劉　駿

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300142)

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地鐵車站周邊建筑物傾斜監(jiān)測新方法應用研究

劉駿

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300142)

地鐵車站施工過程中，需要對周邊建筑物進行高頻次、高精度的重復監(jiān)測。常規(guī)監(jiān)測方法對通視條件、擺站位置等要求較高。提出一種基于免棱鏡全站儀的建筑物傾斜監(jiān)測新方法，該方法僅需一人，一臺儀器，可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由設站，構建獨立坐標系，數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過坐標變換與處理即可得到建筑物傾斜數(shù)據(jù)，具有良好的適用性和通用性。

工程測量建筑物傾斜監(jiān)測

大規(guī)模的地下工程施工往往會對施工影響范圍內的建構筑物造成一定的不均勻沉降，危及建構筑物的結構安全。因此，對施工影響范圍內的建構筑物傾斜進行及時、準確的監(jiān)測就成為了一項十分重要的工作。常規(guī)的傾斜監(jiān)測方法有投點法、水平角法、前方交會法、差異沉降法等。前三種方法往往對測站位置、通視條件、人員數(shù)量等要求較高，不利于高頻次的重復觀測，在觀測方向選取時也具有一定的隨意性，往往會對結果的精度造成一定影響。而利用差異沉降反求建筑整體傾斜往往只能得到監(jiān)測時段內的傾斜值，很難得到絕對傾斜值，具有一定的局限性?；诿饫忡R全站儀，提出一種更快捷高效的傾斜監(jiān)測方法，可以更好地滿足地下軌道交通工程對周邊建構筑物傾斜監(jiān)測的要求。

1　傾斜監(jiān)測新方法

提出基于免棱鏡全站儀的傾斜監(jiān)測新方法，其方法步驟如下。

(1)建立坐標參照系

如圖1所示，沿建構筑物長度方向設置定向點，作為建構筑物傾斜監(jiān)測的后視點和坐標系變換的公共點(見圖1所示P1、P2兩點)。定向點的形式可以采用貼反射片的形式，在滿足通視的情況下應盡量靠近建構筑物底部，數(shù)量應不少于2個(坐標系旋轉需要)，高程應盡量接近，間距盡量遠一些。反射片與墻面貼合要緊密、牢固，防止脫落。

圖1　建構筑物傾斜監(jiān)測點設置示意

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，選擇任意合適的觀測位置架設免棱鏡全站儀，瞄準P1反射片，置零，讀數(shù)，完成后視定向；再觀測P2反射片，完成坐標參照系的構建。

(2)傾斜監(jiān)測點組數(shù)據(jù)采集

傾斜監(jiān)測點組一般選擇在建構筑物的立柱角點或者其它明顯的界限處，上下成組布設(如圖1中A1～A8)，以求得建構筑物的傾斜數(shù)據(jù)。免棱鏡全站儀定向完成后，依次瞄準傾斜監(jiān)測點組進行數(shù)據(jù)采集、存儲。

(3)坐標變換與傾斜計算

經(jīng)過傾斜數(shù)據(jù)采集后，即可得到每一個傾斜監(jiān)測點的三維坐標，利用步驟(1)當中設置的定向點坐標可擬合求出旋轉參數(shù)。將傾斜監(jiān)測點的三維坐標統(tǒng)一旋轉到平行于建筑物某一立面的坐標系中，計算兩個方向的傾斜量；再加上測得的上下部高程之差，即可計算出各點的傾斜率。

2　精度分析

根據(jù)極坐標公式

其中，(x，y，H)為傾斜監(jiān)測點三維坐標；(x0，y0，H0)為測站點三維坐標，一般可以假設為(1 000，1 000，10)；D為水平距；α為水平方位角。

根據(jù)誤差傳播定律可知

其中，mx，my分別為x，y方向的中誤差；mp為點位中誤差；D為水平距離；α為方位角；md為測距中誤差；mα為方位角中誤差；ρ=206 265。

對于第三方監(jiān)測而言，監(jiān)測儀器精度一般要高于施工監(jiān)測儀器的精度，免棱鏡全站儀的精度不低于測角精度1″、測距精度±(1+2×10-6D)mm；對于軌道交通而言，除非規(guī)模較大的交通樞紐工程，施工影響范圍一般不會超過200m。根據(jù)上述參數(shù)進行最大點位誤差估算可得

mp≈±1.7 mm

《建筑變形測量規(guī)程》(JGJ8—2007)、《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》(GB50497—2009)對變形測量位移觀測等級為二級的精度要求是觀測點坐標中誤差≤3 mm；而本文提出方法的最大估算點位中誤差極大值為1.7 mm，滿足規(guī)范要求。若將測距范圍控制在150 m范圍內，則可以滿足變形測量位移觀測等級一級的精度要求(觀測點坐標中誤差≤1.5 mm)。

3　工程案例

為了驗證本文提出方法的效果，對某一車站基坑附近的建筑物進行了傾斜觀測。某建筑物平面示意及監(jiān)測點組分布如圖2所示。

圖2　建筑傾斜監(jiān)測點組布置示意

測站數(shù)據(jù)假設為(100，100，5)，為了說明效果，選用鄰近基坑一側的傾斜觀測為例進行說明(監(jiān)測方法前文已有詳細說明，這里不在贅述)。鄰近基坑一側的傾斜觀測原始數(shù)據(jù)如表1。

表1　建筑物傾斜觀測原始數(shù)據(jù)

J1、J5的兩個下部點為該建筑物距離最遠的兩個下部點，也是本案例中的定向點，經(jīng)過旋轉后的數(shù)據(jù)如表2。

表2　坐標旋轉后監(jiān)測點數(shù)據(jù)

通過展點數(shù)據(jù)可以看出，傾斜監(jiān)測點/組已經(jīng)旋轉到與建筑物立面平行的坐標系當中，進而可以計算出建構筑物在X、Y方向的傾斜數(shù)據(jù)(如表3、圖3)。

表3　構筑物傾斜數(shù)據(jù)

圖3　坐標轉換前后監(jiān)測點組平面示意

4　結束語

針對地鐵建設施工過程中周邊建構筑物傾斜監(jiān)測頻率高、人員要求較多、常規(guī)傾斜監(jiān)測測試強度較大、影響信息化施工等難題，提出一種基于免棱鏡全站儀的傾斜監(jiān)測新方法。該方法可以自由設站，對于復雜多變的施工現(xiàn)場具有較強的適應能力；只要一臺儀器、一名測量人員就可以完成所有的傾斜監(jiān)測任務。理論分析與案例實踐表明，該方法能夠更好地滿足建設施工對監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、及時的要求，具有很強的使用性和通用性。

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Application Research on the New Method of Inclination Monitoring of the Buildings Surrounding Metro Station

LIU Jun

2016-05-20

劉駿(1978—)，男，2009年畢業(yè)于西南交通大學土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)04-0017-03

TU196

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