计提供了准确的基本数据。3、2009年8月6日至9月16日

30、地面没有显著变形，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。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，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。管道本体2009年8月6日与2007年5月27日比较，经直接测量及沉降剖面图解计算，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。4、2009年9月45日西气东输管道公司对裂缝带

31、管道实施了抬管作业，抬升高度0.2601.144m,最大抬升高度1.144m。管道抬升后，管道残余变形一般为0.10.3m，最大残余变形-0.7522mm。管道抬升装置拆除后下沉量最大0.0789m，一般为0.030.06m，满足设计要求。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，抬管作业取得圆满成功。（三）、建议1、存在的问题（1）监测工作时断时续，给沉降变形分析带来一定影响。2007年监测以来，一般是地面发现明显变形后开始天天监测，变形稍有稳定后监测终止，往往监测不到最剧烈变形期及其变形过程，监测结束时变形并没有达到规范规定的稳定期。一定程度上不利于沉降变形

32、分析。（2）今年开挖发现，2007年布设的管道监测点多数因管道与土体的相对运动而缺失，给管道沉降变形的直接测量带来一定不利影响。（3）管道维护与地方小煤矿开采之间的沟通较少，不能及时掌握周边小煤矿开采情况。2、下一步工作建议（1）对EHM090EHM092及附近根据监测情况进行长期的地面变形监测。（2）对开挖管道本体设置牢固的监测标志。因本区的采动变形并没有结束，建议在管道防腐层外以10m左右的间距贴同材质补丁，其上刻记测量标志，埋设管道前统一测量其坐标，以备用。十、提交的成果1、技术总结报告2、监测工作量统计表3、基准点坐标成果表4、监测成果5、基准点平面位置图6、监测点布置图7、8月18日断面数据及断面图8、8月20日断面数据及断面图9、8月25日断面数据及断面图10、8月31日断面数据及断面图11、9月3日断面数据及断面图