地铁水平位移监测的实践.doc

使用高精度全站仪对地铁进行第三方水平位移监测的实践

摘要:通过地铁土建施工第三方监测实践,介绍并分析TCA2003智能型全站仪在极坐标法水平位移监测中的适用性,提出平面位移量的计算方法,总结了第三方水平位移监测的方法和技术要点。
关键词地铁;第三方;水平位移监测;极坐标法

城市地铁一般沿密集城区建设,其土建施工对场地及周围建、构筑物带来的安全影响深受业主及社会的密切关注。土建施工第三方监测是在地铁施工中,相对于土建承包商和业主(或施工监理)监测而言,引入有资质的专业监测单位实施的监测工作。第三方水平位移监测的对象一般针对基坑(或竖井)的围护HYPERLINK"http://www.863p.com/Constructure/Index.html"\t"_blank"结构,其目的是为施工区安全稳定性判断提供独立、公正、及时、准确的监测数据信息。
1地铁土建施工对第三方水平位移监测的影响特点
地铁线路一般沿城市地下通过,其土建施工是在各施工工点以基坑(或竖井)方式垂直开挖数十米,在基坑(或竖井)开挖完成的基础上进行地铁线路HYPERLINK"http://www.863p.com/transportation/transportbridge/Index.html"隧道施工。施工工点距离周围原有建、构筑物一般较近,且情况复杂;施工场地普遍较狭小,其四周一般都修建高度大于2m的围蔽墙;场地内一般建有办公、生活设施,摆放各种HYPERLINK"http://www.863p.com/Article/Index.html"\t"_blank"建筑材料和施工设备,并进行施工用材的现场加工。同时,基坑开挖过程中,多工种交叉作业,开挖引起的振动、扬尘,电焊产生的弧光和烟雾,机械作业引起的热浪等流动和非流动障碍普遍存在。由此可见,第三方水平位移监测受场地限制和施工影响较大,监测工作离不开施工方的理解与积极配合。
2第三方水平位移监测采用的方法及其精度分析
水平位移监测一般采用基准线法、极坐标法、前方交会法、后方交会法、精密导线测量法等。根据施工监测的时效性要求,考虑地铁土建施工的各种影响,宜使用高精度仪器,采用简易、省时、精度可靠的监测方法。工作中我们使用TCA2003智能型全站仪,主要采用极坐标施测法,个别工点也采用了基准线法。以下分析采用TCA2003全站仪按极坐标法作水平位移监测的精度。
按文献[3],极坐标法水平位移点位中误差计算公式为

式中,mp为位移点点位中误差,mx、my分别为纵、横坐标中误差,D为站点至监测点的距离,mD为距离观测中误差,mβ为测角中误差。

式中,a、b分别为测距仪固定误差和比例误差。可见,位移点点位误差与观测距离和测角中误差均成正比例关系。
文献[1]对水平位移测量一等精度要求为:变形点的点位中误差±1.5mm。而TCA2003智能全站仪标称精度为:方向测回中误差±0.5″,测距精度±(1mm+1ppm)。即当测角误差不大于0.707″、距离不大于244m时,用此仪器按极坐标法作水平位移监测,按(2)式计算的点位精度可达到一等监测精度要求。如果将最大施测距离限制在200m内,则mp=±1.38mm,此时若按mx和my对mp为等精度影响,可得mx=my=±0.98mm。因基坑监测一般顾及垂直于基坑边线方向的位移量,故采用TCA2003全站仪施测,观测距离在200m以内,则水平位移监测之位移分量精度可达±1mm以内(广州地铁对水平位移监测要求最小监测精度为±1mm)。此距离限制值也与TCA2003全站仪操作手册介绍的采用自动照准方式作水平角观测时获得最佳观测精度的距离范围相吻合。
以上讨论是基于仪器和镜站都不含对中误差条件下成立的。故采取强制对中措施是保障极坐标法水平位移监测精度的客观要求。
3第三方水平位移监测的实施
3.1水平位移监测标志的设立
采用极坐标法监测,首先需在监测场地建立工作基点。因土建施工场地状况十分复杂,工作基点位置须通过第三方与施工方作深入的沟通来确定。选定工作基点位置考虑的重点是要保证点位的安全、稳定,使之与各监测点通视,且尽量考虑不致受到施工的影响。
考虑到成本原因,制作单位普遍采纳旋进式强制对中观测墩标志,该种观测墩工件比较简单,加工难度不大。其对中标志的加工要点:用20mm直径不锈钢杆(长度适当),一端按仪器连接杆螺纹尺寸加工,将加工好的不锈钢杆垂直焊接在带中心孔的普通钢板上,螺纹部份露出钢板面,使其适合仪器旋紧。该部件需安装在按文献[2]要求埋设的观测墩上部。观测墩地面高度以1.2~1.3m为宜。

水平位移监测点系在基坑围护HYPERLINK"http://www.863p.com/Constructure/Index.html"\t"_blank"结构