付翔宇，楊麗坤，李富榮，劉云利

(1. 中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098； 2. 鄭州工業(yè)貿易學校，河南 鄭州 450007)

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基坑水平位移監(jiān)測新方法的探討與應用
——固定方位角—視準線法

付翔宇1，楊麗坤2，李富榮1，劉云利1

(1. 中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098； 2. 鄭州工業(yè)貿易學校，河南 鄭州 450007)

Discussion and Application of a New Method to Monitor Horizontal Displacement of Foundation Pit——Fixed Azimuth-Collimation Line Method

FU Xiangyu，YANG Likun，LI Furong，LIU Yunli

摘要：本文在介紹常規(guī)監(jiān)測方法的基礎上，針對其存在的不足，提出一種新的水平位移監(jiān)測方法，即固定方位角-視準線法，較為合理地解決了工作基站(測站)穩(wěn)定性得不到保證的難題，且成功應用于實際工程項目中，并起到了良好的效果。

關鍵詞：基坑；水平位移；監(jiān)測；新方法；固定方位角-視準線法

隨著城市建設的高速發(fā)展，高層建筑不斷涌現，城市地下空間的利用需求也急劇增加，地下基坑的開挖面積和深度也向大而深的方向發(fā)展，并且不規(guī)則基坑的形狀也越來越多?；娱_挖會引起周邊土體應力場的變化，不僅對基坑自身圍護結構會有很大影響，而且影響周邊建筑物的安全[1]。為保證周邊建筑物及基坑施工安全，根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》及《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》，基坑水平位移監(jiān)測已作為各級基坑施工的必要監(jiān)測項目?；铀轿灰票O(jiān)測的方法較多，選擇既適應作業(yè)場地條件又能滿足監(jiān)測精度的方法，高效提供監(jiān)測信息，是監(jiān)測人員應關注并考慮研究的問題。

一、傳統(tǒng)監(jiān)測方法

基坑水平位移監(jiān)測的方法主要有：視準線法、小角法、極坐標法、方向線偏移法、邊角交會法、精密導線法、單站改正法和自由設站法等[2]。以上方法在使用上各有其優(yōu)點，但結合不同的現場監(jiān)測條件均存在一定的不足，如視準線法，方法簡便、實用、效率高、投資較少等，但需要在現場通過設置測站點、方向點和檢核點建立視準線，各種點的設置受基坑周邊環(huán)境影響較大。小角法簡單易行，便于實地操作，精度較高，但對監(jiān)測環(huán)境條件較高，工作基點的改正不方便，基準點的設置不好選擇。極坐標法設站靈活，簡單快速，但監(jiān)測精度經常會受到限制。根據對各種監(jiān)測方法的分析比較，視準線法和小角法以簡單、直觀、效率高的特點在工程監(jiān)測中得到廣泛應用，但對于深基坑而言，往往沒有足夠的空間布設工作基準線及穩(wěn)定的基準點。因而，采用這些方法監(jiān)測水平位移時，均將工作基點設置在基坑變形區(qū)域內，而在影響區(qū)域外設置基準點，定期采用導線法或其他測量方法檢測工作基點的穩(wěn)定性，該方法工作量較大[3-5]。

二、固定方位角-視準線法

針對以上監(jiān)測方法存在的使用上的不足，本文提出一種新的基坑水平位移監(jiān)測方法，即固定方位角-視準線法。固定方位角-視準線，即在基坑監(jiān)測平面坐標系統(tǒng)中，一條通過測站點基本平行基坑邊線且賦予了方位角數值的視準線。該方法是從傳統(tǒng)的視準線方法的基礎上演變而來，主要是采取復合基準的方法將場外基準(設置在變形區(qū)外的基準點)點與工作基點(測站點)有機地連接在一起，每次監(jiān)測時測站都與場外基準點進行聯(lián)測，并以場外基準點為起算點對測站位置數據進行動態(tài)檢測，給測站的位置數據變化設置一個閾值，進行實時監(jiān)控。每次監(jiān)測完成后，及時對測站的位置數據變化進行判斷，即以場外基準點為起算點，以檢測距離和角度為觀測值，歸算測站點的坐標，當坐標變化量超過閾值時，以測站點坐標的改變量作為視準線的偏移量，更新測站點到場外基準點的方位角數值，即觀測起始方向的方位角。通過測站位置和觀測起始方向的歸算，實現對監(jiān)測成果的實時修正。

固定方位角—視準線法的作業(yè)原理如圖1所示。

圖1　固定方位角-視準線法監(jiān)測示意圖

如圖1所示，點A為初始工作基點(測站點)，點A′為位移后的工作基點(測站點)，點P為監(jiān)測點初始位置，點P′為變形位移后的監(jiān)測點，AM為與基坑邊平行的初始固定方位角-視準線，A′M′為工作基點位移后的固定方位角-視準線，在監(jiān)測周期內，測站點位始終固定在一個位置，A′M′始終平行AM且數值不變；L0為監(jiān)測點P偏離初始固定方位角-視準線AM的初始值，L1為位移后的監(jiān)測點P′至初始固定方位角-視準線AM的偏離值，L2為位移后的監(jiān)測點P′至位移后固定方位角-視準線A′M′的偏離值，視準線的修正值Δ為位移后固定方位角-視準線A′M′距初始固定方位角-視準線AM的變化量。

令測站點到監(jiān)測點的方位角為αAP，固定方位角為αAM,測站點到監(jiān)測點的距離為DAP,測站點A后視方向點O觀測監(jiān)測點P的角度值為β，則監(jiān)測點P至固定方位角-視準線的偏離值L為

L=DAPsinΔα

(1)

式中，Δα=αAP-αAM；αAP=αAO+β；αAM可根據基坑設計文件獲取。

每次監(jiān)測結束后，根據對測站動態(tài)檢測的結果，判斷是否對測站位置數據進行修正。

若經過檢查判定，工作基點(測站點)A位置數據變化量未超過閾值，則監(jiān)測點P本次偏離初始固定方位角-視準線的值按式(1)計算，相鄰單次變化量為dij=Lj-Li,累計變形值為δ=Lj-L0，式中的下標代表監(jiān)測期次。

若經過檢查判定，工作基點(測站點)A的位置數據變化量超過了設定的閾值時，則以測站點坐標變化量作為視準線的修正值Δ，以更新后的測站至場外基準點的方位角、本次觀測監(jiān)測點的角值和距離，按式(1)計算監(jiān)測點到移動后的固定方位角-視準線的值。然后，根據監(jiān)測點與固定方位角-視準線的位置關系，將計算值與修正值取代數和，歸算監(jiān)測點P本次偏離初始固定方位角-視準線的值。相鄰單次變化量為dij=Lj-Li,累計變形值為δ=Lj-L0。

上述計算可以在設計好的表格中完成。

中國高技術制造業(yè)增加值影響因素的面板數據模型分析 ……………………………………… 劉 碩 胡澤文 智 晨（4/17）

與常規(guī)視準線監(jiān)測方法相比，固定方位角-視準線法的最大改進是無需在作業(yè)現場實際建立一條沿基坑邊平行的視準線，即只設置測站點和任意方向的固定后視點，這給實際應用帶來了極大的便利。

三、工程應用

以北京市某深基坑為例，該基坑總用地面積約42 000 m2，東西長約208 m，南北寬約115 m，開挖深度約28 m，呈半品字形(如圖2所示)?；有螤畋容^規(guī)則，三面臨街，用圍擋隔開，一面與在施項目銜接。場地內基坑邊線到圍擋的間距有限，可供監(jiān)測作業(yè)的空間狹窄。常規(guī)的監(jiān)測方法不易實施，如采用視準線法，則很難在作業(yè)現場選擇方向點和檢核點。在充分了解和分析了場地條件后，選擇采用固定方位角-視準線法進行基坑樁頂水平位移監(jiān)測。實施中，設計了如圖2所示的監(jiān)測網絡，其中K1為工作基點(測站點)，采用強制對中觀測架，處于基坑變形區(qū)域內，其余點為場外基準點，設置于變形區(qū)以外穩(wěn)定的建筑物上。

圖2　基坑監(jiān)測基準點布置示意圖

根據基坑設計文件，本項目的基坑安全等級為一級。根據監(jiān)測規(guī)范以及基坑設計文件給出的基坑圍護樁水平位移的預警值，確定以基坑水平位移變形量的精度2 mm為估計目標設計監(jiān)測方案。

在現場安置工作基點(測站點)和監(jiān)測點時，設計Δα不大于5°。本項目配置的監(jiān)測設備是1″級徠卡全站儀，測距標稱精度為1 mm+1×10-6D。固定方位角由基坑設計文件中獲取。設計測站位置變化量的閾值為不大于變形值的精度，即2 mm。測站至監(jiān)測點的距離不超過100 m。根據上述監(jiān)測方案的輸入條件，進行基坑樁頂水平位移監(jiān)測方案的設計。

首先根據輸入條件設計匹配測角精度和測距精度。

對式(1)微分得

轉為中誤差式得

顧及Δα=αAP-αAM；αAP=αAB+β；且αAM、αAB為固定值,則上式演變?yōu)?/p>

(2)

設式(2)中第一項為測距誤差影響，第二項為測角誤差影響。令測距誤差影響值為偏離值測定精度的1/6，則測角誤差影響為

也就是說，測角誤差影響占偏離值測定精度的98.6%，是偏離值測定精度的主項，而測距誤差的影響是可以忽略不計的。

使用配置的監(jiān)測儀器是容易達到的。

本工程選用標稱一測回方向中誤差為1″的全站儀進行監(jiān)測。考慮到監(jiān)測過程有觀測誤差、儀器誤差、外界環(huán)境影響等因素，并且工作基點采用強制對中觀測架，位移監(jiān)測點采用固定觀測標志，根據統(tǒng)計數據及現場觀測人員熟練程度，估計觀測一測回角度的精度m儀為3″。

根據m儀及mβ，按規(guī)范要求可估計出應觀測角度2測回，首期監(jiān)測時應連續(xù)進行兩次獨立觀測，共觀測角度4測回，作為監(jiān)測對象的初始觀測值，以后各期監(jiān)測觀測2測回。

考慮測邊方向與基坑水平位移方向近似正交的關系，在角度不變的前提下，當距離變化量不超過5 mm時，對L的影響為亞毫米級，不足mL的1/10。因此距離D可一次測定，當其變化量超過5 mm時，使用新值重新計算L。

由于工作基點K1處在基坑變形區(qū)域內，受基坑開挖影響，K1點的位置不斷變化，當K1點在垂直于基坑任一邊的方向(與修正前相比)大于2 mm時，及時對K1點的坐標通過周邊穩(wěn)定的基準點進行修正，同時對后視方位角進行改正，并通過固定方位角-視準線法對監(jiān)測點的變形值進行更新。在監(jiān)測期間，K1點在垂直于固定方位角-視準線的方向上累計變化量達到12 mm(與初始位置相比)，對其進行了6次修正，及時、準確地反映了監(jiān)測點的實際變化量。

由于監(jiān)測方法得當，內外業(yè)的監(jiān)測工作效率都比較高，根據項目的實際情況設計的監(jiān)測方案在工程中得以順利實施，及時向委托方提供了監(jiān)測數據，達到了預期的監(jiān)測目的。

四、結束語

工作基點的設置應便于對基坑水平變形監(jiān)測點的監(jiān)測，根據現場情況，一般工作基點設置在基坑周邊陰角處，但隨著基坑的開挖及現場周邊施工的影響，工作基點位移在所難免，而工作基點位移勢必影響監(jiān)測數據的準確性。在整個監(jiān)測期間，需要隨時對工作基點的穩(wěn)定性進行檢查。本文提出采用固定方位角-視準線法進行水平位移監(jiān)測，其中對工作基點(測站)穩(wěn)定性的檢查是將工作基點(測站)統(tǒng)一至場外基準網中，在每次水平位移監(jiān)測前，觀測工作基點(測站)至基坑影響區(qū)域場外基準點的角度、距離，在工作基點(測站)發(fā)生位移時可實時對工作基點(測站)進行有效修正，監(jiān)測成果都是相對于場外基準的，較為合理地解決了工作基站(測站)穩(wěn)定性得不到保證的難題。

實踐結果表明，當基坑周邊測量作業(yè)場地狹窄，建立視準線困難時(無法設置另一端方向點及檢核點)，可采用固定方位角-視準線法。采用這種方法既客觀真實地反映了基坑樁頂水平位移的變化情況，也提高了監(jiān)測的工作效率。

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中圖分類號：P258

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)02-0113-03

作者簡介：付翔宇(1984—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為變形監(jiān)測。E-mail: fuxiangyu.2002@163.com

收稿日期：2015-09-07

引文格式： 付翔宇，楊麗坤，李富榮,等. 基坑水平位移監(jiān)測新方法的探討與應用——固定方位角-視準線法[J].測繪通報，2016(2)：113-115.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0064.