劉　駿

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300142)

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地鐵車站周邊建筑物傾斜監(jiān)測新方法應用研究

劉駿

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300142)

地鐵車站施工過程中，需要對周邊建筑物進行高頻次、高精度的重復監(jiān)測。常規(guī)監(jiān)測方法對通視條件、擺站位置等要求較高。提出一種基于免棱鏡全站儀的建筑物傾斜監(jiān)測新方法，該方法僅需一人，一臺儀器，可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由設(shè)站，構(gòu)建獨立坐標系，數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過坐標變換與處理即可得到建筑物傾斜數(shù)據(jù)，具有良好的適用性和通用性。

工程測量建筑物傾斜監(jiān)測

大規(guī)模的地下工程施工往往會對施工影響范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物造成一定的不均勻沉降，危及建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全。因此，對施工影響范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物傾斜進行及時、準確的監(jiān)測就成為了一項十分重要的工作。常規(guī)的傾斜監(jiān)測方法有投點法、水平角法、前方交會法、差異沉降法等。前三種方法往往對測站位置、通視條件、人員數(shù)量等要求較高，不利于高頻次的重復觀測，在觀測方向選取時也具有一定的隨意性，往往會對結(jié)果的精度造成一定影響。而利用差異沉降反求建筑整體傾斜往往只能得到監(jiān)測時段內(nèi)的傾斜值，很難得到絕對傾斜值，具有一定的局限性。基于免棱鏡全站儀，提出一種更快捷高效的傾斜監(jiān)測方法，可以更好地滿足地下軌道交通工程對周邊建構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測的要求。

1　傾斜監(jiān)測新方法

提出基于免棱鏡全站儀的傾斜監(jiān)測新方法，其方法步驟如下。

(1)建立坐標參照系

如圖1所示，沿建構(gòu)筑物長度方向設(shè)置定向點，作為建構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測的后視點和坐標系變換的公共點(見圖1所示P1、P2兩點)。定向點的形式可以采用貼反射片的形式，在滿足通視的情況下應盡量靠近建構(gòu)筑物底部，數(shù)量應不少于2個(坐標系旋轉(zhuǎn)需要)，高程應盡量接近，間距盡量遠一些。反射片與墻面貼合要緊密、牢固，防止脫落。

圖1　建構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測點設(shè)置示意

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，選擇任意合適的觀測位置架設(shè)免棱鏡全站儀，瞄準P1反射片，置零，讀數(shù)，完成后視定向；再觀測P2反射片，完成坐標參照系的構(gòu)建。

(2)傾斜監(jiān)測點組數(shù)據(jù)采集

傾斜監(jiān)測點組一般選擇在建構(gòu)筑物的立柱角點或者其它明顯的界限處，上下成組布設(shè)(如圖1中A1～A8)，以求得建構(gòu)筑物的傾斜數(shù)據(jù)。免棱鏡全站儀定向完成后，依次瞄準傾斜監(jiān)測點組進行數(shù)據(jù)采集、存儲。

(3)坐標變換與傾斜計算

經(jīng)過傾斜數(shù)據(jù)采集后，即可得到每一個傾斜監(jiān)測點的三維坐標，利用步驟(1)當中設(shè)置的定向點坐標可擬合求出旋轉(zhuǎn)參數(shù)。將傾斜監(jiān)測點的三維坐標統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)到平行于建筑物某一立面的坐標系中，計算兩個方向的傾斜量；再加上測得的上下部高程之差，即可計算出各點的傾斜率。

2　精度分析

根據(jù)極坐標公式

其中，(x，y，H)為傾斜監(jiān)測點三維坐標；(x0，y0，H0)為測站點三維坐標，一般可以假設(shè)為(1 000，1 000，10)；D為水平距；α為水平方位角。

根據(jù)誤差傳播定律可知

其中，mx，my分別為x，y方向的中誤差；mp為點位中誤差；D為水平距離；α為方位角；md為測距中誤差；mα為方位角中誤差；ρ=206 265。

對于第三方監(jiān)測而言，監(jiān)測儀器精度一般要高于施工監(jiān)測儀器的精度，免棱鏡全站儀的精度不低于測角精度1″、測距精度±(1+2×10-6D)mm；對于軌道交通而言，除非規(guī)模較大的交通樞紐工程，施工影響范圍一般不會超過200m。根據(jù)上述參數(shù)進行最大點位誤差估算可得

mp≈±1.7 mm

《建筑變形測量規(guī)程》(JGJ8—2007)、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB50497—2009)對變形測量位移觀測等級為二級的精度要求是觀測點坐標中誤差≤3 mm；而本文提出方法的最大估算點位中誤差極大值為1.7 mm，滿足規(guī)范要求。若將測距范圍控制在150 m范圍內(nèi)，則可以滿足變形測量位移觀測等級一級的精度要求(觀測點坐標中誤差≤1.5 mm)。

3　工程案例

為了驗證本文提出方法的效果，對某一車站基坑附近的建筑物進行了傾斜觀測。某建筑物平面示意及監(jiān)測點組分布如圖2所示。

圖2　建筑傾斜監(jiān)測點組布置示意

測站數(shù)據(jù)假設(shè)為(100，100，5)，為了說明效果，選用鄰近基坑一側(cè)的傾斜觀測為例進行說明(監(jiān)測方法前文已有詳細說明，這里不在贅述)。鄰近基坑一側(cè)的傾斜觀測原始數(shù)據(jù)如表1。

表1　建筑物傾斜觀測原始數(shù)據(jù)

J1、J5的兩個下部點為該建筑物距離最遠的兩個下部點，也是本案例中的定向點，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)如表2。

表2　坐標旋轉(zhuǎn)后監(jiān)測點數(shù)據(jù)

通過展點數(shù)據(jù)可以看出，傾斜監(jiān)測點/組已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到與建筑物立面平行的坐標系當中，進而可以計算出建構(gòu)筑物在X、Y方向的傾斜數(shù)據(jù)(如表3、圖3)。

表3　構(gòu)筑物傾斜數(shù)據(jù)

圖3　坐標轉(zhuǎn)換前后監(jiān)測點組平面示意

4　結(jié)束語

針對地鐵建設(shè)施工過程中周邊建構(gòu)筑物傾斜監(jiān)測頻率高、人員要求較多、常規(guī)傾斜監(jiān)測測試強度較大、影響信息化施工等難題，提出一種基于免棱鏡全站儀的傾斜監(jiān)測新方法。該方法可以自由設(shè)站，對于復雜多變的施工現(xiàn)場具有較強的適應能力；只要一臺儀器、一名測量人員就可以完成所有的傾斜監(jiān)測任務(wù)。理論分析與案例實踐表明，該方法能夠更好地滿足建設(shè)施工對監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、及時的要求，具有很強的使用性和通用性。

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Application Research on the New Method of Inclination Monitoring of the Buildings Surrounding Metro Station

LIU Jun

2016-05-20

劉駿(1978—)，男，2009年畢業(yè)于西南交通大學土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)04-0017-03

TU196

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