邊角后方交會在水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用

■蘭 亭■廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，廣西 柳州 545000

近年來，隨社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，大型的公共建筑和高層建筑越來越多，深基坑和高邊坡的施工活動日漸增多，深基坑和高邊坡一旦失穩(wěn)，會危及其周圍建(構(gòu))筑物和人民生命財產(chǎn)的安全，其安全性逐步引起人們的重視;在施工過程中雖然已引入第三方監(jiān)測機(jī)制，但作為施工單位，為對自己的工程質(zhì)量和施工安全及其施工進(jìn)程進(jìn)行有效控制，也有必要對基坑和高邊坡進(jìn)行動態(tài)的監(jiān) ，做到信息化、科學(xué)化地施工。一般城市基坑和高邊坡施工場地比較 雜，空間狹窄，基準(zhǔn)點和觀測墩很難布設(shè)，周邊圍護(hù)和建筑物給監(jiān)測造成極大影響，一般采用的視準(zhǔn)線法、小角度法、極坐標(biāo)法都難以施測。

采用邊角后方交會法自由設(shè)站進(jìn)行水平位移監(jiān)測，站點設(shè)置靈活，網(wǎng)形多變，給基準(zhǔn)點留下很大的布設(shè)空間，對于干擾較大的施工工程能大幅提高變形監(jiān)測的作業(yè)效率?，F(xiàn)今施工單位使用的多為2″級全站儀，在不增加儀器購買資金的投入，能否利用現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控，在此做一些探討。

1 邊角后方交會點位誤差分析

依據(jù)文獻(xiàn)【1】得知，不考慮基準(zhǔn)點誤差的情況下，邊角后方交會測站點K的點位精度公式為:

其中SAB為兩基準(zhǔn)點邊長，Sa、Sb為兩觀測邊長，r為觀測交會角，A、B為兩觀測邊Sb、Sa對應(yīng)角，ma、mb為測距中誤差，mr為測角中誤差，ρ=206265。

從公式(1)可以看出邊角后方交會點的點位精度不僅與測距、測角誤差有關(guān)，還與交會的圖形有關(guān)。

雙測站極坐標(biāo)觀測法測站點到監(jiān)測點的誤差公式為:

其中S1、S2為測站到監(jiān)測點的距離，ms1、ms2為測距中誤差，mα1、mα2為測角中誤差。

一般情況下，測站到測點的距離距離較近，測距誤差主要由儀器測距固定誤差引起，測角誤差在同等觀測精度下可認(rèn)為一致，故令ms1=ms2，mα1=mα2，上式可化為

以徠卡TS06全站儀為例，其標(biāo)稱方向誤差2″，測距誤差1.5mm+2ppm，設(shè)基準(zhǔn)邊長 SAB=200m，Sa=Sb=200m，S1=100m，A=B=r=60°，水平角觀測 6 個測回，則 mr=mα1=mα2=2.5″，帶入上式得出監(jiān)測點中誤差:Mp=4.0mm，達(dá)到《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8－2007)二級監(jiān)測規(guī)定的點位中誤差限差±4.2mm的要求。

如果埋設(shè)的基準(zhǔn)點是牢固穩(wěn)定的，可以認(rèn)為其對相鄰兩期觀測的影響是相同的，可以在計算兩期位移變化量中互相抵消。由上式可知，在不考慮基準(zhǔn)點誤差的情況下，監(jiān)測點的誤差由測站交會誤差和測站觀測目標(biāo)誤差構(gòu)成。由于選擇自由設(shè)站，測站到監(jiān)測點的距離可控制到較小的范圍，方向觀測誤差對點位坐標(biāo)的影響可達(dá)到最小化，在使用同一臺儀器監(jiān)測的情況下，測距的系統(tǒng)誤差可以得到進(jìn)一步的減弱。

2 監(jiān)測實例

賓陽縣太守中學(xué)滑坡位置在教學(xué)樓西北側(cè)后山，屬低山丘陵地貌，為泥質(zhì)滑坡，海拔高程為200m，原始自然坡度20～35°，四周植被較發(fā)育，主要為雜草、松樹、桉樹。滑坡范圍約180×40米，上下高差約20米，該防治工程采用“削坡減載+截水溝+漿砌石擋墻及排水溝+漿砌塊石格構(gòu)+種植草皮”等防治方案對該邊坡進(jìn)行綜合治理，在坡高10處設(shè)置2米寬的馬道，均按1∶1的坡度分二級削坡;為了保證滑坡在治理后運行過程中的安全，評價工程施工質(zhì)量，采用全站儀對治理后的邊坡進(jìn)行連續(xù)13個周期的監(jiān)測，準(zhǔn)確測定形變監(jiān)測點的相對位移值，經(jīng)合理的數(shù)據(jù)處理提供形變監(jiān)測點的變化數(shù)據(jù)，以分析其變形與趨勢，評估治理工程運行狀態(tài)的穩(wěn)定性與危險性，為設(shè)計單位和政府有關(guān)部門制定決策提供服務(wù)。

2.1 基準(zhǔn)點埋設(shè)

在教學(xué)樓后墻角選擇3個穩(wěn)定牢固的水泥地面，用沖擊電鉆打孔，充填環(huán)氧樹脂，埋入預(yù)制的不銹鋼螺桿，用水平氣泡進(jìn)行校正，使螺桿處于垂直狀態(tài)直至環(huán)氧樹脂固結(jié)，編號為J1～J3。

2.2 監(jiān)測點埋設(shè)

按照設(shè)計圖紙布設(shè)的點位，在坡腳擋土墻頂埋設(shè)2個監(jiān)測點，馬道上埋設(shè)3個監(jiān)測點，用沖擊電鉆打孔，充填環(huán)氧樹脂，埋入預(yù)制的不銹鋼螺桿，用水平氣泡校正，使螺桿處于垂直狀態(tài)，待膠水完全固結(jié)后才進(jìn)行觀測。

2.3 觀測設(shè)備及觀測方法

測站到基準(zhǔn)點的最大觀測邊長為170m，到監(jiān)測點的最大觀測邊長為110m，結(jié)合現(xiàn)有的儀器設(shè)備，水平位移監(jiān)測以徠卡TS06全站儀(儀器標(biāo)稱精度:2″、1.5mm+2ppm)進(jìn)行觀測，儀器經(jīng)測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站檢定合格后投入使用。監(jiān)測頻率為30d/次，前后觀測1個水文年共13個周期。

在通視良好、便于觀測的地方，以三點后方交回法設(shè)置2個臨時工作基點K1、K2，采用雙測站極坐標(biāo)法對監(jiān)測點進(jìn)行觀測。水平角以方向觀測法觀測6個測回，基準(zhǔn)點與監(jiān)測點同組觀測，在觀測水平角的同時觀測邊長和垂直角并記錄在儀器內(nèi)存中，觀測前儀器輸入實測的大氣溫度及大氣氣壓等參數(shù)。基準(zhǔn)點、監(jiān)測點均采用徠卡對中基座進(jìn)行強(qiáng)制對中，并對基座、棱鏡進(jìn)行編號，使各周期觀測中每個觀測點都對應(yīng)同一編號的基座棱鏡組，以減弱對中誤差及基座棱鏡的機(jī)械加工誤差，觀測略圖如下。

對于現(xiàn)場采集到的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行粗差探測檢驗，確認(rèn)合格后用計算機(jī)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，計算各監(jiān)測點每期坐標(biāo)值及點位中誤差，各期點位誤差見下表。

監(jiān)測點位誤差統(tǒng)計表 單位:毫米觀測周期K1 K2 D01 D02 D03 D04 D05點位中誤差點位中誤差點位中誤差點位中誤差點位中誤差點位中誤差點位中誤差1 0.6 0.4 0.5 1.2 1.2 0.8 1.3 2 0.5 0.3 0.5 1.4 1.4 0.8 1.4 3 1.1 0.7 1.0 2.8 2.8 1.8 2.9 4 0.8 0.6 0.8 1.4 1.4 1.0 1.5 5 1.5 1.1 1.5 2.8 2.8 1.9 2.9 6 2.0 1.4 1.9 3.7 3.7 2.5 3.8 7 1.6 1.1 1.5 2.9 2.9 2.0 3.0 8 1.1 0.8 1.0 2.0 2.0 1.3 2.0 9 1.8 1.2 1.7 3.2 3.2 2.2 3.3 10 1.6 1.1 1.5 2.9 2.9 2.0 3.0 11 1.8 1.3 1.7 3.3 3.3 2.2 3.4 12 1.4 1.0 1.4 2.6 2.6 1.8 2.7 13 2.0 1.4 1.9 3.7 3.6 2.5 3.8

從表格中統(tǒng)計，測站K1、K2最小點位誤差為0.3mm，最大點位誤差為2.0mm，監(jiān)測點最小點位誤差為0.5mm，最大點位誤差為3.8mm，符合國家現(xiàn)行有關(guān)測量規(guī)范要求。

經(jīng)過一年的觀測，各監(jiān)測點的坐標(biāo)變化量均在測量誤差的控制范圍之內(nèi)，而且根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計得出的變化趨勢很微弱，可以認(rèn)為在監(jiān)測期間邊坡是穩(wěn)定不變的。

3 結(jié)束語

(1)采用全站儀邊角后方交會法設(shè)立測站方便靈活，擺脫了傳統(tǒng)需要固定測站的測量方式，可滿足高精度的水平位移監(jiān)測要求;其作業(yè)效率高，能有效地避開視線障礙物，基準(zhǔn)點布置靈活，節(jié)省埋石造墩費用，降低監(jiān)測成本，達(dá)到監(jiān)測目的，是一種方便快捷、準(zhǔn)確可靠地方法。

(2)在測站監(jiān)測過程中，使用同一臺儀器、同一觀測人員和觀測線路，測距偏差較小且穩(wěn)定，觀測邊長不宜大于200m，采用相同的觀測圖形，相同的數(shù)據(jù)處理方法，測站適當(dāng)接近監(jiān)測點，各個觀測目標(biāo)宜采用同一個強(qiáng)制對中裝置，削弱對中誤差。

(3)對監(jiān)測點的觀測應(yīng)采用雙測站極坐標(biāo)觀測法，有利于提高觀測精度，杜絕粗差，保證監(jiān)測成果的可靠性。

［1］李全信.邊角后方交會精度分析及布設(shè)方案選擇.測繪工程，2000(9).

［2］李全信.關(guān)于邊角后方交會中邊角測量精度的匹配問題.測繪科技通信，1996(3).

［3］伊?xí)詵|，李保平.變形監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用.黃河水利出版社，2007.