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【摘 要】当前城市建设工程中，开挖的大型深基坑不断增多，如何利用现代测绘技术与仪器，客观获取反映深基坑形变情况的物理量信息，对于维护基坑开挖、建设施工期间的安全，具有重要意义。本文拟在阐述小角法与坐标法相关理论的基础上，以0.5秒级全站仪为例，探究坐标测量法在现代深基坑水平位移监测中的应用，有助于指导复杂环境下的基坑监测工作。
【关键词】深基坑;小角法;坐标法;水平位移
城市建设过程中，为提高土地利用的质量，增加地块容积率，许多高层建筑或大型商业区通常要开挖深基坑，增加地块的地下空间，同时伴随建筑技术的提升，基坑开挖的规模与深度也不断增加，加之基坑周边原始地形相对复杂，为此要以基坑支护方案为依据，加强对深基坑的变形监测工作，指导基坑的安全施工。
深基坑在工程中的实际水平位移分为基坑围护桩顶端水平位移与基坑深层土体位移。深层土地位移的监测通常借助埋设测斜管，连接测读器与探头，进行土体深层位移测定;围护桩顶部水平位移监测，按照测量方法的差异，可分为视准线法、极坐标测量法、小角法等。
1 小角法位移监测
在基坑施工中，采用小角法进行水平位移测量的方式较为常见，下面以小角法为例，分析深基坑水平位移监测的相关原理，如图1：
图1 小角法测量原理
小角法观测相应的计算公式为：
（1）
式中α为偏角，即小角，单位为秒;D为观测点至仪器的视线长平距，单位为米;d即为水平偏距;ρ=206265。
以基坑的直线边作为轴线，形成基准方向，然后根据测站与监测点连线同基准方向间的夹角作为小角α，再测量相应的距离D进而求解出监测点与基准线的偏距d。其精度受限于距离和角度的测量，小角测量中按照首次观测的距离D为依据进行计算，因而误差集中于测角的精度。其观测中误差为：
（2）
根据两次不同时期的角度观测量，计算求解同一监测点与基准线的偏距差值，即求得该点位的水平位移观测量。
小角法点位布设相对简单，原理较为清晰，但数值移动方向上上存在单一性，仅可求解垂直基坑基线方向的变化量，而且点位偏倚基线的角度不宜过大，难以发挥测量的总体优势。
2 坐标法水平位移监测
坐标法实质即根据稳固的监测基准点控制网，首先以后方交会的形式，确定仪器当前点位的平面坐标，然后对基坑坐标监测点的边长与角度，进行同时观测，按照极坐标测量的原则，由全站仪自动求解显示水平坐标的方法;各待测点水平坐标（x，y）的求解公式为：
（3）
式中，D为监测点与仪器水平距离，α为测站与监测点连线的坐标方位角。
对于强制对中与自由设站后的极坐标测量而言，避免了仪器对中误差，故坐标法测量的误差主要是测距与测角误差、测站起始差，按照误差传播定律，相应的待测点位坐标中误差M则为：
（4）
式中，mα为测角中误差，mD为测站与待测点间平距测量误差，mk为测站起始误差。
3 深基坑水平位移监测实例分析
现某居住小区地处繁华地段，为建设双层地下停车场，需开挖长172m，宽126m的基坑，西侧为原有粉喷桩地基高层建筑3栋，距离基坑边缘15米左右，其余地段较为开阔，为确保基坑开挖与建筑施工时期的安全，现对其开展竖向与水平变形监测工作，本文仅对其基坑水平位移情况进行说明，点位重复性测绘的周期和水平位移监测精度，依《建筑基坑工程监测技术规范》执行。
施测过程中，首先在远离基坑、相对稳定的地段布设工作基点4个，编号JD01-JD04，并以3个月为周期进行工作基点的复测检核;其次在基坑围护桩顶部冠梁上，植入顶部“十”字结构的监测标志25个，并浇筑一定的混凝土;最后经一周稳定期，采用徕卡TS30高精度全站仪对基坑水平位移监测点进行坐标采集工作，坐标测量时采用正倒镜方法，盘左与盘右方式采集坐标各2次，消除2C互差，取盘左、盘右的测量均值作为本期坐标值注：监测点坐标中误差，系指监测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差，为点位中误差的1/。
图2 J02点水平位移变化曲线图
以J02点为例对其水平坐标进行分析，除5月6日—5月27日开挖施工期间水平位移有较大变化外，其余时段点位变化不显著，具体水平位移与时间的变化曲线如图3所示。通过对围护桩顶部水平位移监测，工程施工期间未发现明显安全隐患，除西侧高层建筑物附近桩顶水平位移在7mm左右外，其余点位水平变化均在5mm以下，有效保障了基坑开挖施工的顺利进行。
4 结语
伴随测绘仪器精度的提升，传统光学经纬仪监测方式，已逐步被现代电子设备所取代，直接获取点位平面坐标的同时，提高基坑监测点位的精度。经0.5"级高精度全站仪，应用于基坑水平位移监测中，经后视定向与定向检核之后，利用小棱镜高效采集监测点的坐标点信息，将所有监测点归算至同一坐标系中，相对于小角法在数据分析与现实上更加直观多样。本文在对小角法与坐标法相关理论分析的基础上，结合工程案例，探究了采用高精度全站仪，直接测定监测点坐标的方法，通過正倒镜测回观测，降低粗差概率，提升测量成果精度，在复杂的大型基坑水平位移监测中，具有一定的实践参考价值。
参考文献：
[1]冯文滨，吉文来. 某地下车库深基坑监测及其成果分析[J]. 现代测绘，2011，（4）：22-24.
[2]张建坤，王金明，贾亮. 自由设站法进行基坑监测的精度分析[J]. 测绘工程，2011，（4）：74-76.
[3]全金谊，张兴国，王磊.高精度测量仪器在基坑监测中的应用-以济南市大明湖路武岳庙历史建筑保护基坑监测项目为例[J]. 城市勘测，2013，（2）：150-153.
[4]郝埃俊. 浅谈深基坑监测存在的若干问题[J]. 测绘与空间地理信息，2012，（5）：162-164.
作者简介：
陈洪刚（1981-），男，汉族，安徽阜阳人，助理工程师，主要从事地质测绘与工程测量工作。
【关键词】深基坑;小角法;坐标法;水平位移
城市建设过程中，为提高土地利用的质量，增加地块容积率，许多高层建筑或大型商业区通常要开挖深基坑，增加地块的地下空间，同时伴随建筑技术的提升，基坑开挖的规模与深度也不断增加，加之基坑周边原始地形相对复杂，为此要以基坑支护方案为依据，加强对深基坑的变形监测工作，指导基坑的安全施工。
深基坑在工程中的实际水平位移分为基坑围护桩顶端水平位移与基坑深层土体位移。深层土地位移的监测通常借助埋设测斜管，连接测读器与探头，进行土体深层位移测定;围护桩顶部水平位移监测，按照测量方法的差异，可分为视准线法、极坐标测量法、小角法等。
1 小角法位移监测
在基坑施工中，采用小角法进行水平位移测量的方式较为常见，下面以小角法为例，分析深基坑水平位移监测的相关原理，如图1：
图1 小角法测量原理
小角法观测相应的计算公式为：
（1）
式中α为偏角，即小角，单位为秒;D为观测点至仪器的视线长平距，单位为米;d即为水平偏距;ρ=206265。
以基坑的直线边作为轴线，形成基准方向，然后根据测站与监测点连线同基准方向间的夹角作为小角α，再测量相应的距离D进而求解出监测点与基准线的偏距d。其精度受限于距离和角度的测量，小角测量中按照首次观测的距离D为依据进行计算，因而误差集中于测角的精度。其观测中误差为：
（2）
根据两次不同时期的角度观测量，计算求解同一监测点与基准线的偏距差值，即求得该点位的水平位移观测量。
小角法点位布设相对简单，原理较为清晰，但数值移动方向上上存在单一性，仅可求解垂直基坑基线方向的变化量，而且点位偏倚基线的角度不宜过大，难以发挥测量的总体优势。
2 坐标法水平位移监测
坐标法实质即根据稳固的监测基准点控制网，首先以后方交会的形式，确定仪器当前点位的平面坐标，然后对基坑坐标监测点的边长与角度，进行同时观测，按照极坐标测量的原则，由全站仪自动求解显示水平坐标的方法;各待测点水平坐标（x，y）的求解公式为：
（3）
式中，D为监测点与仪器水平距离，α为测站与监测点连线的坐标方位角。
对于强制对中与自由设站后的极坐标测量而言，避免了仪器对中误差，故坐标法测量的误差主要是测距与测角误差、测站起始差，按照误差传播定律，相应的待测点位坐标中误差M则为：
（4）
式中，mα为测角中误差，mD为测站与待测点间平距测量误差，mk为测站起始误差。
3 深基坑水平位移监测实例分析
现某居住小区地处繁华地段，为建设双层地下停车场，需开挖长172m，宽126m的基坑，西侧为原有粉喷桩地基高层建筑3栋，距离基坑边缘15米左右，其余地段较为开阔，为确保基坑开挖与建筑施工时期的安全，现对其开展竖向与水平变形监测工作，本文仅对其基坑水平位移情况进行说明，点位重复性测绘的周期和水平位移监测精度，依《建筑基坑工程监测技术规范》执行。
施测过程中，首先在远离基坑、相对稳定的地段布设工作基点4个，编号JD01-JD04，并以3个月为周期进行工作基点的复测检核;其次在基坑围护桩顶部冠梁上，植入顶部“十”字结构的监测标志25个，并浇筑一定的混凝土;最后经一周稳定期，采用徕卡TS30高精度全站仪对基坑水平位移监测点进行坐标采集工作，坐标测量时采用正倒镜方法，盘左与盘右方式采集坐标各2次，消除2C互差，取盘左、盘右的测量均值作为本期坐标值注：监测点坐标中误差，系指监测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差，为点位中误差的1/。
图2 J02点水平位移变化曲线图
以J02点为例对其水平坐标进行分析，除5月6日—5月27日开挖施工期间水平位移有较大变化外，其余时段点位变化不显著，具体水平位移与时间的变化曲线如图3所示。通过对围护桩顶部水平位移监测，工程施工期间未发现明显安全隐患，除西侧高层建筑物附近桩顶水平位移在7mm左右外，其余点位水平变化均在5mm以下，有效保障了基坑开挖施工的顺利进行。
4 结语
伴随测绘仪器精度的提升，传统光学经纬仪监测方式，已逐步被现代电子设备所取代，直接获取点位平面坐标的同时，提高基坑监测点位的精度。经0.5"级高精度全站仪，应用于基坑水平位移监测中，经后视定向与定向检核之后，利用小棱镜高效采集监测点的坐标点信息，将所有监测点归算至同一坐标系中，相对于小角法在数据分析与现实上更加直观多样。本文在对小角法与坐标法相关理论分析的基础上，结合工程案例，探究了采用高精度全站仪，直接测定监测点坐标的方法，通過正倒镜测回观测，降低粗差概率，提升测量成果精度，在复杂的大型基坑水平位移监测中，具有一定的实践参考价值。
参考文献：
[1]冯文滨，吉文来. 某地下车库深基坑监测及其成果分析[J]. 现代测绘，2011，（4）：22-24.
[2]张建坤，王金明，贾亮. 自由设站法进行基坑监测的精度分析[J]. 测绘工程，2011，（4）：74-76.
[3]全金谊，张兴国，王磊.高精度测量仪器在基坑监测中的应用-以济南市大明湖路武岳庙历史建筑保护基坑监测项目为例[J]. 城市勘测，2013，（2）：150-153.
[4]郝埃俊. 浅谈深基坑监测存在的若干问题[J]. 测绘与空间地理信息，2012，（5）：162-164.
作者简介：
陈洪刚（1981-），男，汉族，安徽阜阳人，助理工程师，主要从事地质测绘与工程测量工作。