1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第 34 卷 第 6 期2011 年 12 月測(cè)繪與空間地理信息GEOMATICS SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol 34，No 6Dec ，2011專心-專注-專業(yè)全站儀坐標(biāo)法在深基坑水平位移監(jiān)測(cè)中的精度分析與應(yīng)用包民先1，2（1 江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 ； 2 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京工程分院，江蘇 南京 ）摘要：針對(duì)施工場(chǎng)地狹窄，無(wú)法運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形觀測(cè)的情況下，對(duì)深基坑的水平位移監(jiān)測(cè)提出了全站儀坐標(biāo)法。對(duì)全站儀坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)水平位移的精度進(jìn)行分析，通過(guò)分析結(jié)果與工程實(shí)踐，驗(yàn)證了對(duì)于不同等級(jí)要求的基坑水平位移監(jiān)

2、測(cè)，只要選擇適當(dāng)?shù)娜緝x進(jìn)行作業(yè)，即能保證精度符合要求，提高作業(yè)效率。關(guān)鍵詞：全站儀坐標(biāo)法；極坐標(biāo)法；自由設(shè)站法；水平位移監(jiān)測(cè)；深基坑中圖分類號(hào)：TU198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672 5867（2011）06 0255 03Accuracy Analysis and Application of Total StationCoordinate Method in Horizontal DisplacementMonitoring of Deep Foundation PitBAO Min xian1，2（ 1 Nanjing Engineering Vocational College

3、of Jiangsu Province，Nanjing ，China；2 Nanjing Engineering Department of Jiangsu Union Technical Institute，Nanjing ，China）Abstract： It is proposed that the coordinate method should be used as the solution to the problems caused by narrower constructionsites where the traditional methods are not applic

4、able An analysis is carried out on the accuracy of horizontal displacement monitoringby Total Station coordinate method By engineering practice and results analysis，it verified the requirements for different levels of hori-zontal displacement of foundation pit Only if the appropriate operating Total

5、 Station was selected，the method can meet the require-ments to ensure accuracy and improve operational efficiencyKey words： Total Station coordinate method； polar coordinate method； free station method； horizontal displacement monitoring； deepfoundation pit0引言有建筑物或地下管線距離較近時(shí)，為保證這些已有建筑物和地下管線的正常使用，就必須對(duì)

6、基坑的水平位移進(jìn)在高層建筑物的深基坑施工中，為了確保支護(hù)結(jié)構(gòu)和相鄰建筑物的安全，在施工過(guò)程中，要對(duì)深基坑變形情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè)，保障施工過(guò)程中深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍建筑物的穩(wěn)定和安全。其中，深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測(cè)是非常重要的。可靠、及時(shí)、準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于施工過(guò)程的決策有著決定性影響。然而，實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)往往場(chǎng)地非常狹窄，圍擋外常有既有的道路和建筑物，圍擋內(nèi)有施工車輛等移動(dòng)設(shè)備和臨時(shí)堆積材料，基坑周邊環(huán)境往往非常復(fù)雜。在施工場(chǎng)地范圍及周圍無(wú)法實(shí)施傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行水平位移觀測(cè)，這一問(wèn)題在目前深基坑的施工中廣泛存在，具有普遍性。當(dāng)基坑離原行定期監(jiān)測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)異常情況能及時(shí)采取處理措施，將水平

7、位移限制在允許值之內(nèi)。基坑水平位移監(jiān)測(cè)的常用方法主要有經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法、小角度法等，這些方法的特點(diǎn)是使用經(jīng)緯儀即可進(jìn)行觀測(cè)，基于基坑附近有相對(duì)穩(wěn)定的地面基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，并保證在監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視的條件下才能實(shí)施。但在觀測(cè)基坑不同邊水平位移時(shí)需進(jìn)行儀器搬站，觀測(cè)所需時(shí)間較長(zhǎng)。常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法已不能適應(yīng)城市深基坑施工的復(fù)雜環(huán)境。目前，隨著智能型全站儀的普及和應(yīng)用，采用極坐標(biāo)法或以極坐標(biāo)法為基礎(chǔ)的自由設(shè)站法 （ 統(tǒng)稱為全站儀坐標(biāo)變化法，簡(jiǎn)稱為全站儀坐標(biāo)法） ，可直接測(cè)定任意方向收稿日期：2010 11 25作者簡(jiǎn)介：包民先（ 1977 ） ，男，山東海陽(yáng)人，講師，河海大學(xué)測(cè)繪工程專業(yè)碩士研究生，主要從事工程測(cè)量方

8、面的教學(xué)與科研工作。256測(cè)繪與空間地理信息2011 年位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算兩次坐標(biāo)的變化量就可確定位移量。用全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行基坑水平位移監(jiān)測(cè)通常不需要搬站，一次測(cè)完所有點(diǎn)，可節(jié)約大量觀測(cè)時(shí)間，能有效排除基坑施工干擾及周邊土體變形的影響，通過(guò)相鄰周期坐標(biāo)計(jì)算可以快速、準(zhǔn)確地獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量差，得：m 221。式中，m D 為全站儀測(cè)量距離的中誤差； m 為全站儀測(cè)量全站儀坐標(biāo)法包括傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法和以極坐標(biāo)為基礎(chǔ)的自由設(shè)站法。自由設(shè)站法是由兩個(gè)已知坐標(biāo)的點(diǎn)作為后視點(diǎn)，首先求得測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，然后通過(guò)測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)算出前視測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。整個(gè)過(guò)程中，測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)僅起傳遞作用，從而每次測(cè)量時(shí)，測(cè)站

9、點(diǎn)的位置可以是隨意的 （ 但每次位置應(yīng)大致相同） ，這種方式能很好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)樗且詷O坐標(biāo)法為基礎(chǔ)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所以在這里只分析極坐標(biāo)法。由于測(cè)量坐標(biāo)的精度受距離測(cè)量精度和角度測(cè)量精度的共同影響，不太容易估算，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)一些問(wèn)題。下面根據(jù)有水平角 的 中 誤 差。由 觀 測(cè) 誤 差 引 起 的 點(diǎn) P 的 點(diǎn) 位 誤差為：22 2距離測(cè)量中誤差 m D 可按全站儀的標(biāo)稱精度用公式m D = ± （ A + B × D） mm 計(jì)算，式中 A 為全站儀標(biāo)稱精度中的固定誤差，以 mm 為單位； B 為全站儀標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)，以 mm /

10、 km 為單位； D 為測(cè)距邊長(zhǎng)度，以 km為單位。由上式可知，待定點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)誤差與測(cè)角和測(cè)距的精度以及 P 點(diǎn)距離 A 點(diǎn)的平距有關(guān)。上式還可表達(dá)成：關(guān)測(cè)量誤差的理論，對(duì)全站儀坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)基坑水平位移的精度進(jìn)行分析并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。m2測(cè) = D2D 2 211 1全站儀坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)基坑水平位移的影響因素全站儀觀測(cè)誤差為使坐標(biāo)法獲得較高精度，測(cè)距和測(cè)角的精度應(yīng)相m D m =D 的距離，測(cè)角誤差將明顯地小于測(cè)距誤差； 而對(duì)于較長(zhǎng)距對(duì)任何形狀的基坑現(xiàn)場(chǎng)，用全站儀來(lái)監(jiān)測(cè)只需建立一條基準(zhǔn)線 AB（ 如圖 1 所示） ，其測(cè)量原理如下： 對(duì)某測(cè)點(diǎn)P，利用全站儀同時(shí)測(cè)定水平角 和水平距離 D，則可利用

11、離，測(cè)角精度就不容易達(dá)到相應(yīng)的測(cè)距精度。就全站儀而言，測(cè)距精度相對(duì)容易達(dá)到，外界氣象條件對(duì)測(cè)距的誤差影響相對(duì)小一些，容易實(shí)現(xiàn)其標(biāo)稱精度。而測(cè)角時(shí)的觀測(cè)值（ ，D） 來(lái)計(jì)算出該點(diǎn)的坐標(biāo)值（ x P ，y P ） ，即：2。1 2儀器對(duì)中誤差和目標(biāo)點(diǎn)偏心誤差全站儀對(duì)中通常采用儀器自帶的激光對(duì)中器或光學(xué)對(duì)中器對(duì)中，當(dāng)對(duì)中器和照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)校正后，這兩種方法的對(duì)中中誤差均可達(dá)到 ± 1 mm。目標(biāo)點(diǎn)一般采用三腳架和棱鏡基座安置棱鏡，對(duì)中精度與儀器對(duì)中精度相等，即 m對(duì)中 = m偏心 = ± 1 mm。從坐標(biāo)法觀測(cè)點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式可見，起算點(diǎn)誤差對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度影響不容忽

12、視。所以當(dāng)進(jìn)行高精度觀測(cè)時(shí)，為減小儀器對(duì)中誤差和照準(zhǔn)目標(biāo)偏心誤差，可設(shè)置具有強(qiáng)制歸心裝置的觀測(cè)墩和具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的棱鏡臺(tái)，此時(shí)儀器對(duì)中誤差和目標(biāo)偏心誤差能達(dá)到 ± 0 1 mmFig 1圖 1 全站儀坐標(biāo)法測(cè)量水平位移The horizontal displacement monitoring byTotal Station coordinate methodx P = x A + Dcos（ AB + ）以內(nèi)，可以忽略不計(jì)，即 m對(duì)中 = m偏心 = 0 mm。1 3 點(diǎn)位中誤差在使用全站儀測(cè)量坐標(biāo)時(shí)，由于儀器對(duì)中誤差、目標(biāo)偏心誤差和觀測(cè)誤差相互獨(dú)立，因此根據(jù)誤差傳播定律，可以得

13、到點(diǎn)位中誤差的計(jì)算公式為：y P = y A + Dsin（ AB + ）式中 x A ，y A 為基準(zhǔn)點(diǎn) A 的坐標(biāo)值； AB為基準(zhǔn)線 AB 的方位角。兩期結(jié)果之差（ x i ，y i ） 即是該期間內(nèi) i 點(diǎn)的水平位移，其中 x i 為南北軸線方向的位移值，y i 為東西軸線22全站儀坐標(biāo)法水平位移測(cè)量點(diǎn)位精度分析方向的位移值。不計(jì)已 知 點(diǎn) 誤 差，微 分 上 述 兩 式 并 轉(zhuǎn) 換 為 中 誤工程測(cè)量規(guī)范規(guī)定，在進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)，位移點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差對(duì)于一等要求為 ± 1 5 mm ，對(duì)于二等要( m )m2x = cos2 （ AB + ） m2D + D2 sin2 （

14、AB + ）+ ） ( )m2y = sin2 （ AB + ） m2D + D2 cos2 （ AB和累計(jì)位移量( )m m2D + D2m測(cè) = ±槡m x + m y = ±槡 ( Dm ) + ( Dm ) 互匹配。全站儀在精度設(shè)計(jì)時(shí)，一般取，對(duì)于較短旁折光影響，作用更為顯著，不易控制+ m2偏心 + m2觀測(cè)m P = ±槡m對(duì)中第 6 期包民先： 全站儀坐標(biāo)法在深基坑水平位移監(jiān)測(cè)中的精度分析與應(yīng)用2573。下 面 結(jié) 合 規(guī) 范 的 要 求 和 表 1 進(jìn) 行和 2（ m = 2 0，m D = 2 mm + 2 × 106mm） 級(jí)全站儀為

15、分析。以目前工程上較常用的 0 5（ m = 0 5，m D = 1 mm+ 1 × 10 6 mm） ，1（ m = 1 0，m D = 1 mm + 2 × 10 6 mm）例，對(duì)測(cè)定不同距離的水平位移的點(diǎn)位中誤差進(jìn)行精度分析見表 1。表 1全站儀坐標(biāo)法水平位移測(cè)量點(diǎn)位精度分析表（點(diǎn)位中誤差單位：mm）Tab 1The accuracy analysis of horizontal displacement monitoring by Total Stationcoordinate method （ Unit of RMSE of point location：mm）點(diǎn)

16、位測(cè)定精度 / mm全站儀到監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離光學(xué)對(duì)中（ m對(duì)中 = m偏心 = ± 1 mm）強(qiáng)制對(duì)中（ m對(duì)中 = m偏心 = 0 mm）D /m25501001502003004000 5級(jí)（ 0 5 1 + 1）± 1 75± 1 77± 1 81± 1 86± 1 92± 2 05± 2 211級(jí)（ 1 1 + 2）± 1 77± 1 81± 1 92± 2 05± 2 21± 2 58± 3 002級(jí)（ 2 2 + 2）± 2 50

17、± 2 58± 2 79± 3 07± 3 39± 4 15± 4 990 5 級(jí)（ 0 5 1 + 1）± 1 03± 1 06± 1 13± 1 21± 1 29± 1 49± 1 701級(jí)（ 1 1 + 2）± 1 06± 1 13± 1 29± 1 49± 1 70± 2 16± 2 652 級(jí)（ 2 2 + 2）± 2 06± 2 16± 2 40±

18、; 2 72± 3 09± 3 90± 4 78（ 表中加粗斜體數(shù)字表示接近一等精度要求 ± 1 5 mm； 陰影數(shù)字表示接近二等精度要求 ± 3 0 mm）從表 1 中可以看出：1） 對(duì)于一等精度要求，必須采用強(qiáng)制對(duì)中且全站儀的等級(jí)不低于 1級(jí)，將 1級(jí)全站儀改為 0 5級(jí)全站儀時(shí)，距離限值由 150 m 放寬至 300 m； 采用光學(xué)對(duì)中即使采用該項(xiàng)目基坑安全等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提出以下警戒值： 基坑支護(hù)樁頂部水平位移報(bào)警值為 50 mm，每天發(fā)展不超過(guò) 3 mm。最高等級(jí)的全站儀也難以達(dá)到

19、要求。3 2觀測(cè)方案2） 對(duì)于二等精度要求，采用強(qiáng)制對(duì)中且等級(jí)高于 1級(jí)的全站儀很容易達(dá)到要求，若采用 2 級(jí)距離限制在200 m以內(nèi)； 若采用光學(xué)對(duì)中，則 0 5級(jí)的全站儀很容易達(dá)到要求，1級(jí)全站儀限制在 400 m 以內(nèi)，2級(jí)全站儀限制在 150 m 以內(nèi)。3） 需要說(shuō)明的是，全站儀的標(biāo)稱精度中，測(cè)距精度相對(duì)容易達(dá)到，外界氣象條件對(duì)測(cè)距的誤差作用相對(duì)小些，容易實(shí)現(xiàn)其標(biāo)稱精度。而測(cè)角精度，以 2級(jí)全站儀的代表 TC 802 為例，2只是表明儀器內(nèi)部精度，它是在室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)地獲得的數(shù)值，不代表實(shí)際作業(yè)中的精度，實(shí)際測(cè)角水平位移觀測(cè)采用徠卡 TC 802 全站儀，其測(cè)角精度為2，測(cè)距精度為 2 m

20、m + 2 ppm，按全站儀坐標(biāo)法對(duì)埋設(shè)于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平位移標(biāo)志進(jìn)行觀測(cè)，每次觀測(cè)所得的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)與基坑開挖前進(jìn)行的初始觀測(cè)相比較，所得的坐標(biāo)差即為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在本觀測(cè)周期內(nèi)的累計(jì)位移值。監(jiān)測(cè)點(diǎn)及控制點(diǎn)均采用特制的觀測(cè)標(biāo)志，觀測(cè)標(biāo)志上設(shè)強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志，保證每次觀測(cè)均在同一點(diǎn)位上。按規(guī)范要求，本工程應(yīng)采用的二等變形測(cè)量等級(jí)可以滿足監(jiān)測(cè)需要。根據(jù)表1 的分析，采用強(qiáng)制對(duì)中時(shí)，當(dāng)全站儀精度為（ 2 2 + 2） 時(shí)，距離限制在 200 m 以內(nèi)，該工程符合這一條件。時(shí)的旁折光影響，作用更為顯著，不易被人們掌握。但3 3觀測(cè)結(jié)果分析是，以上精度估算可以作為一種定性的分析，實(shí)際作業(yè)時(shí)根據(jù)外業(yè)成果和同類儀

21、器的使用情況，采用多個(gè)測(cè)回來(lái)實(shí)現(xiàn)。在 58 期觀測(cè)過(guò)程中，基坑的 37 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)水平位移量在 2 8 16 2 mm 之間，均未超過(guò)報(bào) 警 值（ 50 mm） ； 水平位移變化速率在 0 0 0 6 mm / d 之間，均33 1工程應(yīng)用實(shí)例工程概況未達(dá)到報(bào)警值（ 3 0 mm / d） 。37 個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化最大為 W5 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其累計(jì)水平位移量為 16 2 mm； 最大變化速率為 SW 3 和 SW 17 號(hào) 監(jiān) 測(cè) 點(diǎn)，變 化 速 率 為某基坑工程為一層地下全埋式車庫(kù)，框架剪力墻結(jié)2約為 478 9 m，± 0 00 m 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高 12 50 m，本基坑

22、采用相對(duì)標(biāo)高，地下車庫(kù)底板板面標(biāo)高為 7 60 m，坑底標(biāo)高 8 30 m。0 6 mm / d，均未達(dá)到報(bào)警值。通過(guò)以上分析可知，采用全站儀坐標(biāo)法，直接測(cè)定基坑圍護(hù)墻頂水平位移，根據(jù)精度分析而采用適當(dāng)?shù)娜緝x，可以滿足該項(xiàng)目二級(jí)基坑的監(jiān)測(cè)精度要求。（下轉(zhuǎn)第 260 頁(yè)）求為 ± 3 0 mm構(gòu)，基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。基坑面積約 10 849 6 m ，周長(zhǎng)260測(cè)繪與空間地理信息2011 年至所有交點(diǎn)都被遍歷過(guò)一次，可得到另一個(gè)交，為 I5 ，I6 ，I7 ，I8 ，I5順次連接構(gòu)成的閉合多邊形。得交集（ 陰影部分）表 3如圖 2 所示。A 表Tab 3Tabulation A點(diǎn)的位

23、置多邊形頂點(diǎn)及交點(diǎn)frontnext0A1141A2562A39103A11314I1055I2416I3177I4688I5799I68210I721111I8101212I9111313I1012314011011表 4B 表Tab 4Tabulation B點(diǎn)的位置多邊形頂點(diǎn)及交點(diǎn)frontnext0B1161B2782B39103B411124B513145B11516I2077I3618I4199I98210I821111I510312I631313I712414I1041515I1145011在另一多邊形的邊上。考慮到在實(shí)際應(yīng)用中，兩多邊形的頂點(diǎn)相互重合和一多邊形的頂點(diǎn)在另一多邊形的邊上這兩種情況不多，但這兩種情況的類型較多