自由設站技術在基坑監(jiān)測中的應用

王佳卿，史曉忠，譚東林

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214000）

自由設站技術在基坑監(jiān)測中的應用

王佳卿，史曉忠，譚東林

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214000）

首先，介紹了電子全站儀的自由設站施測方法，以及在基坑監(jiān)測中的實際應用。接著，探討了該方法的測量精度，以及實際應用的優(yōu)缺點。

自由設站；全站儀；基坑監(jiān)測

1　自由設站技術簡介

隨著測繪技術的發(fā)展和測繪儀器的推陳出新，電子全站儀開始越來越廣泛地被運用到現(xiàn)代的測繪工作當中。電子全站儀集測距與測角的功能于一體，精度高，可靠性強，操作便捷，能夠靈活地處理測量工作過程中出現(xiàn)的各種問題。

全站儀自由設站法，即根據(jù)施工的現(xiàn)場條件和測繪任務，利用全站儀測距、測角的功能，選擇最有利于工作開展的地點架設儀器，通過對有限必要的已知點進行觀測，獲取必要的計算參數(shù)，進而解算測站坐標并定向，達到“一站到位”的工作效果，大大提高設站的靈活性和便捷性。例如，在野外測繪的過程中，由于施工過程的車輛等移動設備、臨時堆積材料、樹木及建筑物等阻擋視線，常常不能從控制點直接測定所需要的點位［1］。這時候，可以通過全站儀自由設站法，選擇一個與待測點及兩個以上的控制點通視的位置，整平儀器后，通過觀測兩個以上的控制點，計算得出該設站點的坐標并完成定向，再測定各個待測點的坐標成果，因此在實際工作可大幅度提高工作效率。并且可以通過增加測回數(shù)來提高設站點的精度，還可以通過縮短設站點和待測點的距離，來有效地提高待測點的測量精度，因此，只要設站點采用多個測回進行解算，自由設站法測量細部點的精度完全可以滿足要求，甚至可以比直接測量更高［2］。

依據(jù)已知的兩個控制點，解算一個中間加密點坐標，是自由設站法最典型的解算條件。人們知道，傳統(tǒng)的后方交會方法，是指在未知點P上設站，通過觀測三個已知點，得到兩個水平夾角，然后根據(jù)所得角度和三個已知點坐標來計算設站點P的坐標。而自由沒站法是指在任意與待測點及兩個以上的控制點通視的位置臨時設站，向有限必須的多個已知控制點進行觀測，并按間接平差方法計算待定點坐標的一種控制測量方法。測站點的東坐標（E）和北坐標（N）根據(jù)方向觀測值和邊長觀測值建立方向誤差方程式和邊長誤差方程式，然后根據(jù)最小二乘法原理計算待定點坐標平差值。在傳統(tǒng)的后方交會中，有一個問題一直被提及，那就是“危險圓”。所謂“危險圓”，就是指過3個已知點構(gòu)成的圓，被稱為危險圓，凡位于危險圓上的P點，結(jié)果無解。待定點不能位于由已知三點所決定的外接圓的圓周上，否則無法確定P的唯一性。而且越靠近該危險圓，待定點P的可靠性越低。而利用全站儀的自由設站功能則無需過多地顧慮危險圓。

2　工程實例

圖1為某基坑項目。項目總占地面積55 000 m2，總建筑面積32萬m2。該項目為一個辦公綜合樓，基坑整體呈多邊形，總的來說，東西長約200 m，南北寬約140 m，周長約690 m，整體開挖深度約為10 m左右，主樓為15 m，該基坑周圍緊靠原有各類建筑，最近距離約12.0 m左右。為了了解在基坑開挖過程中，基坑的安全情況（如發(fā)現(xiàn)異常情況時能及時采取應急措施），鑒于基坑及周邊原有建筑的的安全，受甲方委托，無錫市政設計研究院有限公司為該工程進行水平位移、垂直位移、坑外水位、土體測斜、周邊建筑物沉降等項目的安全監(jiān)測。

在該項監(jiān)測項目中，布設基準點5個，編號為BM 1、BM 2、BM 3、BM 4、BM 5，當?shù)爻鞘凶鴺讼到y(tǒng)和黃海高程系統(tǒng)，其中，BM 1位于基坑的北側(cè)小區(qū)道路上，BM 2位于基坑的北側(cè)的市政道路上，BM 3、BM 4、BM 5位于基坑的東側(cè)的小區(qū)道路上，5個基準點均離基坑邊線30 m開外（見圖2）。參照基坑設計規(guī)范，控制點點位不在基坑開挖影響范圍之內(nèi)。

圖1　基坑形狀示意圖

圖2　控制點布設位置示意圖

在傳統(tǒng)的基坑監(jiān)測的工作中，除了布設基準點，還要布設一系列的工作基點，但是在現(xiàn)場實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于該基坑位于市區(qū)繁華區(qū)域，施工現(xiàn)場場地有限，場地內(nèi)部堆放材料較多，如布設工作基點的話，極易被破壞或阻擋，不利于監(jiān)測工作的開展，因此，決定采用自由設站的方法進行監(jiān)測。

水平位移觀測采用LEICA TCR802全站儀（測角精度為2〞，測距精度為±2 m m+2 ppm×D），使用的儀器經(jīng)法定檢測機構(gòu)檢定合格。在測量過程中，采用自由設站、免棱鏡合作的方法進行監(jiān)測。每次觀測時，將儀器架設在穩(wěn)定的、可方便地觀測基坑位移且能夠看到2個以上基準點的位置上，聯(lián)測2個以上的基準點，計算出當前設站點的坐標并定向，然后測得各監(jiān)測點在上述坐標系統(tǒng)中的三維坐標，通過兩次觀測所得各監(jiān)測點坐標之差即可得知兩次觀測期間監(jiān)測點的水平位移量。

表1為該項目第二期的水平位移監(jiān)測成果表。自由設站工作方式簡單快捷，數(shù)據(jù)成果真實可靠。該方法和測量數(shù)據(jù)得到監(jiān)理、業(yè)主的認可。

表1　某期水平位移監(jiān)測成果表

3　結(jié)語

自由設站點選擇靈活，能夠在離監(jiān)測點較近變形區(qū)域進行設站，這是傳統(tǒng)的測繪工作，尤其是基坑監(jiān)測工作中是不可想象的。因此，筆者認為，自由設站在施工測量中具有很強的實用性和推廣應用價值。但是要將此方法引入到加密控制點的工作中時，應當利用盡可能多的已知點，對中的時候也應該使用強制對中棱鏡進行對中，以減小誤差，提高精度。

［1］程效軍，繆盾.全站儀自由設站法精度探討［J］.鐵道勘察，2008，（6）：1-4.

［2］紅英，王淑清，李曉萍.自由沒站的應用體會［J］.山西建筑，2008，34（5）：360-361.

TU196.+4

B

1009-7716（2016）09-0221-02

2016-04-15

王佳卿（1982-），男，江蘇無錫人，碩士，工程師，從事勘察測繪工作。