鄒道磊 楚國(guó)天 代 杰

（1、菏澤市測(cè)繪院，山東 菏澤 274000 2、山東軌道交通勘察設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250000）

1 概述

城市建設(shè)快速發(fā)展，基坑開挖的深度增加及監(jiān)測(cè)區(qū)域增大，為保證基坑施工建設(shè)安全以及基坑周邊建筑物的安全，應(yīng)加強(qiáng)基坑變形監(jiān)測(cè)。在建筑物基坑邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)中，邊坡的垂直位移監(jiān)測(cè)采用精密二等水準(zhǔn)測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移監(jiān)測(cè)采用測(cè)量機(jī)器人測(cè)量方法[2-3]。在實(shí)際的建設(shè)工地現(xiàn)場(chǎng)，由于基坑周邊建設(shè)護(hù)欄，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜造成工作基點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的通視較差，對(duì)基坑邊坡監(jiān)測(cè)造成很大的影響。本文基坑邊坡水平位移監(jiān)測(cè)方法采用全站儀測(cè)量機(jī)器人自由設(shè)站法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 測(cè)量機(jī)器人測(cè)量原理及誤差分析

2.1 測(cè)量原理

全站儀測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)包括：電子測(cè)角、電子測(cè)距等系統(tǒng)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)方式通過全站儀自動(dòng)搜索識(shí)別和自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)，從而獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間三維坐標(biāo)。全站儀通過極坐標(biāo)法進(jìn)行測(cè)量，獲取斜距及水平角和垂直角，計(jì)算得出三維坐標(biāo)。

圖1 全站儀測(cè)量原理

2.2 反射棱鏡的誤差影響

反射棱鏡是一個(gè)直角三棱錐體。反射棱鏡具有以下特性：入射光線和反射光線平行；不同反射路線其棱鏡內(nèi)部光程相等。不同的入射角對(duì)棱鏡內(nèi)光程有一定的影響。其光程會(huì)隨著入射角變化而變化，其式（2）如下：

其光程D 變化量差值在的全站儀測(cè)距結(jié)果能體現(xiàn)出來?；颖O(jiān)測(cè)中使用的棱鏡其棱邊邊長(zhǎng)a=75mm、棱鏡折射率n=1.52，棱鏡內(nèi)光程D 隨入射角i 的變化的關(guān)系如圖2。

圖2 光程值與入射角變化關(guān)系

根據(jù)入射角與光程差值變量關(guān)系，要使棱鏡內(nèi)光程變化差值小于1mm，光線入射角應(yīng)小于150。當(dāng)全站儀與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離較短時(shí)，應(yīng)增強(qiáng)反射棱鏡的定向瞄準(zhǔn)操作精度。

3 測(cè)量機(jī)器人定位精度分析

基于空間極坐標(biāo)測(cè)量原理即可求定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在該空間直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，因測(cè)量機(jī)器人只進(jìn)行邊坡水平位移監(jiān)測(cè)[4-5]，垂直方向精度不再進(jìn)行分析。對(duì)式（1）求偏導(dǎo)得出平面位置中誤差

式中D 測(cè)站點(diǎn)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)斜距，β 為高度角，α 為目標(biāo)點(diǎn)的方位角。拓普康MS05AXII 測(cè)量機(jī)器人的測(cè)角精度為0.5″，棱鏡可達(dá)到工業(yè)級(jí)的0.6mm + 1ppm；反射片可達(dá)到0.5mm + 1ppm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖顯示監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高度角都小于15°，在不考慮球氣差的改正，根據(jù)式（3）得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的中誤差分布如圖4 所示。

圖3 入射角與光程差值的變量關(guān)系

根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值（表1）所示，基坑的邊坡樁錨、排樁支護(hù)段頂部水平位移累計(jì)報(bào)警值為35mm，變化速率報(bào)警值為4mm/d。根據(jù)基坑頂部的水平位移監(jiān)測(cè)精度（表2）及水平監(jiān)測(cè)預(yù)警值確定（表1）所示，此項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差小等于1.5mm。

表1 基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值

表2 水平位移監(jiān)測(cè)精度要求

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖顯示監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)到工作基點(diǎn)的距離最大280m, 在不考慮在不考慮球氣差的改正時(shí)，根據(jù)圖4 得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)最大坐標(biāo)中誤差為1.049mm，所以拓普康MS05AXII 高精度全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度滿足于水平位移監(jiān)測(cè)精度要求。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)中誤差曲線圖

4 基坑監(jiān)測(cè)與資料分析

在菏澤謀寫字樓工程建筑物基坑工地，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境布置如圖5 所示的后方交會(huì)控制網(wǎng)，其中A、B、C、D4 位基坑觀測(cè)的平面基準(zhǔn)點(diǎn)，平面控制點(diǎn)布設(shè)在施工場(chǎng)地附近的已有建筑物上，建筑物位于基坑影響以外。4 個(gè)控制點(diǎn)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，用拓普康測(cè)量機(jī)器人以4 個(gè)測(cè)回進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，通過評(píng)查得出4個(gè)控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，坐標(biāo)取位至0.1mm。

圖5 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

進(jìn)行基坑觀測(cè)時(shí)分別在M1、M2 位置自由設(shè)站安置測(cè)量機(jī)器人，自動(dòng)觀測(cè)4 個(gè)控制點(diǎn)和27 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每次檢測(cè)都在微風(fēng)光照照射較弱的條件下觀測(cè)，每期數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立自動(dòng)觀測(cè)3 次。

基坑監(jiān)測(cè)周期為2021-3-10-2021-7-30，基坑開挖及支護(hù)、基礎(chǔ)施工期間檢測(cè)頻率高，施工到達(dá)正負(fù)零以上，檢測(cè)頻率逐漸降低。監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移隨時(shí)間的變化曲線如圖6 所示。

圖6 基坑邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面位移圖

圖6 中所示基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)在基坑開挖及支護(hù)、基礎(chǔ)施工期間水平位移量較大，施工到達(dá)正負(fù)零以上水平位移量不怎么變化，最后幾期監(jiān)測(cè)水平位移趨于平穩(wěn)。

5 結(jié)論

本文分析了通過拓普康MS05AXII 高精度全站儀自由設(shè)站及自動(dòng)跟蹤觀測(cè)相結(jié)合的方法，所獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果能夠滿足基坑邊坡監(jiān)測(cè)的精度要求。本文只是驗(yàn)證拓普康高精度全站儀邊坡的水平位移監(jiān)測(cè)，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降觀測(cè)采用二等水準(zhǔn)測(cè)量，通過全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，節(jié)省了觀測(cè)時(shí)間，并且監(jiān)測(cè)成果具有了良好的可靠性。