地铁车站周边建筑物倾斜监测新方法应用研究

刘　骏

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300142)



地铁车站周边建筑物倾斜监测新方法应用研究

刘骏

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300142)

地铁车站施工过程中，需要对周边建筑物进行高频次、高精度的重复监测。常规监测方法对通视条件、摆站位置等要求较高。提出一种基于免棱镜全站仪的建筑物倾斜监测新方法，该方法仅需一人，一台仪器，可以根据现场情况自由设站，构建独立坐标系，数据采集后经过坐标变换与处理即可得到建筑物倾斜数据，具有良好的适用性和通用性。

工程测量建筑物倾斜监测

大规模的地下工程施工往往会对施工影响范围内的建构筑物造成一定的不均匀沉降，危及建构筑物的结构安全。因此，对施工影响范围内的建构筑物倾斜进行及时、准确的监测就成为了一项十分重要的工作。常规的倾斜监测方法有投点法、水平角法、前方交会法、差异沉降法等。前三种方法往往对测站位置、通视条件、人员数量等要求较高，不利于高频次的重复观测，在观测方向选取时也具有一定的随意性，往往会对结果的精度造成一定影响。而利用差异沉降反求建筑整体倾斜往往只能得到监测时段内的倾斜值，很难得到绝对倾斜值，具有一定的局限性。基于免棱镜全站仪，提出一种更快捷高效的倾斜监测方法，可以更好地满足地下轨道交通工程对周边建构筑物倾斜监测的要求。

1　倾斜监测新方法

提出基于免棱镜全站仪的倾斜监测新方法，其方法步骤如下。

(1)建立坐标参照系

如图1所示，沿建构筑物长度方向设置定向点，作为建构筑物倾斜监测的后视点和坐标系变换的公共点(见图1所示P1、P2两点)。定向点的形式可以采用贴反射片的形式，在满足通视的情况下应尽量靠近建构筑物底部，数量应不少于2个(坐标系旋转需要)，高程应尽量接近，间距尽量远一些。反射片与墙面贴合要紧密、牢固，防止脱落。

图1　建构筑物倾斜监测点设置示意

根据施工现场的实际情况，选择任意合适的观测位置架设免棱镜全站仪，瞄准P1反射片，置零，读数，完成后视定向；再观测P2反射片，完成坐标参照系的构建。

(2)倾斜监测点组数据采集

倾斜监测点组一般选择在建构筑物的立柱角点或者其它明显的界限处，上下成组布设(如图1中A1～A8)，以求得建构筑物的倾斜数据。免棱镜全站仪定向完成后，依次瞄准倾斜监测点组进行数据采集、存储。

(3)坐标变换与倾斜计算

经过倾斜数据采集后，即可得到每一个倾斜监测点的三维坐标，利用步骤(1)当中设置的定向点坐标可拟合求出旋转参数。将倾斜监测点的三维坐标统一旋转到平行于建筑物某一立面的坐标系中，计算两个方向的倾斜量；再加上测得的上下部高程之差，即可计算出各点的倾斜率。

2　精度分析

根据极坐标公式

其中，(x，y，H)为倾斜监测点三维坐标；(x0，y0，H0)为测站点三维坐标，一般可以假设为(1 000，1 000，10)；D为水平距；α为水平方位角。

根据误差传播定律可知

其中，mx，my分别为x，y方向的中误差；mp为点位中误差；D为水平距离；α为方位角；md为测距中误差；mα为方位角中误差；ρ=206 265。

对于第三方监测而言，监测仪器精度一般要高于施工监测仪器的精度，免棱镜全站仪的精度不低于测角精度1″、测距精度±(1+2×10-6D)mm；对于轨道交通而言，除非规模较大的交通枢纽工程，施工影响范围一般不会超过200m。根据上述参数进行最大点位误差估算可得

mp≈±1.7 mm

《建筑变形测量规程》(JGJ8—2007)、《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497—2009)对变形测量位移观测等级为二级的精度要求是观测点坐标中误差≤3 mm；而本文提出方法的最大估算点位中误差极大值为1.7 mm，满足规范要求。若将测距范围控制在150 m范围内，则可以满足变形测量位移观测等级一级的精度要求(观测点坐标中误差≤1.5 mm)。

3　工程案例

为了验证本文提出方法的效果，对某一车站基坑附近的建筑物进行了倾斜观测。某建筑物平面示意及监测点组分布如图2所示。

图2　建筑倾斜监测点组布置示意

测站数据假设为(100，100，5)，为了说明效果，选用邻近基坑一侧的倾斜观测为例进行说明(监测方法前文已有详细说明，这里不在赘述)。邻近基坑一侧的倾斜观测原始数据如表1。

表1　建筑物倾斜观测原始数据

J1、J5的两个下部点为该建筑物距离最远的两个下部点，也是本案例中的定向点，经过旋转后的数据如表2。

表2　坐标旋转后监测点数据

通过展点数据可以看出，倾斜监测点/组已经旋转到与建筑物立面平行的坐标系当中，进而可以计算出建构筑物在X、Y方向的倾斜数据(如表3、图3)。

表3　构筑物倾斜数据

图3　坐标转换前后监测点组平面示意

4　结束语

针对地铁建设施工过程中周边建构筑物倾斜监测频率高、人员要求较多、常规倾斜监测测试强度较大、影响信息化施工等难题，提出一种基于免棱镜全站仪的倾斜监测新方法。该方法可以自由设站，对于复杂多变的施工现场具有较强的适应能力；只要一台仪器、一名测量人员就可以完成所有的倾斜监测任务。理论分析与案例实践表明，该方法能够更好地满足建设施工对监测数据准确、及时的要求，具有很强的使用性和通用性。

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Application Research on the New Method of Inclination Monitoring of the Buildings Surrounding Metro Station

LIU Jun

2016-05-20

刘骏(1978—)，男，2009年毕业于西南交通大学土木工程专业，工程师。

1672-7479(2016)04-0017-03

TU196

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