基坑監(jiān)測中幾何水準(zhǔn)測量精度控制措施

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，城市建設(shè)步伐的不斷加快，城市地鐵、大型市政、高層建筑等工程快速建設(shè)，城市用地日趨緊張，城市發(fā)展地面的空間越來越小。伴隨著人口、交通的密集和繁忙，人們開始向地下空間尋求發(fā)展，開發(fā)利用地下空間是未來建設(shè)發(fā)展的趨勢和方向。地下空間的建設(shè)對深基坑工程有大量的需求，而大部分深基坑工程都位于城區(qū)，交通要道，人居密集區(qū)，其周邊環(huán)境復(fù)雜，管線密布，鄰近重要建（構(gòu)）筑物等。基坑施工過程中，為確保工程安全，減少破壞，對支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周邊環(huán)境及附近建筑全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)測，能夠及早發(fā)現(xiàn)事故苗頭，杜絕事故隱患，使工程處于一個(gè)安全可控的狀態(tài)。對于保證工程質(zhì)量和基坑的施工安全具有極其重要的意義[1]?；颖O(jiān)測涉及工程測量、巖土工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多門學(xué)科的相關(guān)技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，已初步形成一套較為完整的技術(shù)質(zhì)量體系[2]。基坑監(jiān)測項(xiàng)目一般的監(jiān)測項(xiàng)有測斜監(jiān)測、軸力監(jiān)測，水位監(jiān)測，水平位移監(jiān)測，沉降監(jiān)測等。在監(jiān)測項(xiàng)目中，測斜、支撐軸力、水位監(jiān)測由于受到施工和工作場地的影響，對儀器要求精度高，成果質(zhì)量精度普遍不高。在有限的監(jiān)測類中，沉降監(jiān)測尤為重要，圍護(hù)墻邊坡頂部、立柱、基坑周邊地表、管線和鄰近建筑的豎向位移都要靠沉降監(jiān)測來實(shí)施。本文依托于蘇州某地鐵車站基坑工程，分析探討基坑監(jiān)測中幾何水準(zhǔn)測量的精度及其控制措施。1.基坑監(jiān)測中水準(zhǔn)測量的誤差分析所謂誤差就是觀測值和真實(shí)值之間的差值，一般來說，誤差是不可避免的，可以通過有效的手段和方法控制誤差的影響，使誤差減弱或變小，從而提高水準(zhǔn)測量的精度。水準(zhǔn)測量誤差包括儀器誤差、觀測誤差和外界條件影響誤差三個(gè)方面。（1）儀器誤差儀器誤差主要包含水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的誤差。水準(zhǔn)儀由于本身制造工藝產(chǎn)生的殘差主要是視準(zhǔn)軸和水準(zhǔn)軸不平行的誤差，通常情況下i角的存在直接導(dǎo)致前、后尺讀數(shù)與真值不符。為了減弱i角誤差的影響，一般作業(yè)前應(yīng)對i角進(jìn)行檢核，作業(yè)過程中盡量使前后視距相等或根據(jù)規(guī)范要求，將前后視距差，累計(jì)視距差控制在一定的范圍內(nèi)之內(nèi)。水準(zhǔn)尺主要是尺長誤差的影響，水準(zhǔn)尺使用前應(yīng)經(jīng)過專門檢測機(jī)構(gòu)的檢定，合格后方可投入使用，施測過程中的誤差影響主要是通過偶數(shù)站的方法予以解決。（2）觀測條件誤差觀測誤差主要人為誤差，不同的人觀測的視差不同?；颖O(jiān)測過程中減弱的主要方法有：采用精密的電子儀器、固定人員、固定儀器、固定線路等措施。（3）外界條件影響誤差在基坑監(jiān)測項(xiàng)目中實(shí)施的水準(zhǔn)測量一般受施工影響外界條件復(fù)雜，干擾比較大，一般應(yīng)選擇在有利的觀測時(shí)間段進(jìn)行，溫度高的夏日盡量避開正午前后1小時(shí)，視距不應(yīng)過長。2.基坑監(jiān)測水準(zhǔn)測量一般實(shí)施流程基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在施工影響區(qū)以外穩(wěn)定可靠的區(qū)域，根據(jù)工程范圍和特點(diǎn)適當(dāng)布設(shè)一定數(shù)量的工作基點(diǎn)，工作基點(diǎn)盡量布設(shè)在基坑附近穩(wěn)定區(qū)域?；鶞?zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)定期進(jìn)行聯(lián)測，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。沉降觀測分兩級進(jìn)行：（1）水準(zhǔn)基點(diǎn)-工作基點(diǎn)一般采取二等水準(zhǔn)測量觀測方法進(jìn)行，嚴(yán)格按照規(guī)范要求方法進(jìn)行觀測，形成閉合或附合水準(zhǔn)路線。（2）工作基點(diǎn)-監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測過程中由于特殊情況的影響，水準(zhǔn)測量很難按照規(guī)范要求那樣，嚴(yán)格控制前后視距。一般采取的辦法是，工作基點(diǎn)走水準(zhǔn)路線，嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)測量要求實(shí)施。在施測過程中，監(jiān)測點(diǎn)測設(shè)一般按照不等距測量。3.不等距觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析基坑監(jiān)測規(guī)范中關(guān)于豎向位移監(jiān)測精度的要求如表1所示，我們從表2種可以看出，視距差對觀測精度影響很大，按照一、二等水準(zhǔn)測量要求觀測，控制視距差是關(guān)鍵。表1豎向位移監(jiān)測點(diǎn)的精度指標(biāo)（mm）等級高程中誤差mm相鄰點(diǎn)高差中誤差一級±0.3±0.1二級±0.5±0.3三級±1.0±0.5實(shí)際工作中由于基坑周邊監(jiān)測點(diǎn)位分布密集，嚴(yán)格控制前后視距差進(jìn)行觀測，勢必會增加轉(zhuǎn)站次數(shù)，增加誤差積累，降低作業(yè)效率。一般基坑監(jiān)測豎向位移受施工影響較大，變化有一定的趨勢，需要監(jiān)測能及時(shí)高效的掌握這一階段的變化速率和變化趨勢。如何能高效的在保證精度的前提下，提高工作效率，保證監(jiān)測任務(wù)的順利完成。數(shù)字水準(zhǔn)儀的普及和應(yīng)用為解決此類問題提供了契機(jī)，數(shù)字水準(zhǔn)儀具有自動精確讀數(shù)、電子記錄、誤差(標(biāo)尺熱膨脹誤差、地球曲率和大氣折光影響等)自動修正、數(shù)據(jù)電子化處理等功能[3]。我們以天寶數(shù)字水準(zhǔn)儀為例，DINI03具有在進(jìn)行水準(zhǔn)路線測量的同時(shí)，不中斷水準(zhǔn)路線測量的情況下進(jìn)行中間點(diǎn)測量功能。通過數(shù)據(jù)處理對中間點(diǎn)觀測值施加上ｉ角形成的誤差改正，在不等視距測量模式下滿足監(jiān)測水準(zhǔn)測量精度要求。（1）水準(zhǔn)測量中i角的誤差影響水準(zhǔn)測量觀測中，由于i角的存在對測量結(jié)果的影響值表達(dá)式可以表述為I×D,其中，I為i角誤差，(單位為rad),D為視距值。如圖1所示圖1水準(zhǔn)測量的i角誤差影響在不考慮隨機(jī)誤差的情況下，通過對水準(zhǔn)測量i角誤差I(lǐng)和視距D關(guān)系表達(dá)式計(jì)的計(jì)算，結(jié)果如表1所示：表2不等距水準(zhǔn)觀測i角和視距變化產(chǎn)生的誤差（mm）i角視距差m5“10“15“20“0.50.0120.0240.0360.04810.0240.0480.0730.09750.1210.2420.3640.485100.2420.4850.7270.970150.3640.7271.0911.454200.4850.9701.4541.939250.6061.2121.8182.424300.7271.4542.1822.909350.8481.6972.5453.394400.9701.9392.9093.879451.0912.1823.2724.363根據(jù)上表結(jié)果分析，i角與視距的變化存在對應(yīng)的關(guān)系，誤差隨著i角和視距的增大成正比例關(guān)系。只要水準(zhǔn)儀ｉ角誤差在當(dāng)前的測量時(shí)段內(nèi)具有足夠的穩(wěn)定性，則可對所有觀測值按照公式進(jìn)行改正。（2）不等距觀測精度分析通過對蘇州橫山路車站基坑地面監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測分析不等距觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量精度。觀測前對水準(zhǔn)儀進(jìn)行i角檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果i角為12秒。觀測分兩次進(jìn)行，一次嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)路線視距限差要求進(jìn)行初始觀測，一次按照不等距觀測，根據(jù)基坑監(jiān)測特點(diǎn)，方便觀測前后視距離最大超過35米。觀測結(jié)果如表2所示：表2不等距觀測結(jié)果分析點(diǎn)號等距觀測不等距觀測改正值(mm)改正后高差(m)高差較差(mm)高差(m)高差(m)視距差(m)p10.053840.05344+5.5+0.3200.05376-0.08p20.056850.05633+7.6+0.4420.05677-0.08p30.061740.06113+8.4+0.4890.06162-0.12p4-0.23156-0.23248+14.3+0.832-0.23165-0.09p50.134470.13398+10.2+0.5930.134570.10p60.154240.15441-5.6-0.3260.15408-0.16p70.135070.13612-12.8-0.7450.135370.30p8-0.12129-0.12102-8.0-0.465-0.12148-0.19p9-0.23524-0.23484-9.3-0.541-0.23538-0.14p100.185330.18563-4.5-0.2620.185370.04p11-0.13504-0.13488-6.2-0.361-0.13524-0.20p120.224360.22515-11.5-0.6690.224480.12通過數(shù)據(jù)分析我們可以看出，在電子水準(zhǔn)儀調(diào)焦等誤差影響的情況下，通過i角改正值施加改正，兩次觀測數(shù)據(jù)結(jié)果是吻合的，高程中誤差計(jì)算結(jié)果為0.15mm,誤差結(jié)果滿足規(guī)范要求。監(jiān)測過程中一般前視距離不大于后視距離，方便計(jì)算。4.結(jié)語1.采取水準(zhǔn)線路的中間點(diǎn)測量模式觀測監(jiān)測點(diǎn)對整條水準(zhǔn)線路的精度沒有任何影響。2.實(shí)例驗(yàn)證，采用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行前后不等視距的精密水準(zhǔn)測量方法，通過改正，成果質(zhì)量能滿足監(jiān)測精度要求，大大的提高了水準(zhǔn)測量的外業(yè)工作效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。3.當(dāng)ｉ角很小，基坑監(jiān)測等級較低時(shí)，i角誤差對每一站不等視距測量在限制的距離范圍內(nèi)結(jié)果影響可以不予考慮。Refe