吉訓(xùn)剛

摘要 傳統(tǒng)的全站儀需要有反射片或棱鏡作為協(xié)助目標(biāo)才能完成測距，在施工中具有一定的局限性。而免棱鏡全站儀有效融合了傳統(tǒng)全站儀與免棱鏡測距技術(shù)，目前被廣泛使用于工程建設(shè)中，特別適用于不方便放置棱鏡或反射片的地方進(jìn)行測距，如懸崖、石壁及高陡峭邊坡的監(jiān)測等。文章通過工程實例，分析免棱鏡全站儀在公路工程高邊坡位移監(jiān)測中應(yīng)用的方法及成果。

關(guān)鍵詞 免棱鏡全站儀;高邊坡;位移監(jiān)測

中圖分類號 U416.14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0069-03

0 引言

海南省橫線萬洋高速公路A1標(biāo)設(shè)計交樁控制點J26-J27段屬于深挖路塹，而由深挖路塹形成的落差達(dá)到20 m的高陡邊坡很容易導(dǎo)致滑坡、崩塌、傾倒等高邊坡常見病害的突發(fā)。為了保證作業(yè)人員的安全及施工的順利進(jìn)行，需要對設(shè)計交樁控制點J26-J27段高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測。而高邊坡的穩(wěn)定性評定指標(biāo)是指邊坡結(jié)構(gòu)某點或某區(qū)域位移有沒有發(fā)生位移突變，所以要對高邊坡進(jìn)行表面位移的整體監(jiān)測，以確認(rèn)高邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。因為此段高邊坡具有坡度陡、土體不穩(wěn)定的情況，所以宜采用免棱鏡全站儀進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測，經(jīng)過一個月的實地監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，最后得到此段高邊坡的位移狀態(tài)，為高邊坡的防護(hù)施工提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

設(shè)計交樁控制點J26-J27段高邊坡布設(shè)的位移監(jiān)測網(wǎng)組成包括控制點、施測點、監(jiān)測點三個組成部分，分別在公路高邊坡的坡腳 、中部及坡頂位置等地方按編號測點1～ 測點12布設(shè)了12個位移監(jiān)測點，有充分的監(jiān)測點能夠更準(zhǔn)確地測定高邊坡的變形情況。具體布置方案見圖 1～2。

監(jiān)測點布設(shè)完成后，以設(shè)計交樁控制點J26、J27為基準(zhǔn)點，并在高邊坡沿線路基外土質(zhì)穩(wěn)定處依次設(shè)置4個控制點，建立起監(jiān)測控制網(wǎng)。采取以交樁控制點J26～J27為基準(zhǔn)點且設(shè)置控制點密度比較高的原因在于，若在施工中導(dǎo)致部分控制點的損毀，也可采用其他控制點進(jìn)行補位施測，既不會對監(jiān)測產(chǎn)生大的影響，也能保證監(jiān)測成果的精度，同時也能用于公路項目的其他測量工作，保證現(xiàn)場施工的順利進(jìn)行。并且要不定時對控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測核驗，檢查控制點位是否發(fā)生移動及沉降，以確保高邊坡位移監(jiān)測的成果準(zhǔn)確。

2 儀器的檢定及精度核驗

2.1 儀器的檢定維修

全站儀由于經(jīng)常在野外使用及在運輸途中的振動和缺乏保養(yǎng)措施，導(dǎo)致儀器的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、電子元器件的自然老化等，會導(dǎo)致儀器性能發(fā)生變化，造成技術(shù)指標(biāo)的降低。為了全面掌握儀器的性能，合理使用儀器觀測到合格的測量成果。儀器在使用過程中必須定期進(jìn)行檢定。

由于免棱鏡全站儀是精密電子儀器，所以在使用的過程中如出現(xiàn)問題或故障不要隨意拆卸和調(diào)整，應(yīng)到具有儀器鑒定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定和維修。國家計量檢定規(guī)程規(guī)定，全站儀的檢定周期不能超過1年。

全站儀的檢定項目可分為三部分，即光電測距系統(tǒng)的檢定、電子測角系統(tǒng)的檢定、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢定。在檢定機(jī)構(gòu)給的檢定結(jié)果符合要求后才能用于監(jiān)測工作。

2.2 儀器的精度核驗

在進(jìn)行施測前，免棱鏡全站儀的測量精度能不能達(dá)到高邊坡位移監(jiān)測的規(guī)范要求至關(guān)重要。目前國內(nèi)外用于測量的免棱鏡全站儀型號種類眾多，但是各種品牌型號的免棱鏡全站儀的測量原理及其基本功能一樣。

該次施測所采用的儀器是拓普康MS05全站儀，屬于超精密三維自動化測量的新型測量機(jī)器人。拓普康MS05全站儀的EDM在免棱鏡的情況下為3R級激光測量，它的測角精度達(dá)到0.5″，測距使用的是共軸相位比較測量系統(tǒng)，其精度可達(dá)到亞毫米級。在使用反射片為協(xié)作目標(biāo)時，測量精度達(dá)到±（0.5+1 ppm*D）mm;在使用AP/CP棱鏡為協(xié)作目標(biāo)情況下的測量精度可達(dá)到（0.8+1 ppm*D）mm;在使用免棱鏡的情況下的測量精度最高可達(dá)到（1+1 ppm*D）mm。

在經(jīng)過多種多次數(shù)的測試后，拓普康MS05全站儀的各項指標(biāo)都符合規(guī)范要求。

（1）全站儀的測角、測距標(biāo)稱精度符合表1[1]的規(guī)定。

（2）高邊坡地表水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測點精度符合表2[1]的要求。

（3）高邊坡地表垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測點精度符合表3[1]的要求。

3 監(jiān)測點的觀測

3.1 觀測前的準(zhǔn)備工作

（1）在進(jìn)行高邊坡位移監(jiān)測前必須達(dá)到全面地了解并掌握高邊坡防護(hù)工程的整體狀況和整個工程項目施工要求的目的。測量相關(guān)人員在施測前應(yīng)該研討各種監(jiān)測方法實施的可行性，確保整體監(jiān)測工作高質(zhì)量完成。

（2）在進(jìn)行施測前必須編制高邊坡位移監(jiān)測專項進(jìn)度計劃，以指導(dǎo)監(jiān)測項目按計劃實施。并且在實施過程中經(jīng)常檢查實際監(jiān)測進(jìn)度是否按計劃要求進(jìn)行，對出現(xiàn)的偏差分析原因，采取補救措施或調(diào)整，直到監(jiān)測工作最終完成。

（3）在測量前還必須對各種測量設(shè)備及工具進(jìn)行查缺補漏，保證各種測量輔助工具的齊全。并核對監(jiān)測點布置圖及控制點、工作點、監(jiān)測點等相關(guān)數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性。

3.2 監(jiān)測實施方案

水平及垂直位移的監(jiān)測原理主要是通過觀測角度、邊長等求得監(jiān)測點的平面坐標(biāo)及高程，將若干次所測得的平面坐標(biāo)及高程進(jìn)行相比對，得出監(jiān)測點的水平及垂直位移量。目前常用的監(jiān)測方法有基準(zhǔn)線法、交會測量法、三角網(wǎng)測量法、緊密導(dǎo)線網(wǎng)法等。除了這些方法外，還有專用測量法、攝影測量法和RTK測量法等。

高邊坡監(jiān)測的控制網(wǎng)采用的是海南平面坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)，所以在觀測后無須通過對數(shù)據(jù)的處理和計算就可以在儀器上得出平面坐標(biāo)及高程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。觀測點的平面布置要符合D級GPS網(wǎng)的要求，按照三等水準(zhǔn)的相關(guān)要求及規(guī)范去觀測高程。另外，在首次對高邊坡位移監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行觀測時，需要先獨立對控制點、工作測點及監(jiān)測點進(jìn)行試測，確認(rèn)所測得的坐標(biāo)及高程分別要符合海南平面坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)，從而構(gòu)建兼具穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的監(jiān)測系統(tǒng)。

在對監(jiān)測點進(jìn)行觀測之前，要檢驗各監(jiān)測點及工作點的穩(wěn)定性，檢驗的結(jié)果符合要求后可以進(jìn)行觀測。如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了變化，必須在控制點對監(jiān)測點及工作點的三維位置進(jìn)行重新測定。在進(jìn)行觀測的過程中，每個監(jiān)測點進(jìn)行兩個回合，并且要保證每個測回進(jìn)行三次的讀數(shù)，如果三次觀測所產(chǎn)生的誤差小于2 mm，則選擇其算術(shù)平均值。

最后，采用監(jiān)測全時段三維坐標(biāo)來反映所有監(jiān)測點的變化狀態(tài)，根據(jù)所使用的測量方法、觀測儀器及監(jiān)測項目的特點，如果某一側(cè)的多數(shù)監(jiān)測點的三維坐標(biāo)差均大于預(yù)警值（見表4）[2]，而且能夠看出一定的變化規(guī)律，則預(yù)示著邊坡存在不穩(wěn)定的趨勢，應(yīng)針對這種情況采取針對性的措施。

3.3 注意事項

（1）觀測盡量選擇在白天，且光線比較好的時段，在光線好的情況下更能清晰地照準(zhǔn)監(jiān)測點，測出來的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。

（2）該監(jiān)測項目的相關(guān)負(fù)責(zé)人，必須確保隨時互相溝通及交換意見，以防在出現(xiàn)異常情況的時候而不能相互協(xié)作處理突發(fā)事件。

（3）負(fù)責(zé)監(jiān)測及現(xiàn)場的施工各方要保護(hù)好監(jiān)測點，提前對監(jiān)測點及控制點做好加固措施，并設(shè)置醒目的防損壞標(biāo)志，防止出現(xiàn)無意的人為破壞。

（4）在進(jìn)行觀測時必須保證監(jiān)測點標(biāo)號的一致性，以防出現(xiàn)記錄混亂而導(dǎo)致錯誤。

（5）觀測時的儀器操作要符合規(guī)范要求，避免不規(guī)范的操作對儀器造成損壞，同時要注意現(xiàn)場施工情況，保證監(jiān)測過程中相關(guān)測量人員的安全。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理

根據(jù)上述觀測實施方案描述的對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方式，將此次高邊坡位移監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，表5為第一次（即監(jiān)測點基準(zhǔn)值）和最后一次的監(jiān)測結(jié)果。

根據(jù)表5第一次和最后一次對高邊坡位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)得知，各監(jiān)測點的三維坐標(biāo)差值都在規(guī)定的預(yù)警值之內(nèi)，且不存在明顯規(guī)律性的移動情況，項目各分部分項工程可正常施工。不過，只有一個月的監(jiān)測周期只是能在這段周期內(nèi)給施工提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還無法最終的去判斷高邊坡最終的位移情況，仍然需要多次和多種情況下的監(jiān)測，如在海南常見的大暴雨、臺風(fēng)等極端天氣出現(xiàn)過后的監(jiān)測情況，才能對高邊坡的位移情況獲得更加合理的判斷。

5 結(jié)語

免棱鏡全站儀在公路工程高邊坡位移監(jiān)測中的應(yīng)用作為一種新型技術(shù)，該文通過工程實例對其進(jìn)行分析及論證，驗證了其可靠性。相較于有棱鏡全站儀，其優(yōu)點在于不需要在監(jiān)測點上安置棱鏡即可完成測量。不僅解決了陡坡地形放置棱鏡難度大、觀測不穩(wěn)定、對工作人員要求較多等不利情況導(dǎo)致高邊坡位移監(jiān)測效率較低的問題，還可以獲得觀測精度較高的三維坐標(biāo)。在滿足監(jiān)測精度要求的前提下，既節(jié)約了人力成本，而且還大幅度提高了工作效率，具有可推廣性與可使用性。

參考文獻(xiàn)

[1]河北省市場監(jiān)督管理局.山區(qū)高速公路路塹邊坡安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范： DB 13/T 5265—2020[S].2020-11-19.

[2]王紅明， 高健， 詹偉， 等. 公路邊坡監(jiān)測項目及預(yù)警值分析[J]. 人民長江， 2019（S2）： 155-158+178.