【摘要】地面沉陷是一种常见现象，多数由于抽取沙层地下水造成。地面沉陷的危害是巨大的，要加强对地面沉降的监控，并采取措施进行治理。GPS技术用于地面沉降监控效果很好。本文将进行重点分析。

　　【关键词】GPS；地面沉降；监测

　　中图分类号：P416文献标识码： A

　　一、前言

　　地面沉降是一种地质灾害，影响到我国经济社会的发展。地面沉降的危害是巨大的。我国出现地面沉降灾害的城市已经超过了50个，累计沉降面积超过7.9万平方公里，累计损失高达3328.28亿元。因此，要采取地面沉降监控措施，及时对地面沉降进行监控。GPS技术不会受到天气等条件的限制，跨度大，自动化程度高，在地面沉降监控方面起到很好的效果。

　　二、地面沉降的原因

　　地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一种是在地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到细密的成岩过程;另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。

　　人为的地表沉降主要是大量抽取地下水所致。抽取地下水时，地下水面将大幅下落。当承压水面下落到顶板隔水盖层以下时，承压水面必将转为无压水面。在地下封闭环境下，无压水面以上的含水孔隙，因失去重力水而真空，即孔隙内的大气压P0=0，因而地下出现了真空地段，形成了“地下机构”。该机构由失水孔隙、顶板隔水盖层和地下孔隙水体三部分组成。一旦出现地下机构，大气压力必然以均布面荷载的形式，施加在机构，即失水的孔隙区对应的地面上，对盖层土体垂直施力破坏。施加在地面上的总大气压力为PN，同时，在大气压力启动下，与机构对应的盖层土体自重力T，也参入自身破坏。两力同时垂直施加在盖层土体上，使盖层土体发生变形破坏。在强大的垂直压力下，顶板隔水盖层底部粘土体h2，呈软塑状态被压挤进入沙层失水的孔隙内。很明显，顶板粘土层与含水沙层之间，出现了部分混合现象，即含水沙层上部，出现了一段沙粒和粘土相混掺一起的“重合层”H1，因盖层底部土体h2进入沙层孔隙内，使盖层土体厚度相对减小变薄。其减小值h2就相当地面沉降量。这是抽取沙层地下水，引起地面沉降的重要原因。

　　不承压的层间水，或动水位不能恢复到承压水位时的含水层，只要从中抽取地下水，使地下水面下落，虽然这时失水孔隙内的大气压P0≠0，而在0　　在供水初期阶段，因承压水位很高，虽经多年供水，其动水位一直保持在隔水顶板以上，因而在这期间不会引起地面沉降。如超量开采地下水，或地下水补给受到限制，使地下水位逐年下降，难以恢复。一旦承压水位下降到顶板隔水层以下，产生地下机构时，才能引起地面沉降。

　　随着地区经济建设发展，供水量不断增加，出现多孔抽水而又互相干扰时，地面沉降速度将会加快，沉降范围也连片扩大。在大范围地面沉降过程中，常因某些地段发生不均匀沉降，而引起或多或少的地面裂缝。

　　通常地面沉降速度比较缓慢，沉降量也不大。但经多年累计，地面沉降幅度可达几厘米、几十厘米，有时达1～2m之多。这些地面变化，都会对地面建筑设施和自然环境造成严重影响破坏。地面沉降还说明了一个重要问题，隔水顶板粘土充填了部分含水沙层的孔隙形成重合层。实际上就是含水沙层厚度减小，即其蓄水能力被破坏而减少。所以为保护含水层，必须防止地面沉降。

　　三、GPS测量地面沉降方法

　　1、基准设计

　　GPS地面沉降监测网的基准一般有两种，分别是国际地球参考框架(InternationalTerrestrialReferenceFrame，ITRF)和局部固定基准。本次地面沉降监测利用ITRF为GPS地面沉降监测网提供一个全球性的稳定基准，即在定位解算过程中利用监测网内双频监测站联测IGS站，采用IGS精密星历，参考站初始坐标文件以及速度场统一采取ITRF05框架，将GPS观测结果归算到ITRF05框架下。由于变形监测通常无需监测点的绝对的点位位置，而只需监测点相对位置的变化量，因此本方案中所采用的高程系统为大地高。

　　2、网形设计

　　本次监测根据工程现场实际地形情况结合监测任务，监测面积约100km，监测网由4个双频监测点和7个单频监测点组成。其中，7个单频点与两个双频点布设在地面或未有深基础的房顶上;另外两个双频监测点，一个布设在山顶的岩石上，另一个布设在具有深基桩的房顶上，作为区域内稳定基准。GPS沉降监测点位分布如图1所示。

　　图1：GPS沉降监测点分布图

　　3、选点埋石

　　（1）选点

　　GPS监测点选点有几条重要的原则，首先监测点要能准确地反应被监测对象的变形;其次接收机天线要尽量处于开阔性较好，遮挡不严重的地方，尽量避开房屋或树木等遮挡物;还应尽量避开金属、玻璃幕墙等强多路径环境;尽量避开强反射物和强电磁干扰，如变电站、通讯基站、高压线、雷达站等;此外监测点还要方便天线安置。而本次监测点位首选考虑设置在建筑物上。为了保证GPS观测数据的质量，选点时先做试验，用双频仪器采集2～4个小时的数据然后用WinTEQC软件进行数据质量分析，达到要求后再确定选点的具体位置。

　　（2）埋点

　　观测点位的标石、标志及其埋设参考《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314-2001)，本次设计主要有三种监测点，分别为: