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摘要：基坑安全，必須对基坑进行实时监测。其中位移监测是基坑监测中最基本、最有效的一种。在深基坑开挖的施工过程中，采用何种方法进行水平位移监测，既能够保证精度，又可节省成本，是基坑施工监测的关键问题之一，本文讨论了四种常用的水平位移监测方法，全站仪坐标法、测小角法、单站改正法、视准线法。通过比较，全站仪坐标法是目前基坑监测中运用较广泛的一种方法。
关键词：水平位移监测全站仪坐标法测小角法单站改正法视准线法
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A
On the horizontal displacement of deep excavation methods monitor the implementation
Fu HaiouRao Ye
(Sichuan Province Nuclear Industry Geological Survey， Chengdu 610000)
Abstract: The Pit， pit must be real-time monitoring. Displacement Monitoring pit which is monitoring the most basic and effective. During the construction process of deep excavation， using what methods for horizontal displacement monitoring， both to ensure accuracy， but also cost savings is one of the key issues pit construction monitoring， the paper discusses four common horizontal displacement monitoring methods， total station coordinate method， the measured small angle method， a single corrections law， depending on the alignment method. By comparison， total station coordinate method is the use of monitoring pit broader approach.
Keywords: horizontal displacement monitoring total station coordinates measured by small angle correction method using single station collimation line method
0 引言
随着经济的飞速发展，高层和大型建筑物越来越多，建筑物基坑开挖的深度和规模也越来越大。为保证深基坑开挖的安全，以及为基坑支护方案的选取提供基础资料，必须对基坑进行变形监测。深基坑变形监测主要包括基坑边坡的沉降监测、支护桩的倾斜监测、水平位移监测，以及对周边建筑物、管线设备的监测。对水平位移监测来说[1]，由于深基坑不仅自身存在变形，还会对基坑周围地层、周边建( 构) 筑物的地基产生沉降和倾斜影响。在周围建筑物密集、观测点无法设站或设站很困难的情况下，用常规的水平位移监测方法很难获取准确的监测成果。因此，如何选择一种合适的方法进行深基坑水平位移监测是一个值得探讨的问题。
1 全站仪坐标法
全站仪坐标法包括传统的极坐标法和以极坐标为基础的自由设站法。自由设站法是由两个已知坐标的点作为后视点，首先求得测站点的坐标，然后通过测站点坐标测算出前视测站点的坐标[2]。整个过程中，测站点的坐标仅起传递作用，从而每次测量时，测站点的位置可以是随意的( 但每次位置应大致相同) ，这种方式能很好地适应现场条件复杂，得到广泛应用。
1.1 基准点位置的确定
基准点作为整个工程水平位移监测的参考标准，按照基准点布设要求，应布设在变形影响范围外地基坚实稳定并利于标石长期保存与观测的地方，确保基准点位置的稳定性和可靠性。
1.2 工作基点位置的确定
根据工作基点选设要求，工作基点应选设在靠近监测点且便于联测基准点的稳定或相对稳定的位置。考虑到会出现工作基点靠近形变区域，可能发生位移，需要定期检查该点位置情况，并根据该点位移变化量及时改正监测点的水平位移。
1.3 监测点位置的确定
按照相关设计和监测要求，沿基坑四周布设测点，测点间距一般为20m，另外，对于基坑边缘极易产生水平位移的位置应加设监测点。
2 测小角法
在基坑影响区域以外建立基准点，水平位移监测点的布设应尽量与基准点在一条直线上[3]。具体操作时，沿监测点与基准点连线方向在一定距离以外( 100~200 m)选定一零方向，利用经纬仪测定在确定时间内，观测点与基准点连线与零方向间角度变化值，计算基坑水平位移。其作业方法如图1所示：
图1 作业方法
测小角法简单易行，操作方便，但有时基坑周围没有足够的作业空间，在基坑附近建立基准点，常引起观测结果出现较大偏差。为了确保监测结果的准确性。可以采用以下这种监测方案，即在基坑影响范围外选一条或两条基准边，在基坑周围选几个工作基点，布设一条通过基准点、工作基点的导线。以基准点为已知点，建立独立坐标系，求出工作基点的坐标; 由工作基点求出变形观测点的坐标，进而求得位移量。同时，对工作基点进行定期监测，以便对监测点进行改正。
3 单站改正法
测小角法虽然操作方便，计算简单，但有时基坑周围没有足够的空间布置视准线，而在基坑附近建立基准点，则由于基准点位移比较大，会引起观测结果出现较大的偏差。
因此为保证测量精度，尽可能减少内、外业工作量，在此提出将测小角法改进并结合观测点设站法使用的方法。这种方法只需仪器一次设站加改正值就可完成数个位移观测点的位移量计算，解决了位移观测点无法设站的问题，故把这种方法称作单站改正法[4]。测小角法中分段观测法可以视为简单的单站改正法。
如图2所示：A、B两标志设在稳定的墙面上。每次监测时，先要测量∠APB角的变化量，求得P点的横向位移量，再测量∠APi角的变化量，从而求得观测点i的横向位移量[5]。
图2 单站改正法
4 视准线法
沿基坑的一条直线边建一条轴线并在直线边上布设水平位移点，如图3所示：点阿A、B是轴线的两个基准点（端点），1、2、3．．．、n为水平位移监测点。轴线法不需测角也不需测距，只需将轴线用经纬仪投射到位移点的旁边，并用小钢尺等工具分别量取水平位移监测点1、2、3．．．、n至A-B这条轴线的距离。通过两次偏距的比较来计算水平位移量Δd。
图3 视准线法
所量取的偏距的精度主要受仪器对中误差m1、轴线照准误差m2、读数照准误差m3、大气折光影响m4的综合影响，其位移量精度估算公式：
5 结论
通过对基坑水平位移监测的四种方法的论述比较。采用极坐标法或以极坐标法为基础的自由设站法( 统称为全站仪坐标变化法，简称为全站仪坐标法) ，可直接测定任意方向位移监测点的坐标，通过计算两次坐标的变化量就可确定位移量。用全站仪坐标法进行基坑水平位移监测通常不需要搬站，一次测完所有点，可节约大量观测时间，能有效排除基坑施工干扰及周边土体变形的影响，通过相邻周期坐标计算可以快速、准确地获取监测点的位移量和累计位移量[7]。是目前基坑监测中运用较广泛的一种方法。
参考文献：
[1] 谷川，李明峰，潘国荣.某码头施工水平位移监测方法与精度探讨[J].测绘信息与工程， 2006，31(4): 16~17.
[2] 冯梅，朱怀汝，王永生等.全站仪在深基坑变形监测中的应用[J]测绘与空间地理信息，2011，34 ( 5): 237－239．
[3] 徐建新，张兵良，杨伯宏.小角法在深基坑支护监测中的应用研究．现代测绘，2002(S1).
[4] 黄北华．单站改正法在位移测量中的应用[J].浙江水利科技．199()S1:74-76.
[5] 夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M]北京:中国建筑工业出版社，2001.
[6] 于雷易，边馥苓，万丰.一种多边形交、并、差运算的有效算法[J].武汉大学学报( 信息科学版)，2003，25( 5):615-618.
作者简介：符海鸥（1983～），男，湖南怀化，四川省核工业地质调查院，测绘工程师，主要从事测量及其相关工作。
关键词：水平位移监测全站仪坐标法测小角法单站改正法视准线法
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A
On the horizontal displacement of deep excavation methods monitor the implementation
Fu HaiouRao Ye
(Sichuan Province Nuclear Industry Geological Survey， Chengdu 610000)
Abstract: The Pit， pit must be real-time monitoring. Displacement Monitoring pit which is monitoring the most basic and effective. During the construction process of deep excavation， using what methods for horizontal displacement monitoring， both to ensure accuracy， but also cost savings is one of the key issues pit construction monitoring， the paper discusses four common horizontal displacement monitoring methods， total station coordinate method， the measured small angle method， a single corrections law， depending on the alignment method. By comparison， total station coordinate method is the use of monitoring pit broader approach.
Keywords: horizontal displacement monitoring total station coordinates measured by small angle correction method using single station collimation line method
0 引言
随着经济的飞速发展，高层和大型建筑物越来越多，建筑物基坑开挖的深度和规模也越来越大。为保证深基坑开挖的安全，以及为基坑支护方案的选取提供基础资料，必须对基坑进行变形监测。深基坑变形监测主要包括基坑边坡的沉降监测、支护桩的倾斜监测、水平位移监测，以及对周边建筑物、管线设备的监测。对水平位移监测来说[1]，由于深基坑不仅自身存在变形，还会对基坑周围地层、周边建( 构) 筑物的地基产生沉降和倾斜影响。在周围建筑物密集、观测点无法设站或设站很困难的情况下，用常规的水平位移监测方法很难获取准确的监测成果。因此，如何选择一种合适的方法进行深基坑水平位移监测是一个值得探讨的问题。
1 全站仪坐标法
全站仪坐标法包括传统的极坐标法和以极坐标为基础的自由设站法。自由设站法是由两个已知坐标的点作为后视点，首先求得测站点的坐标，然后通过测站点坐标测算出前视测站点的坐标[2]。整个过程中，测站点的坐标仅起传递作用，从而每次测量时，测站点的位置可以是随意的( 但每次位置应大致相同) ，这种方式能很好地适应现场条件复杂，得到广泛应用。
1.1 基准点位置的确定
基准点作为整个工程水平位移监测的参考标准，按照基准点布设要求，应布设在变形影响范围外地基坚实稳定并利于标石长期保存与观测的地方，确保基准点位置的稳定性和可靠性。
1.2 工作基点位置的确定
根据工作基点选设要求，工作基点应选设在靠近监测点且便于联测基准点的稳定或相对稳定的位置。考虑到会出现工作基点靠近形变区域，可能发生位移，需要定期检查该点位置情况，并根据该点位移变化量及时改正监测点的水平位移。
1.3 监测点位置的确定
按照相关设计和监测要求，沿基坑四周布设测点，测点间距一般为20m，另外，对于基坑边缘极易产生水平位移的位置应加设监测点。
2 测小角法
在基坑影响区域以外建立基准点，水平位移监测点的布设应尽量与基准点在一条直线上[3]。具体操作时，沿监测点与基准点连线方向在一定距离以外( 100~200 m)选定一零方向，利用经纬仪测定在确定时间内，观测点与基准点连线与零方向间角度变化值，计算基坑水平位移。其作业方法如图1所示：
图1 作业方法
测小角法简单易行，操作方便，但有时基坑周围没有足够的作业空间，在基坑附近建立基准点，常引起观测结果出现较大偏差。为了确保监测结果的准确性。可以采用以下这种监测方案，即在基坑影响范围外选一条或两条基准边，在基坑周围选几个工作基点，布设一条通过基准点、工作基点的导线。以基准点为已知点，建立独立坐标系，求出工作基点的坐标; 由工作基点求出变形观测点的坐标，进而求得位移量。同时，对工作基点进行定期监测，以便对监测点进行改正。
3 单站改正法
测小角法虽然操作方便，计算简单，但有时基坑周围没有足够的空间布置视准线，而在基坑附近建立基准点，则由于基准点位移比较大，会引起观测结果出现较大的偏差。
因此为保证测量精度，尽可能减少内、外业工作量，在此提出将测小角法改进并结合观测点设站法使用的方法。这种方法只需仪器一次设站加改正值就可完成数个位移观测点的位移量计算，解决了位移观测点无法设站的问题，故把这种方法称作单站改正法[4]。测小角法中分段观测法可以视为简单的单站改正法。
如图2所示：A、B两标志设在稳定的墙面上。每次监测时，先要测量∠APB角的变化量，求得P点的横向位移量，再测量∠APi角的变化量，从而求得观测点i的横向位移量[5]。
图2 单站改正法
4 视准线法
沿基坑的一条直线边建一条轴线并在直线边上布设水平位移点，如图3所示：点阿A、B是轴线的两个基准点（端点），1、2、3．．．、n为水平位移监测点。轴线法不需测角也不需测距，只需将轴线用经纬仪投射到位移点的旁边，并用小钢尺等工具分别量取水平位移监测点1、2、3．．．、n至A-B这条轴线的距离。通过两次偏距的比较来计算水平位移量Δd。
图3 视准线法
所量取的偏距的精度主要受仪器对中误差m1、轴线照准误差m2、读数照准误差m3、大气折光影响m4的综合影响，其位移量精度估算公式：
5 结论
通过对基坑水平位移监测的四种方法的论述比较。采用极坐标法或以极坐标法为基础的自由设站法( 统称为全站仪坐标变化法，简称为全站仪坐标法) ，可直接测定任意方向位移监测点的坐标，通过计算两次坐标的变化量就可确定位移量。用全站仪坐标法进行基坑水平位移监测通常不需要搬站，一次测完所有点，可节约大量观测时间，能有效排除基坑施工干扰及周边土体变形的影响，通过相邻周期坐标计算可以快速、准确地获取监测点的位移量和累计位移量[7]。是目前基坑监测中运用较广泛的一种方法。
参考文献：
[1] 谷川，李明峰，潘国荣.某码头施工水平位移监测方法与精度探讨[J].测绘信息与工程， 2006，31(4): 16~17.
[2] 冯梅，朱怀汝，王永生等.全站仪在深基坑变形监测中的应用[J]测绘与空间地理信息，2011，34 ( 5): 237－239．
[3] 徐建新，张兵良，杨伯宏.小角法在深基坑支护监测中的应用研究．现代测绘，2002(S1).
[4] 黄北华．单站改正法在位移测量中的应用[J].浙江水利科技．199()S1:74-76.
[5] 夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M]北京:中国建筑工业出版社，2001.
[6] 于雷易，边馥苓，万丰.一种多边形交、并、差运算的有效算法[J].武汉大学学报( 信息科学版)，2003，25( 5):615-618.
作者简介：符海鸥（1983～），男，湖南怀化，四川省核工业地质调查院，测绘工程师，主要从事测量及其相关工作。