地铁基坑维护墙(桩)顶水平位移监测方法的比较.doc

地铁基坑维护墙（桩）顶水平位移监测方法的比较
测绘工程部段绪稳

摘要：介绍了地铁基坑维护墙（桩）顶水平位移监测的常用方法及其优缺点，通过比较各种方法在地铁基坑监测中的适用性，来探讨地铁基坑特定环境下适合的监测方法。
关键词：地铁基坑监测水平位移方法
1、前言
在城市地铁车站建设施工中，为确保车站基坑的开挖及周边建、构筑物的安全，必须进行安全监测。基坑维护墙（桩）顶水平位移(以下简称“水平位移”)监测就是其中非常重要的一个项目。在地铁基坑特定的环境下，选择何种监测方法才能方便、快捷的获取监测数据，是水平位移监测要解决的首要问题。笔者通过对各种水平位移监测方法的优、缺点进行比较、分析，来探讨适合于地铁基坑水平位移监测的方法。
2、水平位移监测的方法
水平位移常用的监测方法主要有视准线法、单站改正法、极坐标法、前方交会法、后方交会法以及导线测量等等。
2.1、视准线法
视准线法按其作业方法和所使用的工具的不同，又可分为“测小角法”和“活动觇牌法”。
2.1.1测小角法
测小角法就是如右图所示，先确定一条平行于基坑的基准线AB，然后测定基准线与基准点到监测点视线之间的微小角度（建筑物变形监测规范要求不超过30″），以及基准点与监测点之间的距离；通过每两次观测的角度变化来求得监测点的偏离值。其计算公式如下：

测小角法的观测误差主要由测角引起，其由距离引起的误差非常小，可以忽略不计。因此，其边长只需初始测量一次即可，从而大大减少了工作量。另外，由于测角的精度可以通过增加测回数来提升，所以测小角法可以得到比较高的精度。
测小角法的缺点有：1、只能得到垂直于基准线方向的位移，所以只适合于形状规整的基坑；2、为了确保位移测量的精度，监测点的距离不能太长，对于边长较长的基坑不适用；3、监测点与基准点之间的微小角度要求对监测点的布设提出了较高要求。
2.1.2活动觇牌法
活动觇牌法与测小角法原理相似，不同的是在监测点处不是安置固定觇牌，而是利用一种精密的附有读数装置的活动觇牌（如右图所示）来直接测定偏离值。测量时通过调节觇牌的测微装置，使觇牌上的照准标志移到基准线上，再在读数装置上读出偏离值。
活动觇牌法可以直接读出偏离值，省去了数据计算的步骤，减少了内业工作量。由于其原理跟测小角法相似，所以也有着测小角法的不足之处。此外，该方法至少需要两个人相互配合操作，才能实施，增加了操作难度和工作量。
2.2、单站改正法
单站改正法是一种将视准线小角法与监测点设站法结合使用的方法，这种方法只需仪器一次设站，加改正来完成所有监测点位移量的测算。如图所示：
在施工影响之外的坚固建筑物上设了两个标志A、B。每次监测时，先要测量∠APB角的变化量，求得P点的横向位移量Δp，再测量∠APi角的变化量，进而求得监测点i的横向位移量Δi。其计算公式如下：

单站改正法是一种特殊的测小角法，由于这种方法可以在监测点处设站，所以相对测小角法而言其观测范围扩大了一倍，在一定程度上解决了测小角法距离不能太长的问题。然而由于每次都必须观测测站点角度的变化，对测站点进行改正，增加了内、外业的工作量。另外，此方法必须在监测点上建立强制对中观测墩才能进行观测，增加了布点难度。
2.3、极坐标法
极坐标法是利用数学中的极坐标原理，以两个已知点为坐标轴，以其中一个点为极点建立极坐标系，测定观测点到极点的距离，以及观测点与极点连线和两个已知点连线的夹角从而来计算观测点坐标的方法。如图：
测定待求点C坐标时，先计算已知点A、B的方位角：

测定角度β和边长BC，则
BC的方位角：
C点的坐标：

由于极坐标是测定监测点的坐标，所以可以得到监测点在任意方向上的变化。其次，极坐标法设站灵活，只要已知一个点的坐标和一个后视方向就可以在该点上设站、测量。因此，极坐标法可以有效的避开遮挡，顺利地采集监测数据。另外，极坐标可以一次测定多个方向的监测点，使得工作效率大大提高。以前由于极坐标法对仪器精度的要求较高，使其应用受到限制，使用较少；然而现在随着高精度仪器的普及，该方法使用的也越来越多。
2.4、前方交会法
测角前方交会法原理如右图所示，用经纬仪分别在已知点A和B上测出角α和角β，可根据下式计算待定点P的坐标：
前方交会法一般是在周边建筑物顶上布设强制对中观测墩，在其上设站观测。所以其视角开阔，基本上能观测到基坑内的所有点。然而，它至少须在两个观测墩上设站测量，观测量较大。并且，两个观测墩之间的转站通常是在两栋建筑物之间转，非常费时费事。另一方面，前方交会对于图形条件的要求高，从而限制了其大范围的使用，一般只对少数点使用。在地铁基坑监测中，前方交会一般用于工作基点的稳定性检查。
2.5、后方交会法
如右图所示，后方交会就是在未知点P处设站，观测三个已知点A、B、C之间的夹角α、β、γ，则可计算P点坐