智能全站仪和电子水准仪进行基坑位移监测及结果分析

朱晓江

(新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，新疆 昌吉 831100)

智能全站仪和电子水准仪进行基坑位移监测及结果分析

朱晓江*

(新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，新疆 昌吉 831100)

基坑监测是保障基坑施工安全的必要有效的技术环节，以某基坑工程为例，介绍了基坑工程概况和监测技术要求，给出了基坑监测技术方案，对智能全站仪使用极坐标法进行基坑水平位移监测和电子水准仪使用水准测量进行基坑竖向位移监测的精度进行了分析。阐述了基坑监测的实施情况，并对监测结果进行了简单分析，从而对该方法运用于基坑监测进行总结评价。

基坑监测；智能全站仪；电子水准仪；监测方法；结果分析

1 引 言

随着城市建设的高速发展和地下空间的开发利用，基坑工程越来越多。在基坑开挖施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载，并将导致围护结构和土体变形。一旦变形的量值超过容许范围，将导致基坑失稳破坏，对周边环境造成不利影响。因此基坑监测的目的在于[3]：①监测基坑工程的变化，确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全。②检验设计参数和各种假设的正确性，指导基坑开挖和支护结构施工。为此，本文以新疆某人防地下车库的基坑开挖工程为例，阐述了对该基坑工程监测项目和监测方法，并对监测结果进行了分析，确保了工程施工安全。

2 基坑位移监测方法与精度分析

2.1 工程概况及监测技术要求

该基坑为乌鲁木齐市区内某地下车库基坑，该场地属于流侵蚀堆积高慢滩地貌，勘探深度 30 m内未见地下水。基坑开挖区域南北长约 80 m左右，东西宽约 25 m左右，且基坑边坡顶部都进行了喷浆保护，南侧为已完工区域，北侧距高层楼房较远，西侧紧邻7层多层楼约 5 m，东侧邻近6层楼房约 9 m，如图1所示。

根据设计要求及施工区段的地质、支护结构的特点和所处的周边环境条件，新疆某人防地下车库的基坑开挖工程安全等级为Ⅱ级，监测项目有围护结构变形监测(包括水平位移监测和垂直位移监测)和临近基坑建筑物沉降监测。其监测技术要求(《基坑支护总说明》)主要有：基坑变形监测的报警值为最大变形值达到 30 mm、沉降速率 3 mm/d；并根据报警值 30 mm参照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009中表6.2.3和6.3.3，要求水平位移监测点坐标中误差 ≤1.0 mm，竖向位移监测点测站高差中误差 ≤0.3 mm。

图1 基坑监测点点位分布图

文献[1]中水平位移监测精度要求、竖向位移监测精度要求如表1、表2所示。

水平位移监测精度要求 表1

竖向位移监测精度要求 表2

2.2 测点布设

为了进行基坑位移监测，在基坑外围布设了3个水平位移监测基准点和3个垂直位移监测基准点。在基坑里面基坑顶部布设了若干水平位移监测点和竖向位移监测点，基坑半坡布设了若干三维监测点，其点位分布如图1所示。

2.3 监测方法及精度分析

基坑顶部水平位移监测点与基坑半坡三维监测点的水平位移使用智能全站仪极坐标法监测；半坡三维监测点的竖向位移使用全站仪三角高程方法监测；顶部竖向位移监测点和建筑物沉降监测点的竖向位移使用电子水准仪几何水准方法监测。

(1)监测点水平位移精度分析

全站仪极坐标法的原理是：对于某监测点i，若设站与J1点，J3为定向点，使用NET05(测角精度0.5″，测距精度：0.8 mm+1 ppm)全站仪测定监测点与定向点间的水平角β、测站点与监测点的距离S，则i点平面直角坐标(x，y)为[4]：

(1)

式中，α为J1-J2的方位角。

当忽略起算点误差，对式(1)求微分得：

(2)

根据误差传播定律，将式(2)转为中误差：

(3)

监测点i的中误差：

(4)

(2)监测点竖向位移精度分析

综上，使用NET05智能全站仪采用极坐标法进行二等边角测量观测水平位移，监测精度据计算小于 1.0 mm；使用Trimble DiNi03电子水准仪采用二等水准测量观测竖向位移，测站高差中误差小于 0.3 mm，水平位移观测和竖向位移观测均能满足GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》中水平位移监测和竖向位移监测的精度要求。

3 基坑监测的实施与结果分析

3.1 基坑监测的实施

该基坑开挖深度为8 m，基坑类别为二级，水平位移与竖向位移监测等级均为二等，使用NET05智能全站仪按二等边角测量技术要求观测以及使用电子水准仪进行二等水准测量。基坑监测时间为5月底～8月初，观测频率为1次/d。

(1)基准网测量

在对监测点进行监测前，先进行基准网测量，以获得基准点的平面坐标与高程。对3个水平位移基准点使用NET05智能全站仪按二等边角网测量技术要求观测，平面坐标系为假定坐标系，给J1设定一假定坐标，由于J1-J2的方位大致接近东西方向，为便于监测点位移计算分析，假定J1-J2的坐标方位角为270°，因此可得J1-J3的坐标方位角，使用J1作为已知点，J1-J3为已知方向，进行平差计算，从而得到各基准点的坐标成果。

竖向位移监测基准点使用电子水准仪按二等水准技术要求将3个基准点施测1条闭合水准路线，假定S1的高程，从而求得其他基准点的高程。

(2)水平位移监测

水平位移监测等级采用极坐标法边角测量，在已知点上设站，将另外的2个水平位移监测基准点和所有的水平位移监测点按全圆观测方法进行水平角观测，观测6测回；垂直角也观测6测回。距离观测4测回，对所有的顶部、半坡水平位移监测点进行观测，观测结果按式(1)进行计算，从而得到监测点的坐标。

(3)竖向位移监测

竖向位移监测由基准点起测，将基坑顶部的竖向位移监测点和建筑物沉降监测点一起，施测一闭合水准路线，观测等级二等。观测结果使用水准平差软件平差计算得到监测点的高程。

半坡监测点的高程使用NET05智能全站仪进行三角高程测量，从而计算得到高程，所得结果作为参考，半坡监测点以水平位移监测为主。

3.2 数据处理与结果分析

水平位移和三角高程计算，测距边经过气象、加常数、乘常数改后的斜距[2]，使用垂直角，由于测区范围小，最长测距边 82 m，可不进行测区高程面的化平或参考椭球面的化平，直接使用改正后的斜距用垂直角化平，结合水平角、垂直角，采用极坐标法和三角高程计算公式本别计算得到各监测点的坐标和高程。

竖向位移监测的水准观测数据通过《科傻CODAPS》或《水准平差软件》平差计算，由于测区范围小，只加入标尺长度误差改正和闭合差改正。

水平位移符号向基坑内为正，向外为负；竖向位移符号，沉降为正，抬升为负，如图2所示。

图2 东侧水平位移过程线图

E2、E4随着地下车库墙体施工遮挡于6月14观测不到，其余点6月28日由于基准点更换位置，E3棱镜调制方向导致有 5 mm左右的变化量，但随后变化稳定；E5、E7、E9是随着工期的进行在7月1日新增加的监测点，E5由于施工的原因导致需经常拆卸棱镜，从而导致其有轻微的波动，其最大的累计变化量最大为 9.5 mm。8月1日因施工单位夜间施工，由施工单位人员拆卸棱镜造成E5、E7、E9三个点，位移量整体上升，随后监测点变化量均保持平稳。东侧监测点总体位移方向指向坑内，但位移量较小，整体变化平稳缓慢，如图3所示。

W1、W2、W4随着地下车库墙体施工遮挡于6月14观测不到，其余点6月28日后由于基准点更换位置，W3、W5棱镜调制方向影响导致变化量偏大，但后期变化值稳定，7月23日施工单位对W5拆卸棱镜又导致累计变化量增大至 15.4 mm，随后变化值没有发生很大变化，其他点变化量均比较稳定，变化基本都在 ±4 mm范围内。

图4、图5显示基坑坡顶和建筑物监测点的竖向位移很小，均在 1 mm左右变化，基本无竖向位移。

图3 西侧水平位移过程线图

图4 竖向位移过程线图

图5 建筑物沉降监测点竖向位移过程线图

4 总 结

通过对基坑的位移监测，使用NET05智能全站仪和电子水准分别观测水平和竖向位移监测点，监测结果均没有达到报警值，说明基坑和邻近建筑物是安全稳定的。从监测结果看，基坑位移监测设计方案得到了成功的应用，同时也反映了基坑观测方法的合理性。为了今后能更好地组织和实施，总结如下经验：

(1)基坑监测方案设计应根据基坑工程概况(如地质情况、开挖深度等特性)和基坑周边环境(包括建筑物、地下管廊、道路等要素)制定总体监测方案。即进行监测基准点和监测点的布设；结合设计单位基坑监测总体要求和监测规范依据制定监测方法和观测等级，并对观测方法做精度估算，对监测方法进行精度论证。

(2)监测工作的准备和实施过程依据工程现场现有条件，一定要确保其稳定性和实用性，本次监测点的安装就没有考虑仪器架设基准点更换的问题，棱镜焊接安装工艺较差，棱镜方向的调整差异造成数据的偏离。

(3)智能全站仪人工只做目标照准一次测量后，智能机器便能自动寻找目标监测点照准测量，对于监测点多的基坑工程，可以提高工作效率，为监测工作带来便利。

(4)竖向位移观测方法的改进，本次基准点距监测点都比较近，可固定1根尺子观测，采用单站法多测回直接测点得到高差，可以大大提高观测效率和精度。

基坑工程监测是确保基坑施工安全和稳定，对基坑、紧邻建筑物的有效保护，是施工过程中必不可缺少的组成部分，应重视基坑的变形监测，加大其资金的投入，避免因基坑变形失稳可能造成的损失。

[1] GB50497-2009. 建筑基坑工程监测技术规范[S].

[2] GB50026-2007. 工程测量规范[S].

[3] 李青岳，陈永奇. 工程测量学[M]. 北京：测绘出版社，2008.

[4] 周斌麟，江金霞，谭梦辉. TS30全站仪在基坑监测中的应用[J]. 交通科技与经济，2015，17(2)：110～113.

[5] 包民先，殷忠. DiNi12数字水准仪进行基坑监测的技术指标探讨及应用[J]. 测绘工程，2011，20(6)：57～60.

Monitoring and Analysis of Displacement of Foundation Pit with Intelligent Total Station and Electronic Level

Zhu Xiaojiang

(Surveying Department of Xinjiang Hydroelectricity Institute of Surveying and Design，Changji 831100，Xinjiang)

To ensure the safety of construction of foundation pit excavation monitoring is necessary and effective technical aspects，in a pit project as an example，firstly introduces the requirements of the foundation pit engineering and monitoring technology，followed by the program，given the technology method of foundation pit excavation monitoring，horizontal displacement monitoring and electronic theodolite vertical displacement monitoring of foundation pit using leveling using polar coordinates of intelligence the accuracy of total station is analyzed，finally，describes the implementation of foundation pit monitoring，and the monitoring results are analyzed briefly，and the application of this method to summarize and evaluate the foundation pit monitoring.

foundation pit monitoring；intelligent total station instrument；electronic level；monitoring method；result analysis

1672-8262(2017)04-152-05

P258

B

2016—11—22

朱晓江(1987—)，男，硕士，工程师，主要从事水利水电工程测量等技术工作。