1、精選優質文檔-傾情為你奉上第 34 卷 第 6 期2011 年 12 月測繪與空間地理信息GEOMATICS SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol 34，No 6Dec ，2011專心-專注-專業全站儀坐標法在深基坑水平位移監測中的精度分析與應用包民先1，2（1 江蘇省南京工程高等職業學校，江蘇 南京 ； 2 江蘇聯合職業技術學院 南京工程分院，江蘇 南京 ）摘要：針對施工場地狹窄，無法運用傳統方法進行變形觀測的情況下，對深基坑的水平位移監測提出了全站儀坐標法。對全站儀坐標法監測水平位移的精度進行分析，通過分析結果與工程實踐，驗證了對于不同等級要求的基坑水平位移監

2、測，只要選擇適當的全站儀進行作業，即能保證精度符合要求，提高作業效率。關鍵詞：全站儀坐標法；極坐標法；自由設站法；水平位移監測；深基坑中圖分類號：TU198文獻標識碼：B文章編號：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，為保證這些已有建筑物和地下管線的正常使用，就必須對

6、基坑的水平位移進在高層建筑物的深基坑施工中，為了確保支護結構和相鄰建筑物的安全，在施工過程中，要對深基坑變形情況進行隨時監測，保障施工過程中深基坑支護結構及周圍建筑物的穩定和安全。其中，深基坑圍護結構墻頂的水平位移監測是非常重要的。可靠、及時、準確的觀測數據對于施工過程的決策有著決定性影響。然而，實際施工現場往往場地非常狹窄，圍擋外常有既有的道路和建筑物，圍擋內有施工車輛等移動設備和臨時堆積材料，基坑周邊環境往往非常復雜。在施工場地范圍及周圍無法實施傳統的監測方法進行水平位移觀測，這一問題在目前深基坑的施工中廣泛存在，具有普遍性。當基坑離原行定期監測，以便發現異常情況能及時采取處理措施，將水平

7、位移限制在允許值之內。基坑水平位移監測的常用方法主要有經緯儀視準線法、小角度法等，這些方法的特點是使用經緯儀即可進行觀測，基于基坑附近有相對穩定的地面基準點為基礎，并保證在監測點通視的條件下才能實施。但在觀測基坑不同邊水平位移時需進行儀器搬站，觀測所需時間較長。常規的監測方法已不能適應城市深基坑施工的復雜環境。目前，隨著智能型全站儀的普及和應用，采用極坐標法或以極坐標法為基礎的自由設站法 （ 統稱為全站儀坐標變化法，簡稱為全站儀坐標法） ，可直接測定任意方向收稿日期：2010 11 25作者簡介：包民先（ 1977 ） ，男，山東海陽人，講師，河海大學測繪工程專業碩士研究生，主要從事工程測量方

8、面的教學與科研工作。256測繪與空間地理信息2011 年位移監測點的坐標，通過計算兩次坐標的變化量就可確定位移量。用全站儀坐標法進行基坑水平位移監測通常不需要搬站，一次測完所有點，可節約大量觀測時間，能有效排除基坑施工干擾及周邊土體變形的影響，通過相鄰周期坐標計算可以快速、準確地獲取監測點的位移量差，得：m 221。式中，m D 為全站儀測量距離的中誤差； m 為全站儀測量全站儀坐標法包括傳統的極坐標法和以極坐標為基礎的自由設站法。自由設站法是由兩個已知坐標的點作為后視點，首先求得測站點的坐標，然后通過測站點坐標測算出前視測站點的坐標。整個過程中，測站點的坐標僅起傳遞作用，從而每次測量時，測站

9、點的位置可以是隨意的 （ 但每次位置應大致相同） ，這種方式能很好地適應現場條件復雜，得到廣泛應用。因為它是以極坐標法為基礎對監測點進行測量，所以在這里只分析極坐標法。由于測量坐標的精度受距離測量精度和角度測量精度的共同影響，不太容易估算，給實際應用帶來一些問題。下面根據有水平角 的 中 誤 差。由 觀 測 誤 差 引 起 的 點 P 的 點 位 誤差為：22 2距離測量中誤差 m D 可按全站儀的標稱精度用公式m D = ± （ A + B × D） mm 計算，式中 A 為全站儀標稱精度中的固定誤差，以 mm 為單位； B 為全站儀標稱精度中的比例誤差系數，以 mm /

10、 km 為單位； D 為測距邊長度，以 km為單位。由上式可知，待定點的測點誤差與測角和測距的精度以及 P 點距離 A 點的平距有關。上式還可表達成：關測量誤差的理論，對全站儀坐標法監測基坑水平位移的精度進行分析并結合工程實例進行驗證。m2測 = D2D 2 211 1全站儀坐標法監測基坑水平位移的影響因素全站儀觀測誤差為使坐標法獲得較高精度，測距和測角的精度應相m D m =D 的距離，測角誤差將明顯地小于測距誤差； 而對于較長距對任何形狀的基坑現場，用全站儀來監測只需建立一條基準線 AB（ 如圖 1 所示） ，其測量原理如下： 對某測點P，利用全站儀同時測定水平角 和水平距離 D，則可利用

11、離，測角精度就不容易達到相應的測距精度。就全站儀而言，測距精度相對容易達到，外界氣象條件對測距的誤差影響相對小一些，容易實現其標稱精度。而測角時的觀測值（ ，D） 來計算出該點的坐標值（ x P ，y P ） ，即：2。1 2儀器對中誤差和目標點偏心誤差全站儀對中通常采用儀器自帶的激光對中器或光學對中器對中，當對中器和照準部水準器進行嚴格的檢驗校正后，這兩種方法的對中中誤差均可達到 ± 1 mm。目標點一般采用三腳架和棱鏡基座安置棱鏡，對中精度與儀器對中精度相等，即 m對中 = m偏心 = ± 1 mm。從坐標法觀測點位中誤差計算公式可見，起算點誤差對監測點的精度影響不容忽

12、視。所以當進行高精度觀測時，為減小儀器對中誤差和照準目標偏心誤差，可設置具有強制歸心裝置的觀測墩和具有強制對中裝置的棱鏡臺，此時儀器對中誤差和目標偏心誤差能達到 ± 0 1 mmFig 1圖 1 全站儀坐標法測量水平位移The horizontal displacement monitoring byTotal Station coordinate methodx P = x A + Dcos（ AB + ）以內，可以忽略不計，即 m對中 = m偏心 = 0 mm。1 3 點位中誤差在使用全站儀測量坐標時，由于儀器對中誤差、目標偏心誤差和觀測誤差相互獨立，因此根據誤差傳播定律，可以得

13、到點位中誤差的計算公式為：y P = y A + Dsin（ AB + ）式中 x A ，y A 為基準點 A 的坐標值； AB為基準線 AB 的方位角。兩期結果之差（ x i ，y i ） 即是該期間內 i 點的水平位移，其中 x i 為南北軸線方向的位移值，y i 為東西軸線22全站儀坐標法水平位移測量點位精度分析方向的位移值。不計已 知 點 誤 差，微 分 上 述 兩 式 并 轉 換 為 中 誤工程測量規范規定，在進行水平位移監測時，位移點的點位中誤差對于一等要求為 ± 1 5 mm ，對于二等要( m )m2x = cos2 （ AB + ） m2D + D2 sin2 （

14、AB + ）+ ） ( )m2y = sin2 （ AB + ） m2D + D2 cos2 （ AB和累計位移量( )m m2D + D2m測 = ±槡m x + m y = ±槡 ( Dm ) + ( Dm ) 互匹配。全站儀在精度設計時，一般取，對于較短旁折光影響，作用更為顯著，不易控制+ m2偏心 + m2觀測m P = ±槡m對中第 6 期包民先： 全站儀坐標法在深基坑水平位移監測中的精度分析與應用2573。下 面 結 合 規 范 的 要 求 和 表 1 進 行和 2（ m = 2 0，m D = 2 mm + 2 × 106mm） 級全站儀為

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，對測定不同距離的水平位移的點位中誤差進行精度分析見表 1。表 1全站儀坐標法水平位移測量點位精度分析表（點位中誤差單位：mm）Tab 1The accuracy analysis of horizontal displacement monitoring by Total Stationcoordinate method （ Unit of RMSE of point location：mm）點

16、位測定精度 / mm全站儀到監測點距離光學對中（ m對中 = m偏心 = ± 1 mm）強制對中（ m對中 = m偏心 = 0 mm）D /m25501001502003004000 5級（ 0 5 1 + 1）± 1 75± 1 77± 1 81± 1 86± 1 92± 2 05± 2 211級（ 1 1 + 2）± 1 77± 1 81± 1 92± 2 05± 2 21± 2 58± 3 002級（ 2 2 + 2）± 2 50

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

18、; 2 72± 3 09± 3 90± 4 78（ 表中加粗斜體數字表示接近一等精度要求 ± 1 5 mm； 陰影數字表示接近二等精度要求 ± 3 0 mm）從表 1 中可以看出：1） 對于一等精度要求，必須采用強制對中且全站儀的等級不低于 1級，將 1級全站儀改為 0 5級全站儀時，距離限值由 150 m 放寬至 300 m； 采用光學對中即使采用該項目基坑安全等級為二級。根據基坑支護設計要求，并結合工程實踐經驗，對該工程監測項目提出以下警戒值： 基坑支護樁頂部水平位移報警值為 50 mm，每天發展不超過 3 mm。最高等級的全站儀也難以達到

19、要求。3 2觀測方案2） 對于二等精度要求，采用強制對中且等級高于 1級的全站儀很容易達到要求，若采用 2 級距離限制在200 m以內； 若采用光學對中，則 0 5級的全站儀很容易達到要求，1級全站儀限制在 400 m 以內，2級全站儀限制在 150 m 以內。3） 需要說明的是，全站儀的標稱精度中，測距精度相對容易達到，外界氣象條件對測距的誤差作用相對小些，容易實現其標稱精度。而測角精度，以 2級全站儀的代表 TC 802 為例，2只是表明儀器內部精度，它是在室內試驗場地獲得的數值，不代表實際作業中的精度，實際測角水平位移觀測采用徠卡 TC 802 全站儀，其測角精度為2，測距精度為 2 m

20、m + 2 ppm，按全站儀坐標法對埋設于支護結構上的水平位移標志進行觀測，每次觀測所得的各個監測點坐標與基坑開挖前進行的初始觀測相比較，所得的坐標差即為該監測點在本觀測周期內的累計位移值。監測點及控制點均采用特制的觀測標志，觀測標志上設強制對中標志，保證每次觀測均在同一點位上。按規范要求，本工程應采用的二等變形測量等級可以滿足監測需要。根據表1 的分析，采用強制對中時，當全站儀精度為（ 2 2 + 2） 時，距離限制在 200 m 以內，該工程符合這一條件。時的旁折光影響，作用更為顯著，不易被人們掌握。但3 3觀測結果分析是，以上精度估算可以作為一種定性的分析，實際作業時根據外業成果和同類儀

21、器的使用情況，采用多個測回來實現。在 58 期觀測過程中，基坑的 37 個位移監測點的累計水平位移量在 2 8 16 2 mm 之間，均未超過報 警 值（ 50 mm） ； 水平位移變化速率在 0 0 0 6 mm / d 之間，均33 1工程應用實例工程概況未達到報警值（ 3 0 mm / d） 。37 個位移監測點位移變化最大為 W5 號監測點，其累計水平位移量為 16 2 mm； 最大變化速率為 SW 3 和 SW 17 號 監 測 點，變 化 速 率 為某基坑工程為一層地下全埋式車庫，框架剪力墻結2約為 478 9 m，± 0 00 m 相當于絕對標高 12 50 m，本基坑

22、采用相對標高，地下車庫底板板面標高為 7 60 m，坑底標高 8 30 m。0 6 mm / d，均未達到報警值。通過以上分析可知，采用全站儀坐標法，直接測定基坑圍護墻頂水平位移，根據精度分析而采用適當的全站儀，可以滿足該項目二級基坑的監測精度要求。（下轉第 260 頁）求為 ± 3 0 mm構，基礎為柱下獨立基礎。基坑面積約 10 849 6 m ，周長260測繪與空間地理信息2011 年至所有交點都被遍歷過一次，可得到另一個交，為 I5 ，I6 ，I7 ，I8 ，I5順次連接構成的閉合多邊形。得交集（ 陰影部分）表 3如圖 2 所示。A 表Tab 3Tabulation A點的位

23、置多邊形頂點及交點frontnext0A1141A2562A39103A11314I1055I2416I3177I4688I5799I68210I721111I8101212I9111313I1012314011011表 4B 表Tab 4Tabulation B點的位置多邊形頂點及交點frontnext0B1161B2782B39103B411124B513145B11516I2077I3618I4199I98210I821111I510312I631313I712414I1041515I1145011在另一多邊形的邊上。考慮到在實際應用中，兩多邊形的頂點相互重合和一多邊形的頂點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