导线测量法在水平位移监测控制网中的应用

闫继朋

（上海港湾工程质量检测有限公司，上海 201315）

0 引言

广州市某轨道交通工程车辆段内拟建一维修运转楼，该运转楼需下挖基坑作地下结构，为满足基坑变形监测的需要，按照相关文件及规范要求，采用精密导线方法建立平面监测控制网。根据运转楼的基坑及变形监测点位置，合理布设工作基点，与基准点共同布设成附合网形式。该项目基于广州2000 坐标系建立基坑水平位移监测控制网（点），起始并附合于现有甲供控制网点上。本文就导线测量法在此项目水平位移监测控制网中的应用进行分析。

1 技术要求

本文主要探究该车辆段维修运转楼基坑的水平位移控制监测网的建立与精度估算。该基坑监测网的建立采用导线网，根据《工程测量标准》（GB 50025-2020）[1]、《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）等规范的要求，并参考《建筑基坑工程监测技术规范实施手册》[3]相关内容，采用三等水平位移控制监测网进行布设，主要技术要求如表1 所示。

表1 控制网的技术要求

2 精密导线网布设方法与选点要求

2.1 精密导线网的布设方法

进行测量前，首先对精密导线控制点进行了交桩、现场勘查等工作，可使用的有4 个甲供精密导线控制点（A、B、C、D），保存完好。为了确保精密导线网具有较高的质量和精度，满足现场变形监测的要求，需要尽量减少因现场测量等主客观原因产生的误差影响。

目前精密导线控制网主要有两种，单导线与双导线网[4]。单导线具有节省成本、测设便捷、灵活性强等优点；其缺点是不利于提高精度、易被破坏等。双导线具有可用控制点较多、网形稳固、精度高、易于保存等优点。因此，在条件允许的情况下，建议使用双导线布设。

由于该项目甲供控制点位于车辆段两端，其基坑范围较小，故选用单导线+附合导线形式进行布设。为方便基坑变形监测点观测，拟布设3 个水平位移工作基点（JZ1、JZ2、JZ3）。工作基点采用制作成强制对中墩，分别位于基坑三个角上，相互之间可以通视，做好保护措施，并定期进行校核。

2.2 精密导线网的选点要求

一般先搜集和了解有关资料，采用野外踏勘并结合图上设计的方法，在规范要求的范围内，确定导线点实际位置，并应尽量满足以下要求：

（1）相邻点之间应该通视良好，视野开阔，无大气折光影响等；

（2）测站点及视线范围内没有散热体影响或障碍物通过，否则重新布设导线点或在测线方向清除障碍物，并保证测线距离地面一定高度，或远离障碍物一定距离；

（3）相邻导线点的高度角应小于30°；

（4）导线点应可以长期保存，并且便于观测使用。

此次导线点可以采用建筑物顶部、地面位置布设，与基坑工作基点形成附合导线，以满足基坑监测需要。

3 外业数据的处理

3.1 精密导线外业观测

现场通过多测回测角测站采集程序app 连接Leica TS30 全站仪，进行控制网点外业数据采集。观测前，全站仪设置成自动照准观测模式，并预先将有关环境参数、限差输入仪器中。观测中查看有无视线遮挡，每一测站有无观测数据超限，并进行相应重测；观察全站仪工作是否正常，准确记录数据，完成后及时将数据导入存储卡。外业观测完成后，需对外业成果进行不低于10%的抽检，以检核外业数据的准确性。

此次精密导线网观测，以D-C 为导线起始边，依次观测C、JM1、JZ1、JZ3、JZ2、JM3、JM4、JM5、B 九个导线点，测到B-A 形成附合导线。维修运转楼基坑精密导线路线如图1 所示。

图1 维修运转楼基坑精密导线路线

3.2 外业数据的初步处理

外业完成后，采集的数据不能直接使用，需要进行温度、气压、仪器加乘常数等的改正。杜全维等[5]认为外业数据是远离中央子午线的测区或是设计抵偿投影面与实际高程面相差较大的地方，需要进行“两化改正”。故为满足相关测量规范的精度要求，需要做出必要的改正措施。

3.2.1 边长改正

（1）气象改正。根据厂家说明书中的方法进行改正或直接将现场测得的气象数据输入仪器中自动改正。

3.2.2 高程归化改正和高斯投影改正

高程归化改正和高斯投影改正后的测距边需要满足以下规定：

（1）将测得的距离归化到测区平均高程面，测距边长度D 的公式为：

（2）归化到高斯投影面上的测距边长度Dz按下式计算：

3.3 数据平差处理

实际工程中，应使用严密平差法对精密导线控制网进行平差计算。平差后，应进行精度评定，内容包括平差后单位权中误差、最弱边的边长、最弱相邻点的点位中误差及方向角度误差等。目前常用的平差软件有清华山维、南方平差易、科傻等。平差系统软件可以一定程度上避免人工计算错误，且能较全面地评定平差后网中各元素的精度。在外业操作及数据记录无误的情况下，此工程采用铁四院开发的工程测量平差数据处理软件V4.2.3，对导线测量数据进行严密平差计算。

3.3.1 精密导线方位闭合差与测角中误差的计算

3.3.2 导线平差处理

精密导线网数据经上述各项改正后，使用铁四院开发的平差软件进行严密平差，平差成果需包含方位角中误差、点位中误差、边长中误差和最弱点点位中误差等内容。附合导线方位闭合差应≤±5"为测站数)。

3.3.3 精度分析

（1）水平角测量

此次任务包含一条附合导线，共测水平方向28个。左右角在每个测站各进行2 测回观测，左右角平均值最大较差为2.7"（JM3-JM4-JM5)。将两个方向的左右角平均值较差结果进行汇总，求得测角中误差：

（2）边长测量

此任务所实测的导线边长共有16 条，各测回之间的边长互差均小于4mm；往返互差4mm 以下的占100%。往返互差最大为3.80mm（JZ2-JZ3）。下面分别计算平均测距中误差（）和测距相对中误差。由统计表可知，导线边长往返测最大差值为3.80mm，相对精度最低为1/54308（JZ2-JZ3)。［］=47.05，=8，由公式（9）计算得=±1.715mm。

（3）闭合差统计分析

（4）点位精度统计

通过平差的成果表可知，点位误差最大点为4.28mm（JZ2，即最弱点的点位中误差MT），其点位误差MX 和MY 最大值分别为3.01mm 和3.05mm。此导线中的测角个数取为=8，带入公式（10），可求得最大的相邻点的相对点位中误差（T）ij的计算值为2.14mm，满足《工程测量标准》（GB5026-2020）的限差要求，即相邻点相对点位中误差≤6.0mm。

4 结束语

（1）此次任务建立的平差成果满足相关规范的要求，可以作为基坑变形观测的依据使用。

（2）全站仪导线测量布设的边长精度较为均匀，并且不受地形影响，尤其是隧道、矿井下十分有利。但它的缺点也比较明显，只能小范围内使用，且检核的条件较少，传算误差较大。目前出现了基于GPS-RTK 技术的导线测量。GPS-RTK 技术只需一个方向通视，点位精度均匀，相互不传递，全天候可以观测，实用性和精度都比较高，可以代替传统导线测量，但它也受卫星信号的影响较大，全站仪只要求能够通视。

（3）需要注意的是，各等级导线均可采用严密平差，而近似平差仅适用于较低等级导线。因此采用近似平差时，应反算方位角、角度、边长等，以确保平差后的方位角、边长、角度等结果可靠，方可作为最终成果使用。

（4）当采用不同平差软件进行数据解算时，结果可能有所差异。有些软件的严密平差精度比较低，只进行单次平差，需要明确是否使用迭代平差进行严密平差。同时，采用不同平差方法，如严密平差或者近似平差，得到的平差结果可能不同，此时需要明确是否使用严密平差。因此在使用这款平差软件时，应注意各项参数的设定要准确。

（5）水平位移监测控制网是变形监测的依据，对于准确获得基坑、建构筑物的安全状态至关重要。当我们开展这项任务时，需要确保作业人员协调沟通能力较强，熟练掌握相关规范的要求，现场严格遵循相关规定，确保采集的数据真实可靠。同时需要相关技术人员掌握数据的精度平差、异常数据的辨别剔除能力，方能得出准确的成果报告。