insar监测电力塔3篇

insar监测电力塔3篇insar监测电力塔　工程地质学报　JournalofEngineeringGeologyISSN1004-9665,CN11-3249/P　《工程地质学报下面是小编为大家整理的insar监测电力塔3篇,供大家参考。

篇一：insar监测电力塔

地质学报

　Journal of Engineering Geology ISSN 1004-9665,CN 11-3249/P

　 《工程地质学报》网络首发论文

　题目：

　佛山地铁塌陷 InSAR 时序监测及机理分析 作者：

　张严，朱武，赵超英，韩炳权 DOI：

　10.13544/j.cnki.jeg.2019-557 收稿日期：

　2019-12-24 网络首发日期：

　2020-06-03 引用格式：

　张严，朱武，赵超英，韩炳权．佛山地铁塌陷 InSAR 时序监测及机理分析．工程地质学报. https://doi.org/10.13544/j.cnki.jeg.2019-557

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　* 收稿日期：201912-24； 修回日期：

　：2020-04-21 第一 作者简介：张严(1994–)，女，硕士生，主要从事 InSAR 方面的科研工作. E-mail：1798138099@qq.com 通讯作者 简介：朱武（1982-），男，博士，副教授，博士生导师，主要从事 InSAR 方面的科研和教学工.E-mail：48801911@qq.com

　佛山地铁塌陷 InSAR 时序监测及机理分析

　张严① ，朱武 ①② ，赵超英 ①② ，韩炳权 ①

　 （① 长安大学，地质工程与测绘学院，西安 710054，中国）

　（② 地理信息工程国家重点实验室，西安 710054，中国）

　摘

　要

　2018 年 2 月 7 日，位于广东省佛山市禅城区的地铁 2 号线在盾构施工中发生塌陷事故，造成 11 人死亡、1 人失踪、8 人受伤，直接经济损失超过 5000 万元。为深入分析此次事故成因，本文基于自 2017-03 到 2019-01 期间的 56 景 Sentinel-1A 数据，利用 SBAS-InSAR 技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降，形变速率达到 30mm/a 以上。通过对事发地的实地调查和形变特征分析，并结合当地地质资料推测了塌陷形成的机理：供水管道下方的软土存在不均匀沉降，使水管产生裂缝导致管道内水外渗，进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝，最终引起隧道和地面坍塌。研究结果可以为今后盾构施工中塌陷的监测和预警工作提供理论依据。

　关键词 地面塌陷；InSAR 技术；形变监测；机理分析；佛山 中图分类号：P236

　文献标识码：A

　doi:10.13544/j.cnki.jeg.2019-557.

　MONITORING AND INVERSION OF FOSHAN METRO COLLAPSE WITH MULTI-TEMPORAL INSAR ZHANG Yan① , ZHU Wu ①② , ZHAO Chaoying ①② , HAN Bingquan ①

　(① School of Geological Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an 710054, China）

　(② State Key Laboratory of Geographic Information Engineering, Xi’an 710054, China) Abstract On the evening of February 7, 2018, a deadly ground collapse of a metro tunnel under construction occurred in Foshan, Guangdong Province, China. The accident caused 11 deaths, 8 injuries, 1 missing person, and direct economic loss of more than 50 million yuan. In order to understand the mechanism of this collapse, it is necessary to monitor the deformation characteristics of the ground before and after the event. Compared with the ground-based observation techniques, synthetic aperture radar (SAR) interferometry technique has demonstrated its potential for monitoring the collapse sinkholes due to the advantages of covering large areas, mapping of high-density spatial and historical ground deformation. Therefore, using the 56 Sentinel-1A spanning from 2017-03 to 2019-01, we obtained the spatial-temporal deformation information of the study area by using Small Baseline Subset SAR Interferometry (SBAS-InSAR) techniques. It was found that continuous ground subsidence occurred in the collapse area and its adjacent areas, and the deformation rate reached more than 30mm/a, while areas far away from the sinkhole was mostly stable. In order to further verify the reliability of the deformation and analyze the connection between the land subsidence and the collapse, we made a field survey and a detailed analysis of the deformation characteristics near the collapse area, and found uneven ground subsidence in the sinkhole and its adjacent areas. The maximum subsidence at the collapse site was nearly 37mm over the past year of collapse accident. What"s more, accelerated subsidence appeared one month before the collapse accident, which was related to the metro construction disturbance. Meanwhile, based on the local geological data and accident investigation report, it was considered that the collapse accident was caused by the water supply pipeline damage and the poor engineering geological environment at the accident site. In the end, we reasonably deduced the mechanism of collapse formation: due to the uneven settlement of the mucky soil under the water supply pipeline, the distribution of bearing capacity of mucky soil to the water supply pipeline was also uneven. The water leakage in the pipeline saturated the stratum, weakened the mechanical properties of the mucky soil layer, and the Metro construction disturbance increased the deformation of the saturated soil layer and pipeline leakage, and the water penetrated down to the fine sand layer below the shield machine tail. With the increase of water content, the bearing capacity of the fine sand layer was reduced, which led to the subsidence of the shield machine tail and the cracks in the pipe segments that had not reached the freezing point, and the shield machine tail was permeable with water and sand. But the builders failed to plug the leak, and the flooding became more severe. The sand layer under the shield machine quickly drained away, resulting in the downward displacement and deformation of the shield machine. After the tunnel structure was damaged, a huge amount of sediment suddenly poured into the tunnel, and caused a rapid 网络首发时间：2020-06-03 13:21:47网络首发地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3249.P.20200603.1121.011.html

　impact of air waves in the limited space of the tunnel, which eventually led to the tunnel and the ground collapse. The results can provide theoretical basis for the collapse monitoring and early warning of shield tunneling in the future. Key words Ground collapse; InSAR; Deformation monitoring; Mechanism analysis; Foshan

　0

　引

　言 地面塌陷是指在人为因素或者自然因素的作用下，地表岩、土体向下陷落，并形成塌陷坑或塌陷洞的地质现象(王明伟等，2008)。地面塌陷形成的前提是地表下空洞的存在，而空洞通常是由自然岩溶现象或人类挖掘造成的（Buttrick et al, 2011），当然也存在一些诱发因素，如加载、地震、人为振动等（Nisio et al, 2007；Parise et al, 2012）。地面塌陷是突发性的地质灾害(Gutiérrez et al, 2008)，特别是在城市地区，可能造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。因此，城市地面塌陷的监测和早期预警构成了重要的研究课题。

　在塌陷形成之前，经常会出现地表下沉、裂缝等异常现象，可以利用这一特征来对潜在地面塌陷进行早期预警(Chang et al, 2014)。传统基于离散点的地表形变监测方法，不仅需要耗费大量的人力、物力，而且当监测大范围区域时效率较低(陈永奇等，1988；Galloway et al, 1999)。而近年来发展起来的合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术，由于其具有空间分辨率高、覆盖范围大、全天时、全天候等优点（Bamler et al, 1998；兰恒星等，2019），被广泛用于监测地面塌陷前的信号特征（Baer et al, 2002；Closson et al, 2003；Closson et al, 2005；Vaccari et al, 2013；Nof et al, 2013；Jones et al, 2014；Jones et al, 2015；Kim et al, 2016），特别是在城市地区，具有成本低、效益高和较强的可行性(Intrieri et al, 2015；Theron et al, 2016)。

　针对 2018 年 2 月 7 日发生的佛山市地铁 2 号线塌陷事故，Alex 等（2018）利用 PSI(Persistent Scatterer InSAR)技术对覆盖广州和佛山地区 2011-05 至 2017-01 期间的 COSMO-SkyMed 数据进行处理，监测了该地区相应时间段的地表变化，并对塌陷的形成原因进行了分析。刘琦等（2019）利用 PS-InSAR 技术对覆盖佛山市 2015-06 至 2018-09 期间的 Sentinel-1 数据进行处理，获得了研究区相应时间段内的地表形变结果，发现事故段地铁沿线有明显的形变信息，并猜测该路段地面沉降的重要原因是地铁施工。前人在对地面沉降和地面塌陷形成的原因进行分析时，均未结合当地地质资料、事故调查报告等重要资料。

　本文将整个禅城区作为研究区，搜集了自 2017-03 到 2019-01 期间的 56 景 Sentinel-1A 数据，首先利用SBAS-InSAR(Small Baseline Subset InSAR)技术获取了塌陷前、后期地表形变的时空演化规律。其次，为了验证形变监测结果的可靠性、进一步分析地面塌陷与地面沉降的关系，对塌陷坑附近区域进行了实地调研，并对塌陷坑附近的形变特征进行了详细分析，最后，结合搜集到的事发地地质资料、事故调查报告等，合理地推测了塌陷形成的机理。

　1 研究区概况 1.1

　禅城区基本概况 禅城区是广东省佛山市的五个行政辖区之一，也是其政治、经济、文化中心，与广州市、深圳市等城市相邻。

　（1）地理位置：禅城区位于东经 113°00′41″~113°05′40″，北纬 22°35′01″~23°02′24″，地处珠江三角洲的腹地，在广州市的西南部，佛山市的中部。南北向长约 15km，东西向宽约 19km，面积约为 154km²，如图 1 中蓝色框所示，红色五角星即为塌陷坑所在位置。

　 图 1 研究区及 Sentinel-1A 数据覆盖范围示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the research area and Sentinel-1A data coverage area （2）地质概况：禅城区的地质属于第四系地层，主要为粘土和其他各种粒径的沙层，厚度约从 5m 至40m 不等，具有自东向西递增的趋势，东平水道以西的地区第四系较厚，是禅城区第四系的主要沉积区（易守勇等，2017）。图 2 为禅城区第四系沉积物等厚线图。

　图 2 禅城区第四系沉积物等厚线图（改自易守勇等，2007）

　Fig. 2 Isopach map of Quaternary sediment in Chancheng district 禅城区是地势平坦的冲积平原，大多区域海拔在 1.3m 和 4.6m 之间。地貌类型单一，主要为堆积地貌，属于三角洲平原，大部分地表覆盖着厚约 15～25m 的松散沉积物。禅城区的软土层天然孔隙比大且含水量高，具有高压缩性、低凝聚力和小固结系数的特点，所以在人类活动的影响下，地表很容易发生形变，由此会带来各种安全隐患。禅城区软土厚度等厚线图如图 3 所示，可看出软土厚度的空间分布与第四系沉积物（图 2）基本呈正相关。

　 图 3 禅城区软土分布等厚线图（改自易守勇等，2007）

　Fig. 3 Isopach map of soft soil distribution in Chancheng district 1.2

　塌陷事故基本概况 2018 年 2 月 7 日，位于佛山市禅城区湖涌站至绿岛湖站的地铁 2 号线右线工地在盾构中突发透水，导致施工隧道和地面发生坍塌(张爱军等，2018)。图 4 为塌陷现场照片，地面坍塌范围东西向约 65m，南北向约 81m，深度约 6m 至 8m，地面塌方面积约 41922m ，坍塌体方量接近 2.5 万3m 。

　图 4 塌陷事故现场图（改自张爱军等，2018）

　Fig. 4 Map of collapse accident site 事故...

篇二：insar监测电力塔

书Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ

　工程地质学报

　１００４－９６６５ ／２０２１ ／２９（４）-１１６７-１１张严，朱武，赵超英，等．２０２１．佛山地铁塌陷 ＩｎＳＡＲ 时序监测及机理分析［Ｊ］．工程地质学报，２９（４）：１１６７－１１７７．ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１９－５５７Ｚｈａｎｇ Ｙａｎ，Ｚｈｕ Ｗｕ，Ｚｈａｏ Ｃｈａｏｙｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．２０２１．Ｍｏｎｉｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｓｈａｎ ｍｅｔｒｏ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ-ｔｅｍｐｏｒａｌ ＩｎＳＡＲ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，２９（４）：１１６７－１１７７．ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１９－５５７佛山地铁塌陷 ＩｎＳＡＲ 时序监测及机理分析 *张 严 ①

　朱 武 ①②

　赵超英 ①②

　韩炳权 ①（①长安大学，地质工程与测绘学院，西安 ７１００５４，中国）（②地理信息工程国家重点实验室，西安 ７１００５４，中国）摘 要 ２０１８ 年 ２ 月 ７ 日，位于广东省佛山市禅城区的地铁 ２ 号线在盾构施工中发生塌陷事故，造成 １１ 人死亡、１ 人失踪、８人受伤，直接经济损失超过 ５０００ 万元。为深入分析此次事故成因，本文基于自 ２０１７ 年 ３ 月 ～２０１９ 年 １ 月期间的 ５６ 景Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据，利用 ＳＢＡＳ-ＩｎＳＡＲ 技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降，形变速率达到 ３０ ｍｍ·ａ－１以上。通过对事发地的实地调查和形变特征分析，并结合当地地质资料推测了塌陷形成的机理：供水管道下方的软土存在不均匀沉降，使水管产生裂缝导致管道内水外渗，进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝，最终引起隧道和地面坍塌。研究结果可以为今后盾构施工中塌陷的监测和预警工作提供理论依据。关键词 地面塌陷；ＩｎＳＡＲ 技术；形变监测；机理分析；佛山中图分类号：Ｐ２３６

　文献标识码：Ａ

　ｄｏｉ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１９－５５７ * 收稿日期：２０１９－１２－２４；修回日期：２０２０－０４－２１．基金项目：国家自然科学基金（资助号：４１９４１０１９，４２０７４０４０），国家重点研发计划（资助号：２０２０ＹＦＣ１５１２００１，２０１９ＹＦＣ１５０９８０２）．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （Ｇｒａｎｔ Ｎｏｓ．４１９４１０１９，４２０７４０４０）ａｎｄ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｒ＆Ｄ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆＣｈｉｎａ（Ｇｒａｎｔ Ｎｏｓ．２０２０ＹＦＣ１５１２００１，２０１９ＹＦＣ１５０９８０２）．第一作者简介：张严（１９９４－），女，硕士生，主要从事 ＩｎＳＡＲ 方面的科研工作．Ｅ-ｍａｉｌ：１７９８１３８０９９＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者简介：朱武（１９８２－），男，博士，教授，博士生导师，主要从事 ＩｎＳＡＲ 方面的科研和教学工作．Ｅ-ｍａｉｌ：４８８０１９１１＠ｑｑ．ｃｏｍＭＯＮＩＴＩＮＧ ＡＮＤ ＩＮＶＥＲＳＩＯＮ ＯＦ ＦＯＳＨＡＮ ＭＥＴＲＯ ＣＯＬＬＡＰＳＥ ＷＩＴＨＭＵＬＴＩ-ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＩＮＳＡＲ ＡＮＤ ＦＩＥＬＤ ＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＺＨＡＮＧ Ｙａｎ ①

　ＺＨＵ Ｗｕ ①②

　ＺＨＡＯ Ｃｈａｏｙｉｎｇ ①②

　ＨＡＮ Ｂｉｎｇｑｕａｎ ①（①Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ，Ｃｈａｎｇ"ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ"ａｎ ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）（②Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ"ａｎ ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｅ ｅｖｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ７，２０１８，ａ ｄｅａｄｌｙ ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ａ ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ Ｆｏｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｃａｕｓｅｄ １１ ｄｅａｔｈｓ，８ ｉｎｊｕｒｉｅｓ，１ ｍｉｓｓｉｎｇ ｐｅｒｓｏｎ，ａｎｄｄｉｒｅｃｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｏｓｓ ｏｆ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５３ ｍｉｌｌｉｏｎ ｙｕａｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｉｓ ｃｏｌｌａｐｓｅ，ｉｔ ｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｖｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｇｒｏｕｎｄ-ｂａｓｅｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ， ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｄａｒ （ＳＡＲ ）

　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｉｔｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｓｉｎｋｈｏｌｅｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｌａｒｇｅ ａｒｅａｓ，ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ-ｄｅｎｓｉｔｙ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ５６ Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ ｓｐａｎｎｉｎｇｆｒｏｍ ２０１７－０３ ｔｏ ２０１９－０１，ｗｅ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ-ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳｍａｌｌＢａｓｅｌｉｎｅ Ｓｕｂｓｅｔ ＳＡＲ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（ＳＢＡＳ-ＩｎＳＡＲ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ａｒｅａｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｄ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３０ ｍｍ·ａ－１，ｗｈｉｌｅ万方数据

　ａｒｅａｓ ｆａｒ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｉｎｋｈｏｌｅ ｗａｓ ｍｏｓｔｌｙ ｓｔａｂｌｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ，ｗｅ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ａ ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｒｅａ，ａｎｄ ｆｉｎｄ ｕｎｅｖｅｎ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅｓｉｎｋｈｏｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ａｒｅａｓ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｓｉｔｅ ｗａｓ ｎｅａｒｌｙ ３７ ｍｍ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｙｅａｒｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ．Ｗｈａｔ"ｓ ｍｏｒｅ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｐｐｅａｒｅｄ ｏｎｅ ｍｏｎｔｈ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｗａｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ａｃｃｉｄｅｎｔｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｐｏｒｔ，ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｄａｍａｇｅ ａｎｄｔｈｅ ｐｏｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｔ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｓｉｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｗｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｄｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ：ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｕｎｅｖｅｎ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｃｋｙ ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍｕｃｋｙ ｓｏｉｌ ｔｏ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｗａｓ ａｌｓｏ ｕｎｅｖｅｎ．Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅａｋａｇｅ ｉｎ ｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｕｍ，ｗｅａｋｅｎｅｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｃｋｙ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ Ｍｅｔｒｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌｅａｋａｇｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｅｄ ｄｏｗｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｎｅ ｓａｎｄ ｌａｙｅｒ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｔａｉｌ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｅ ｓａｎｄ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｌｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｔａｉｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｎｔｈｅ ｐｉｐｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｈａｄ ｎｏｔ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｔａｉｌ ｗａｓ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ａｎｄｓａｎｄ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｅｒｓ ｆａｉｌｅｄ ｔｏ ｐｌｕｇ ｔｈｅ ｌｅａｋ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｂｅｃａｍｅ ｍｏｒｅ ｓｅｖｅｒｅ．Ｔｈｅ ｓａｎｄ ｌａｙｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｄｒａｉｎｅｄ ａｗａｙ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｗａｒｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄａｍａｇｅｄ，ａ ｈｕｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｕｄｄｅｎｌｙ ｐｏｕｒｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ ｃａｕｓｅｄ ａｒａｐｉｄ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ａｉｒ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｓｐａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ ｌｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄｃｏｌｌａｐｓｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ；ＩｎＳＡＲ；Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｆｏｓｈａｎ０ 引 言

　地面塌陷是指在人为因素或者自然因素的作用下，地表岩、土体向下陷落，并形成塌陷坑或塌陷洞的地质现象（王明伟等，２００８）。地面塌陷形成的前提是地表下空洞的存在，而空洞通常是由自然岩溶现象或人类挖掘造成的（Ｂｕｔｔｒｉｃｋ ｅｔ ａｌ．，２０１１），当然也存在一些诱发因素，如加载、地震、人为振动等（Ｎｉｓｉｏ ｅｔ ａｌ．，２００７；Ｐａｒｉｓｅ，２０１２）。地面塌陷是突发性的地质灾害（Ｇｕｔｉéｒｒｅｚ ｅｔ ａｌ．，２００８），特别是在城市地区，可能造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。因此，城市地面塌陷的监测和早期预警构成了重要的研究课题。在塌陷形成之前，经常会出现地表下沉、裂缝等异常现象，可以利用这一特征来对潜在地面塌陷进行早期预警（Ｃｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．，２０１４）。传统基于离散点的地表形变监测方法，不仅需要耗费大量的人力、物力，而且当监测大范围区域时效率较低（陈永奇，１９８８；Ｇａｌｌｏｗａｙ ｅｔ ａｌ．，１９９９）。而近年来发展起来的合成孔径雷达干涉测量 （Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ，ＩｎＳＡＲ）技术，由于其具有空间分辨率高、覆盖范围大、全天时、全天候等优点（Ｂａｍｌｅｒ ｅｔａｌ．，１９９８；兰恒星等，２０１９），被广泛用于监测地面塌陷前的信号特征（Ｂａｅｒ ｅｔ ａｌ．，２００２；Ｃｌｏｓｓｏｎ ｅｔａｌ．，２００３，２００５；Ｎｏｆ ｅｔ ａｌ．，２０１３；Ｖａｃｃａｒｉ ｅｔ ａｌ．，２０１３；Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．，２０１４，２０１５；Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．，２０１６），特别是在城市地区，具有成本低、效益高和较强的可行性（Ｉｎｔｒｉｅｒｉ ｅｔ ａｌ．，２０１５；Ｔｈｅｒｏｎ ｅｔ ａｌ．，２０１６）。针对 ２０１８ 年 ２ 月 ７ 日发生的佛山市地铁 ２ 号线塌陷事故，Ａｌｅｘ ｅｔ ａｌ．（２０１８）利用 ＰＳＩ（ＰｅｒｓｉｓｔｅｎｔＳｃａｔｔｅｒｅｒ ＩｎＳＡＲ）技术对覆盖广州和佛山地区 ２０１１－０５～２０１７ －０１ 期间的 ＣＯＳＭＯ-ＳｋｙＭｅｄ 数据进行处理，监测了该地区相应时间段的地表变化，并对塌陷的形成原因进行了分析。刘琦等（２０１９）利用 ＰＳ-ＩｎＳＡＲ 技术对覆盖佛山市 ２０１５－０６ ～２０１８－０９ 期间的 Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１ 数据进行处理，获得了研究区相应时间段内的地表形变结果，发现事故段地铁沿线有明显的形变信息，并猜测该路段地面沉降的重要原因是地铁施工。前人在对地面沉降和地面塌陷形成的原因进行分析时，均未结合当地地质资料、事故调查报告等重要资料。８ ６ １ １ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 ２０２１万方数据

　本文将整个禅城区作为研究区，搜集了 ２０１７－０３～２０１９－０１ 期间的５６ 景Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据，首先利用ＳＢＡＳ-ＩｎＳＡＲ（Ｓｍａｌｌ Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ｓｕｂｓｅｔ ＩｎＳＡＲ）技术获取了塌陷前、后期地表形变的时空演化规律。其次，为了验证形变监测结果的可靠性、进一步分析地面塌陷与地面沉降的关系，对塌陷坑附近区域进行了实地调研，并对塌陷坑附近的形变特征进行了详细分析，最后，结合搜集到的事发地地质资料、事故调查报告等，合理地推测了塌陷形成的机理。图 １ 研究区及 Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据覆盖范围示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ ａｎｄ Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ ｄａｔａ ｃｏｖｅｒａｇｅ ａｒｅａ１ 研究区概况１．１ 禅城区基本概况

　禅城区是广东省佛山市的 ５ 个行政辖区之一，也是其政治、经济、文化中心，与广州市、深圳市等城市相邻。（１）地理位置：禅城区位于东经 １１３°００"４１″～１１３°０５"４０″，北纬 ２２°３５"０１″～２３°０２"２４″，地处珠江三角洲的腹地，在广州市的西南部，佛山市的中部。南北向 长 约 １５ ｋｍ，东 西 向 宽 约 １９ ｋｍ，面 积 约 为１５４ ｋｍ ２ ，如图 １ 中蓝色框所示，红色五角星即为塌陷坑所在位置（见电子版彩色图片）。（２）地质概况：禅城区的地质属于第四系地层，主要为黏土和其他各种粒径的沙层，厚度约从 ５ ｍ至 ４０ ｍ 不等，具有自东向西递增的趋势，东平水道以西的地区第四系较厚，是禅城区第四系的主要沉积区（易守勇等，２０１７）。图 ２ 为禅城区第四系沉积物等厚线图。禅城区是地势平坦的冲积平原，大多区域海拔在 １．３ ｍ 和 ４．６ ｍ 之间。地貌类型单一，主要为堆积地貌，属于三角洲平原，大部分地表覆盖着厚约１５～２５ ｍ 的松散沉积物。禅城区的软土层天然孔隙比大且含水量高，具有高压缩性、低黏聚力和小固结系数的特点，所以在人类活动的影响下，地表很容易发生形变，由此会带来各种安全隐患。禅城区软土厚度等厚线图如图 ３ 所示，可看出软土厚度的空间分布与第四系沉积物（图 ２）基本呈正相关。１．２ 塌陷事故基本概况

　２０１８ 年 ２ 月 ７ 日，位于佛山市禅城区湖涌站至绿岛湖站的地铁 ２ 号线右线工地在盾构中突发透水，导致施工隧道和地面发生坍塌 （张爱军等，２０１８）。图 ４ 为塌陷现场照片，地面坍塌范围东西向约 ６５ ｍ，南北向约 ８１ ｍ，深度约 ６～８ ｍ，地面塌方面积约 ４１９２ ｍ ２ ，坍塌体方量接近 ２．５×１０ ４ ｍ ３ 。事故发生区间呈东西走向，正位于季华西路下面，采用盾构法施工。事故段隧道穿行区域大部分岩土松散，承载力低，自稳定差，总体上工程地质条件很差。事故段隧道底埋深越 ３０．５ ｍ，从上至下分别为人工填土、粉质黏土、淤泥质土、粉砂、粗砂、圆９ ６ １ １ ２９（４）

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　图 ２ 禅城区第四系沉积物等厚线图（改自易守勇等，２００７）Ｆｉｇ．２ Ｉｓｏｐａｃｈ ｍａｐ ｏｆ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｈａｎｃｈｅｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ图 ３ 禅城区软土分布等厚线图（改自易守勇等，２００７）Ｆｉｇ．３ Ｉｓｏｐａｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈａｎｃｈｅｎｇ ｄｉｓｔｒｉｃｔ砾。图 ５ 所示为截取的东西向穿过塌陷坑的地质剖面图。２ 实验数据和方法２．１ 数 据

　本次实验搜集了覆盖研究区 ２０１７ －０３ －１２ ～２０１９－０１－２５ 期间的 ５６ 景升轨 Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据，数据覆盖情况如图 １ 中绿色框所示，数据的具体参数如表 １ 所示。外部 ＤＥＭ采用的是 ９０ ｍ 分辨率的ＴａｎＤＥＭ－Ｘ ＤＥＭ。２．２ ＳＢＡＳ-ＩｎＳＡＲ 技术

　ＳＢＡＳ-ＩｎＳＡＲ 技术是由 Ｂｅｒａｒｄｉｎｏ 等人在 ２００２０ ７ １ １ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 ２０２１万方数据

　图 ４ 塌陷事故现场图（改自张爱军等，２０１８）Ｆｉｇ．４ Ｍａｐ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｓｉｔｅ图 ５ 地质剖面图（改自易守勇等，２００７）Ｆｉｇ．５ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｍａｐ表 １ Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据参数Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ影像获取时间 影像数量 极化方式 升／降轨２０１７-０３-１２～２０１９－０１－２５ ５６ 景 ＶＨ＋ＶＶ 升轨年提出的（Ｂｅｒａｒｄｉｎｏ ｅｔ ａｌ．，２００２），通过设置一定的时间、空间基线阈值，获取相对高质量的干涉对，基于解缠后的干涉图获取形变速率和形变时间序列结果。其基本原理为：设第 ｊ幅干涉图是 ｔ Ａ 和 ｔ Ｂ 时刻获取的两幅 ＳＡＲ 影像生成的，则距离向坐标为 ｒ、方位向坐标为 ｘ 的像元的差分相位可以表示为：δφｊ （ｘ，ｒ）＝φ（ｔＢ ，ｘ，ｒ）－φ（ｔＡ ，ｘ，ｒ）≈δφｄｉｓｐｊ（ｘ，ｒ）＋ δφｔｏｐｏｊ（ｘ，ｒ）＋ δφａｔｍｊ（ｔ Ｂ ，ｔ Ａ ，ｘ，ｒ）＋ δφｎｏｉｓｅｊ（ｘ，ｒ），∀ｊ＝１，…Ｍ （１）式中：δφｄｉｓｐｊ（ｘ，ｒ）为视线向形变相位；δφｔｏｐｏｊ（ｘ，ｒ）为残余地形相位；δφａｔｍｊ（ｔ Ｂ ，ｔ Ａ ，ｘ，ｒ）为大气延迟相位；δφｎｏｉｓｅｊ（ｘ，ｒ）为噪声相位；Ｍ为干涉图的总个数，设ＳＡＲ 影像数为 Ｎ＋１，则 Ｎ＋１２≤Ｍ≤ Ｎ（Ｎ＋１）２。当不考虑大气延迟、残余地形和噪声影响的理想情况下：

　δφｊ （ｘ，ｒ）≈δφｄｉｓｐｊ（ｘ，ｒ）＝４πλｄ（ｔ Ｂ ，ｘ，ｒ）－ｄ（ｔ Ａ ，ｘ，ｒ）

　[ ] ，

　 ∀ｊ＝１，…Ｍ （２）式中：λ为雷达波长；ｄ（ｔ Ｂ ，ｘ，ｒ）和 ｄ（ｔ Ａ ，ｘ，ｒ）分别为 ｔ Ｂ 和 ｔ Ａ 时刻视线向的累积形变量，式（２）所示线性方程组的矩阵表达式为：Ａφ ＝ δφ（３）式中：Ａ 为 Ｍ×Ｎ 的矩阵，行向量为干涉组合，列向量为 ＳＡＲ 影像。当小基线子集个数 Ｌ＝１ 时，Ａ 为列１ ７ １ １ ２９（４）

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　满秩矩阵，可以通过最小二乘估计累积形变量：φ＾ ＝（Ａ Ｔ Ａ）－１Ａ Ｔ δφ （４）当小基线子集个数 Ｌ＞１ 时，方程（４）是秩亏的，秩亏数为 Ｎ－Ｌ＋１，可以对 Ａ 进行奇异值分解，求出累积形变量 φ的最小范数意义下最小二乘解。图 ６ 时空基线分布图Ｆｉｇ．６ Ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ２．３ 数据处理关键步骤

　（１）Ｓｅｎｔｉｎｅｌ-１Ａ 数据预处理：首先分别读取 ５６景数据每个子条带的 ＳＬＣ 数据和创建参数文件，并根据强度图目视判断提取各影像覆盖研究区的公共ｂｕｒｓｔ，然后利用精度在 ５ ｃｍ 以内的 ＡＵＸ＿ＰＯＥＯＲＢ精密轨道文件对轨道文件进行更新，以提高卫星位置的精度，从而减小干涉图的基线误差。最后利用外部 ＤＥＭ辅助影像配准，使配准的精度达到像元大小的千分之一，再对配准的数据进行去斜处理。（２）生成干涉对并差分处理：首先，为了避免严重的失相干现象，我们设定垂直基线阈值为 ２００ ｍ，时间基线阈值为 １００ ｄ，通过自由组合生成 ３９６ 个基于不同主影像的干涉对。然后，将组合得到的干涉对进行干涉处理，并利用采集到的 ＴａｎＤＥＭ－Ｘ ＤＥＭ和 ＳＡＲ 轨道数据，模拟地形相位和平地相位，并将其从原始干涉相位中予以去除。之后考虑到塌陷坑的面积较小，我们对干涉噪声进行小窗口（大小为１６）、小步长（大小为 ２）的自适应谱滤波处理，在此基础上，我们使用最小费用流（ＭＣＦ）方法得到了解缠后的相位。并从中挑选出了 ９４ 个高质量的解缠图，时间基线与垂直基线的关系如图 ６ 所示。（３）求取年平均形变速率和形变时间序列：由于在数据处理中，小基线子集个数 Ｌ＝１，系数矩阵 Ａ为列满秩矩阵，利用最小二乘法进行求解，获得研究区在监测期间的年平均形变速率和形变时间序列。３ 实验结果

　从年平均形变速率图（图 ７）可以看出：在监测期间，塌陷坑临近区域有明显的形变，而远离塌陷坑的地铁沿线地带大多比较稳定。由于塌陷形成主要受临近区域的影响，由此将塌陷坑临近区单独提取做进一步分析，如图 ７ 中紫色框所示。图 ８ 所示为上图中紫色框放大图。由于该区域存在大面积植被覆盖区以及建筑工地，导致影像失相干现象较为严重，使得测量结果缺少大量的测量点。不过可以猜测，大部分沉降区域应为连续的，而且最大沉降量估计比监测到的大很多。在塌陷坑近邻区域选择一个点 Ｐ 做形变时间序列分析，结果如图 ９ 所示。由图 ９ 可以看出，Ｐ 点在监测期间内存在持续地面沉降，形变基本呈线性变化，形变速率大约３０ ｍｍ·ａ－１，从 ２０１８－０９ 之后沉降有变缓趋势，塌陷前 １ ａ 时间内累积形变量达到了 ３５ ｍｍ 以上，监测２ ７ １ １ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 ２０２１万方数据

　图 ７ 年平均形变速率图Ｆｉｇ．７ Ａｎｎｕａｌ ｌａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｒａｔｅ ｍａｐ图 ８ 塌陷坑附近区域年平均速率图Ｆｉｇ．８ Ａｎｎｕａｌ ｌａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｒａｔｅ ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｅａ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｐｉｔ的 ２ ａ 期间累计沉降量达到了 ６０ ｍｍ 以上。而且可以看出，在塌陷前一段时间（２０１７－１２－２５ ～２０１８－０１－３０），形变速率突然增加，而临近塌陷前几天和塌陷过后几天，形变趋于稳定，再往后形变速率又突然增加。为进一步分析地面沉降与地面塌陷之间的关系，在塌陷前期（２０１７－０３－１２～２０１８－０１－３０）累计形变图上选取东西向穿过塌陷坑的一条剖线 ＡＢ（如图 ８）做形变分析（图 １０）。由图可见，塌陷坑及其近邻区域存在不均匀的地面沉降，在不到一年的监测时间内，沉降量最大达到近 ４０ ｍｍ，塌陷坑处沉降量最大达到近 ３７ ｍｍ。４ 地面沉降原因及塌陷机理分析

　通过对塌陷坑及其附近区域进行实地考察，发３ ７ １ １ ２９（４）

　张 严等：佛山地铁塌陷 ＩｎＳＡＲ 时序监测及机理分析

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　图 ９ Ｐ 点形变时间序列图Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｔｉｍｅ-ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｏｉｎｔ Ｐ图 １０ 剖线 ＡＢ 沿线的沉降量Ｆｉｇ．１０ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｌｏｎｇ ｌｉｎｅ ＡＢ现沉降区存在地面裂缝、建筑物破坏等现象（图１１），而非形变区未发现明显地表形变现象，从而证明了监测结果的可靠性。塌陷坑北方大面积区域被植被覆盖且存在建筑施工，从而导致了该区域影像失相干现象较为严重。４．１ 地面沉降原因分析

　通过调研得知，该地的生活用水和工业用水均来自北江和南江的河水，因此并不存在抽取地下水的情况。通过将年平均形变速率图（图 ７）和禅城区第四系沉积等厚线图（图 ２）对比可见，沉降较严重的区域与第四系沉积厚度较大的区域基本一致，但第四系中最容易发生沉降的是软土层，软土的厚度分布与第四系不完全一致，而且沉降会受多种因素的影响，所以具体沉降情况还要结合软土厚度分布（图 ３）情况综合分析。此外，从 Ｐ 点的形变时间序列图可见，在塌陷发生前的一段时间（２０１７ －１２ －２５～２０１８－０１－３０），形变速率突然增加，猜测可能是４ ７ １ １ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 ２０２１万方数据

　图 １１ 野外实地调查照片Ｆｉｇ．１１ Ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ ｐｈｏｔｏｓ地铁施工扰动导致的。而临近塌陷前几天和塌陷过后几天，形变趋于稳定，考虑到可能是水管泄露导致软土层饱和的原因。２０１８－０９ 之后沉降变缓，应该是软土层通过多年固结压缩，逐步趋于稳定。总结来说，地面发生不均匀沉降，主要原因是软土厚度的分布不均匀，其次地铁施工扰动也加速了地面沉降。图 １２ 塌陷机理分析示意图（改自易守勇等，２００７）Ｆｉｇ．１２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ４．２ 塌陷机理分析

　图 １２ 所示为塌陷机理分析示意图，事故发生时，盾构机处于工程地质较差的地带，机身中下部处于中砂和粉砂交界位置，隧洞顶是易压缩的淤泥质土层、隧洞底是软弱的粉砂层。隧道沿线地表下５ ｍ 左右设有供水管道，管道直径约 １ ｍ。图中 Ａ、Ｂ的位置对应图 ８ 中的剖线 ＡＢ。事故调查报告指出，佛山隧道塌方的原因为突发透水造成隧道结构破坏（张爱军等，２０１８）。通过查阅文献和现场调查，我们认为事故起因于地面沉降导致供水管道损坏。主要原因如下：首先，大量的研究表明，地面沉降会对地下管道产生破坏（张维然等，２００２；赵常洲等，２００６；贾三满等，２００７；毛小平等，２０１６），禅城区供水管道等基础设施普遍存在老化现象，很容易受到地面沉降的影响；其次，早在 ２０１８ 年 １ 月 １５ 日，ＣＢ１１３ 附近发生过一次小型塌陷事故（ＣＢ１１３ 地理位置如图 ８ 所示），该小型塌陷现场示意图如图 １３ 所示，由于没有造成严重后果而没得到重视，但塌陷原因被鉴定为供水管道破裂。从图 １２ 可以看出，此次塌陷事故所在区域地质环境更为复杂，盾构机顶的淤泥质土属于软土的一种，压缩性高、强度低（秦川等，２０１９），特别是机身中下部砂层的存在，大大增加了出现水管泄漏的情况下发生塌陷事故的风险，也是这里发生大型塌５ ７ １ １ ２９（４）

　张 严等：佛山地铁塌陷 ＩｎＳＡＲ 时序监测及机理分析

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　图 １３ 小型塌陷事故现场图Ｆｉｇ．１３ Ｍａｐ ｏｆ ｍｉｎｏｒ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｓｉｔｅ陷事故的重要原因。根据已有资料和 ＩｎＳＡＲ 监测结果，我们合理地推测了此次塌陷事故形成的机理：由于供水管道下方的淤泥质土存在不均匀沉降，从而供水...

篇三：insar监测电力塔

2017年04月 第2期    岩土工程 · 勘测 利用InSAR技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变利用 InSAR 技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变康 鑫，朱 ，耿留勇( 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南 长沙 410007)摘要：针对传统输电铁塔形变监测和风险评估存在的局限，本文提出利用合成孔径雷达干涉测量 (Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR) 技术监测采矿区地表输电铁塔的时序形变。首先，将覆盖输电铁塔时间相邻的 SAR 影像生成差分干涉图，然后，剔除 InSAR 监测形变中大气相位、轨道误差、高程残差等因素的影响，最后，通过累加各时间段内的形变获取输电铁塔的时序形变。以山西某矿区地表两座输电铁塔为例，利用本文方法监测了其时序变形，结果表明，两座铁塔在 2007 年 7 月至 2009 年 2 月期间一直处于下沉状态，其最大累计形变分别达到了 0.23 m 和 0.11 m。为了保证输电线路的安全运行，需对其进行防护和控制处理。关键词 ：InSAR ；采矿区 ；时序形变 ；误差相位剔除 ；输电铁塔。中图分类号 ：P2 文献标志码 ：B 文章编号 ：1671-9913(2017)02-0011-04Application of InSAR Technique to Monitor Time-series Displacements of Transmission Towers Located in Mining AreaKANG Xin,

　ZHU Jun,

　GENG Liu-yong(China Energy Engineering Group Hunan Electric Power Design Institue Co., Ltd, Changsha

　410007, China)Abstract:This paper proposed a method for measuring time-series deformation of transmission towers located in mining area on the basis of Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)technique, in order to reduce the limitations of traditional approaches for monitoring and assessing transmission tower. More specifically, we firstly generated differential interferograms with time-adjacent SAR images and then removed the error phases besides ground deformation with some strategies. Then, the time-series deformation of transmission towers was obtained by summing the corrected phases. Taking two transmission towers located on a mining area of Shanxi province, China as an example, and monitoring their time-series deformation utilizing the proposed method. The results indicate that the two towers have subsiding during July 2007 to February 2009 and the maximum subsidence is 0.231 m and 0.11 m, respectively. A few protection and control measures should be imposed to ensure the safety of transmission lines.Keywords:InSAR; mining area; time-series deformation; error phase elimination; transmission tower.* 收稿日期：2015-05-13

　 作者简介：康鑫(1970- )，男，湖南平江人，教授级高级工程师，长期从事勘测工作。1 概述维护输电线路的安全运行是国民经济稳定发展的重要保障。输电铁塔作为输电线路的重要组成部分，监测其变形并以此提前评估和控制潜在的风险对确保输电线路正常运行起至关重要的作用。由于受到各种条件限制，部分输电线路不可避免地经过地下采矿区，如我国的晋东南—南阳—荆门 1 000 kV 特高压输电线路仅在山西境内就有 90 km 长的线路经过采煤区。然而，地下开采如果不回填就形成了采空区，DOI:10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2017.02.003

　12 2017年04月 第2期采空区容易导致地表发生剧烈且迅速的塌陷和变形，严重威胁位于采空区地表的输电铁塔的安全。因此，做好采矿区地表输电铁塔的变形监测是维护输电线路稳定运行的重要保障措施。对于采矿区地表输电铁塔的变形监测，传统的方法主要利用数值模拟方法，如 FLAC 3D 、ANSYS 等，预计输电铁塔的潜在变形并以此评估可能的破坏风险。然而，数值模拟法是基于一定假设建立起的理论模型，其与实际情况存在差异，因此可能导致输电铁塔风险的低估或高估，从而威胁输电线路安全或造成不必要的资源浪费。另外，其评估精度远低于利用实地测量。然而，若利用传统测量手段 ( 如 GPS、全站仪、水准仪等 ) 监测坐落于矿区地表的铁塔则会费时费力，且效率较低。合 成 孔 径 雷 达 干 涉 测 量 (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) 技术作为一种全新的遥感技术，在采矿区形变监测中成功应用 . 相对于传统方法，InSAR 技术具有如下优势：(1) 该技术为全天候、全天时观测、无接触式测量，克服了传统测量受天气影响较大等局限 ；(2) 覆盖范围较大 ( 如标准 ALOS PALSAR 影像大约覆盖 70 km×70 km)，该技术能一次监测几十甚至上百座输电铁塔的变形，监测效率高 ；(3)InSAR 能够提供变形区域的“面状”形变数据，而不是传统测量手段监测的少量离散点。鉴于以上传统测量手段无法比拟的优势，本文提出利用InSAR技术监测采矿区输电铁塔的时序变形。2 采矿区输电铁塔InSAR时序形变监测方法2.1

　D-InSAR技术的基本原理差分合成孔径雷达干涉技术 (Differential InSAR，D-InSAR) 是目前较为成熟的 InSAR 技术之一。该技术通过处理两景 SAR 影像的相位获取该时间段内地表变形信息。根据文献，差分干涉图中的相位 δφ 可由以下公式描述 ：

　 (1)式中 ：λ 为雷达波长 ；Δd 为影像获取时间内地表形变 ；δφ ΔH 为数字高程模型的高程残差相位 ；δφ atm 为大气延迟相位 ；δφ orbit 为轨道残差相位 ；δφ noise 为噪声相位。从式 (1) 中可以看出，差分干涉图中不仅含有地表变形，还有如大气延迟、轨道残差、高程残差等相位影响。因此，若想获取采矿区地表输电铁塔的变形，需削弱非形变相位对差分干涉相位贡献的影响。2.2 采矿区输电铁塔InSAR时序形变监测由于 D-InSAR 技术仅能获取两景影像获取时间内的差分形变，而不是时序形变。因此，本文通过累加时间相邻的两景 SAR 影像获取的差分形变监测采矿区输电铁塔的时序形变，其具体步骤如下 ：(1) 利用时间相邻的两景 SAR 影像获取该时间段内的输电铁塔的差分干涉相位 ；(2) 对于每对差分干涉相位利用多项式拟合削弱轨道误差和大气相位延迟相位、基于高程残差只与垂直基线有关的特点剔除高程残差相位并利用 InSAR 滤波技术去除噪声相位，从而得到该时间段内输电铁塔的变形 ；(3) 累加输电铁塔处的各时间段的形变，从而获得了整个 SAR 影像时间段内的采矿区输电铁塔时序形变。3 实验与结果3.1 实验区域与SAR数据本文选取山西省某煤矿 ( 图 1 红色矩形 )开采区地表两座输电铁塔 ( 见图 3 T-#1 和T-#2) 为研究对象。从图 1 中可以看出，该地区主要以山地和丘陵为主，地形复杂，其高程从 980 m 到 2106 m。图1 研究区域数字高程模型 岩土工程 · 勘测 利用InSAR技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变

　13 2017年04月 第2期   为了监测该区域地下开采对地表输电铁塔造成的变形，本文选取了覆盖该研究范围的 12景 ALOS PALSAR 影像按照时间相邻原则组成11 对 InSAR 干涉对，其结果见表 1。表1 PALSAR影像数据参数序号 主影像 从影像 时间基线/d 垂直基线/m1 2007-07-01 2007-08-16 46 872 2007-08-16 2007-10-01 46 3803 2007-10-01 2008-01-01 92 1704 2008-01-01 2008-02-16 46 5785 2008-02-16 2008-04-02 46 2806 2008-04-02 2008-05-18 46 1437 2008-05-18 2008-07-03 46 -20228 2008-07-03 2008-08-18 46 -27509 2008-08-18 2008-10-03 46 98010 2008-10-03 2009-01-03 92 48011 2009-01-03 2009-02-18 46 501 岩土工程 · 勘测 利用InSAR技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变3.2 采煤区InSAR时序形变获取首先，基于“二轨法”和 SRTM DEM( 图1) 将表 1 中的干涉对生成差分干涉图，并使用最小费用流法解缠相位。之后，采用 2.2 中描述的大气相位延迟、轨道误差、高程残差及噪声相位的削弱方法校正解缠相位并将校正后的相位转换为雷达视线向 (Line of Sight, LOS) 形变，其结果见图 2。由于直接利用 InSAR 监测的采煤区形变为LOS 方向，其为地表真实三维形变的合成。鉴于采煤区主要以下沉为主，因此，本文将忽略LOS 方向水平移动贡献而将 LOS 向形变直接转换为下沉，即 ：

　 (2)式中 ：W 为下沉值 ；LOS 为雷达视线向形变 ；θ为雷达入射角 ( 本文取 θ=38°)。图2 研究采煤区LOS向形变图

　图3 输电铁塔时序形变3.3 输电铁塔的InSAR时序形变为了清晰地呈现两座输电铁塔的变形情况，绘制了铁塔处的时序形变，其结果见图 3。注：以2007年7月1日为基准 (b)输电铁塔#2 (a)输电铁塔#1

　14 2017年04月 第2期从图 3 中看以看出，在 2007 年 7 月 1 日至2009 年 2 月 18 日期间，输电铁塔 #1 和 #2 一直处于下沉过程，在该时间段内，两座铁塔的最大累计形变分别为 0.23 和 0.11 m。该结果表明为了保证输电线路的安全运行，需对两座铁塔进行一定的防护和控制处理。4 结论本文提出利用 InSAR 技术监测采矿区地表输电铁塔的时序变形，大大克服了传统监测方法存在的局限，提高了监测效率。最后，选用山西某矿区采空区上 2 座输电铁塔为研究对象，利用 12 景 PALSAR 数据监测了其在该时间段内的时序形变。通过实验发现，在2007 年 7 月 1 日至 2009 年 2 月 18 日，两座铁塔一直处于下沉状态，其最大累计沉降值分别达到了 0.23 m 和 0.11 m。为了保证输电线路的安全运行，需对其进行防护和控制处理。参考文献 ：[1] 张勇，高文龙，赵云云．煤层开采与 1000 kV 特 岩土工程 · 勘测 利用InSAR技术监测采矿区地表输电铁塔时序形变高压输电杆塔地基稳定性影响研究 [J]．岩土力学，2009，30(4)．[2] 郑彬．采动影响下高压输电线路铁塔的安全性研究[D]．河南 ：河南理工大学，2009．[3] 袁广林，杨庚宇，张云飞．地表变形对输电铁塔内力和变形的影响规律 [J]．煤炭学报，2009，34(8)．[4] Sergey Samsonov，Nicolas d’Oreye，Benoît Smets．Ground deformation associated with post-mining activity at the French–German border revealed by novel InSAR time series method[J]．International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，2013，(23)．[5] Saygin Abdikan · Mahmut Arıkan ·Fusun Balik Sanli · Ziyadin Cakir．Monitoring of coal mining subsidence in peri-urban area of Zonguldak city (NW Turkey)with persistent scatterer interferometry using ALOS-PALSAR[J]．Environ Earth Sci ，2014，(71)．[6] Li Zhiwei，Yang Zefa，Zhu Jianjun，Hu Jun，Wang Yunjia，Li Peixian，Chen Guoliang．Retrieving three-dimensional displacement fi elds of mining areas from a single InSAR pair[J]．Journal of Geodesy，2015，(89)．[7] Hanssen Ramon，Radar interferometry: data interpretation and error analysis [D]．New York: Kluwer Academic Publishers，2001．(上接第10页)6 结语工程坐标系统设计应首先满足工程测量规范及施工放样要求，以保证工程质量安全。本文通过对 UTM 投影长度变形的分析以及对厂站工程坐标系统的理解，探讨了一种国外基于 UTM 投影坐标系统下电厂及变电站工程坐标系统设计方法。另外，根据作者国外工程经验，国外许多国家和地区，尤其是欠发达地区，测量基础设施差，控制点比较少，已知点的精度也不高，限于条件，工程测量控制点坐标不可能做到精度很高，其实，也没必要做得精度很高，满足工程设计及施工要求就好。

　参考文献 ：[1]

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　孔祥元，梅是义．控制测量学 ( 下册 )[M]．武汉大学出版社，2002．[3]

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　叶达忠，谢家业．国际工程测量的 UTM 投影变形及抵偿分析 [J]．广西师范学院学报 ( 自然科学版 )，2009，(3)．[5] 袁小勇，陈功 . 国际工程中 UTM 投影变形的应对策略—以苏丹某电厂为例 [J]．工程勘察，2010 ，(5)．[6]

　王俊，等．毛里塔尼亚努瓦克肖特新国际机场控制测量 [J]．勘察科学技术，2008，(3)．

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