吉訓剛

摘要 傳統(tǒng)的全站儀需要有反射片或棱鏡作為協(xié)助目標才能完成測距，在施工中具有一定的局限性。而免棱鏡全站儀有效融合了傳統(tǒng)全站儀與免棱鏡測距技術(shù)，目前被廣泛使用于工程建設中，特別適用于不方便放置棱鏡或反射片的地方進行測距，如懸崖、石壁及高陡峭邊坡的監(jiān)測等。文章通過工程實例，分析免棱鏡全站儀在公路工程高邊坡位移監(jiān)測中應用的方法及成果。

關(guān)鍵詞 免棱鏡全站儀;高邊坡;位移監(jiān)測

中圖分類號 U416.14 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0069-03

0 引言

海南省橫線萬洋高速公路A1標設計交樁控制點J26-J27段屬于深挖路塹，而由深挖路塹形成的落差達到20 m的高陡邊坡很容易導致滑坡、崩塌、傾倒等高邊坡常見病害的突發(fā)。為了保證作業(yè)人員的安全及施工的順利進行，需要對設計交樁控制點J26-J27段高邊坡穩(wěn)定性進行監(jiān)測。而高邊坡的穩(wěn)定性評定指標是指邊坡結(jié)構(gòu)某點或某區(qū)域位移有沒有發(fā)生位移突變，所以要對高邊坡進行表面位移的整體監(jiān)測，以確認高邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。因為此段高邊坡具有坡度陡、土體不穩(wěn)定的情況，所以宜采用免棱鏡全站儀進行邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測，經(jīng)過一個月的實地監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，最后得到此段高邊坡的位移狀態(tài)，為高邊坡的防護施工提供科學的基礎數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)測網(wǎng)的布設

設計交樁控制點J26-J27段高邊坡布設的位移監(jiān)測網(wǎng)組成包括控制點、施測點、監(jiān)測點三個組成部分，分別在公路高邊坡的坡腳 、中部及坡頂位置等地方按編號測點1～ 測點12布設了12個位移監(jiān)測點，有充分的監(jiān)測點能夠更準確地測定高邊坡的變形情況。具體布置方案見圖 1～2。

監(jiān)測點布設完成后，以設計交樁控制點J26、J27為基準點，并在高邊坡沿線路基外土質(zhì)穩(wěn)定處依次設置4個控制點，建立起監(jiān)測控制網(wǎng)。采取以交樁控制點J26～J27為基準點且設置控制點密度比較高的原因在于，若在施工中導致部分控制點的損毀，也可采用其他控制點進行補位施測，既不會對監(jiān)測產(chǎn)生大的影響，也能保證監(jiān)測成果的精度，同時也能用于公路項目的其他測量工作，保證現(xiàn)場施工的順利進行。并且要不定時對控制網(wǎng)進行復測核驗，檢查控制點位是否發(fā)生移動及沉降，以確保高邊坡位移監(jiān)測的成果準確。

2 儀器的檢定及精度核驗

2.1 儀器的檢定維修

全站儀由于經(jīng)常在野外使用及在運輸途中的振動和缺乏保養(yǎng)措施，導致儀器的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、電子元器件的自然老化等，會導致儀器性能發(fā)生變化，造成技術(shù)指標的降低。為了全面掌握儀器的性能，合理使用儀器觀測到合格的測量成果。儀器在使用過程中必須定期進行檢定。

由于免棱鏡全站儀是精密電子儀器，所以在使用的過程中如出現(xiàn)問題或故障不要隨意拆卸和調(diào)整，應到具有儀器鑒定資質(zhì)的機構(gòu)進行檢定和維修。國家計量檢定規(guī)程規(guī)定，全站儀的檢定周期不能超過1年。

全站儀的檢定項目可分為三部分，即光電測距系統(tǒng)的檢定、電子測角系統(tǒng)的檢定、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢定。在檢定機構(gòu)給的檢定結(jié)果符合要求后才能用于監(jiān)測工作。

2.2 儀器的精度核驗

在進行施測前，免棱鏡全站儀的測量精度能不能達到高邊坡位移監(jiān)測的規(guī)范要求至關(guān)重要。目前國內(nèi)外用于測量的免棱鏡全站儀型號種類眾多，但是各種品牌型號的免棱鏡全站儀的測量原理及其基本功能一樣。

該次施測所采用的儀器是拓普康MS05全站儀，屬于超精密三維自動化測量的新型測量機器人。拓普康MS05全站儀的EDM在免棱鏡的情況下為3R級激光測量，它的測角精度達到0.5″，測距使用的是共軸相位比較測量系統(tǒng)，其精度可達到亞毫米級。在使用反射片為協(xié)作目標時，測量精度達到±（0.5+1 ppm*D）mm;在使用AP/CP棱鏡為協(xié)作目標情況下的測量精度可達到（0.8+1 ppm*D）mm;在使用免棱鏡的情況下的測量精度最高可達到（1+1 ppm*D）mm。

在經(jīng)過多種多次數(shù)的測試后，拓普康MS05全站儀的各項指標都符合規(guī)范要求。

（1）全站儀的測角、測距標稱精度符合表1[1]的規(guī)定。

（2）高邊坡地表水平位移監(jiān)測基準網(wǎng)和監(jiān)測點精度符合表2[1]的要求。

（3）高邊坡地表垂直位移監(jiān)測基準網(wǎng)和監(jiān)測點精度符合表3[1]的要求。

3 監(jiān)測點的觀測

3.1 觀測前的準備工作

（1）在進行高邊坡位移監(jiān)測前必須達到全面地了解并掌握高邊坡防護工程的整體狀況和整個工程項目施工要求的目的。測量相關(guān)人員在施測前應該研討各種監(jiān)測方法實施的可行性，確保整體監(jiān)測工作高質(zhì)量完成。

（2）在進行施測前必須編制高邊坡位移監(jiān)測專項進度計劃，以指導監(jiān)測項目按計劃實施。并且在實施過程中經(jīng)常檢查實際監(jiān)測進度是否按計劃要求進行，對出現(xiàn)的偏差分析原因，采取補救措施或調(diào)整，直到監(jiān)測工作最終完成。

（3）在測量前還必須對各種測量設備及工具進行查缺補漏，保證各種測量輔助工具的齊全。并核對監(jiān)測點布置圖及控制點、工作點、監(jiān)測點等相關(guān)數(shù)據(jù)資料的準確性。

3.2 監(jiān)測實施方案

水平及垂直位移的監(jiān)測原理主要是通過觀測角度、邊長等求得監(jiān)測點的平面坐標及高程，將若干次所測得的平面坐標及高程進行相比對，得出監(jiān)測點的水平及垂直位移量。目前常用的監(jiān)測方法有基準線法、交會測量法、三角網(wǎng)測量法、緊密導線網(wǎng)法等。除了這些方法外，還有專用測量法、攝影測量法和RTK測量法等。

高邊坡監(jiān)測的控制網(wǎng)采用的是海南平面坐標系和1985國家高程基準，所以在觀測后無須通過對數(shù)據(jù)的處理和計算就可以在儀器上得出平面坐標及高程的準確數(shù)據(jù)。觀測點的平面布置要符合D級GPS網(wǎng)的要求，按照三等水準的相關(guān)要求及規(guī)范去觀測高程。另外，在首次對高邊坡位移監(jiān)測網(wǎng)進行觀測時，需要先獨立對控制點、工作測點及監(jiān)測點進行試測，確認所測得的坐標及高程分別要符合海南平面坐標系和1985國家高程基準，從而構(gòu)建兼具穩(wěn)定性與準確性的監(jiān)測系統(tǒng)。

在對監(jiān)測點進行觀測之前，要檢驗各監(jiān)測點及工作點的穩(wěn)定性，檢驗的結(jié)果符合要求后可以進行觀測。如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了變化，必須在控制點對監(jiān)測點及工作點的三維位置進行重新測定。在進行觀測的過程中，每個監(jiān)測點進行兩個回合，并且要保證每個測回進行三次的讀數(shù)，如果三次觀測所產(chǎn)生的誤差小于2 mm，則選擇其算術(shù)平均值。

最后，采用監(jiān)測全時段三維坐標來反映所有監(jiān)測點的變化狀態(tài)，根據(jù)所使用的測量方法、觀測儀器及監(jiān)測項目的特點，如果某一側(cè)的多數(shù)監(jiān)測點的三維坐標差均大于預警值（見表4）[2]，而且能夠看出一定的變化規(guī)律，則預示著邊坡存在不穩(wěn)定的趨勢，應針對這種情況采取針對性的措施。

3.3 注意事項

（1）觀測盡量選擇在白天，且光線比較好的時段，在光線好的情況下更能清晰地照準監(jiān)測點，測出來的數(shù)據(jù)比較準確。

（2）該監(jiān)測項目的相關(guān)負責人，必須確保隨時互相溝通及交換意見，以防在出現(xiàn)異常情況的時候而不能相互協(xié)作處理突發(fā)事件。

（3）負責監(jiān)測及現(xiàn)場的施工各方要保護好監(jiān)測點，提前對監(jiān)測點及控制點做好加固措施，并設置醒目的防損壞標志，防止出現(xiàn)無意的人為破壞。

（4）在進行觀測時必須保證監(jiān)測點標號的一致性，以防出現(xiàn)記錄混亂而導致錯誤。

（5）觀測時的儀器操作要符合規(guī)范要求，避免不規(guī)范的操作對儀器造成損壞，同時要注意現(xiàn)場施工情況，保證監(jiān)測過程中相關(guān)測量人員的安全。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理

根據(jù)上述觀測實施方案描述的對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方式，將此次高邊坡位移監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)進行處理，表5為第一次（即監(jiān)測點基準值）和最后一次的監(jiān)測結(jié)果。

根據(jù)表5第一次和最后一次對高邊坡位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)得知，各監(jiān)測點的三維坐標差值都在規(guī)定的預警值之內(nèi)，且不存在明顯規(guī)律性的移動情況，項目各分部分項工程可正常施工。不過，只有一個月的監(jiān)測周期只是能在這段周期內(nèi)給施工提供一定的基礎數(shù)據(jù)，還無法最終的去判斷高邊坡最終的位移情況，仍然需要多次和多種情況下的監(jiān)測，如在海南常見的大暴雨、臺風等極端天氣出現(xiàn)過后的監(jiān)測情況，才能對高邊坡的位移情況獲得更加合理的判斷。

5 結(jié)語

免棱鏡全站儀在公路工程高邊坡位移監(jiān)測中的應用作為一種新型技術(shù)，該文通過工程實例對其進行分析及論證，驗證了其可靠性。相較于有棱鏡全站儀，其優(yōu)點在于不需要在監(jiān)測點上安置棱鏡即可完成測量。不僅解決了陡坡地形放置棱鏡難度大、觀測不穩(wěn)定、對工作人員要求較多等不利情況導致高邊坡位移監(jiān)測效率較低的問題，還可以獲得觀測精度較高的三維坐標。在滿足監(jiān)測精度要求的前提下，既節(jié)約了人力成本，而且還大幅度提高了工作效率，具有可推廣性與可使用性。

參考文獻

[1]河北省市場監(jiān)督管理局.山區(qū)高速公路路塹邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范： DB 13/T 5265—2020[S].2020-11-19.

[2]王紅明， 高健， 詹偉， 等. 公路邊坡監(jiān)測項目及預警值分析[J]. 人民長江， 2019（S2）： 155-158+178.