全站仪自由设站位移观测方法探讨

全站仪自由设站位移观测方法探讨

冉中鑫

（成都理工大学四川成都610059）

摘要：现在我国在建筑施工水平位移监测方面大多采用传统的水平位移测量方法，这些方法都有着或多或少的缺点，大多都不能在复杂的环境下进行准确严密的测量，此外还存在着自动化程度相对较低等等缺点，因此并不能够很好的满足现在施工的需要，针对以上问题，结合全站仪自由设站可以在任意点设站，能够在复杂的环境下进行常规的观测的特点，有必要研究全站仪自由设站法在位移监测中的应用。

关键词：自由设站；水平位移监测；全站仪

随着城市的不断发展，各种高层建筑和特大型建筑越来越多，各种建筑的基坑深度和范围也越来越大。常用的水平位移监测方法主要是通过角度、边长等求得监测点的平面坐标，将几次所得的平面坐标进行对比，确定水平位移量。常用的方法有三角网测量法、交会测量法、精密导线网测量法等。除了这些方法外，还有使用基准线法、专用测量法、GPS测量法和摄影测量法。但是城市中的施工场地为了在挖深基坑的时候保护城市环境，一般都会在施工场地周围进行围挡，这样就造成了施工空间的狭小，周边的施工环境变得非常复杂，工作的基准点选取难以确定。这些常用的观测方法就不能很好的适用这些复杂的情况，这时就需要研究一种能够很好地克服这个困难的方法。而全站仪自由设站法具有设站方便灵活，省时高效，受施工现场影响小，仪器可架设空间大，非常适合在情况复杂的建筑工地上应用。另外在施工现场需要进行许多必要的复杂数据计算，而这些复杂的计算需要耗费大量的时间，在现在的计算机发展水平下，有必要借助计算机来进行相关的数据处理，从而达到节约人力资源，提高工作效率的目的。

一、自由设站法位移观测方法及特点

在观测点埋设特定的观测标志，选择一个能够与两个或者两个以上已知点通视的任一点P，架设全站仪，以第一个监测点方向为0度方向角，建立站心坐标系，然后依次观测出所有监测点和已知点的距离和角度。当进行搬站操作时，需要在第二个测站点观测出上个测站测出的两个点，通过后方交会的方法求出该点在站心坐标系下的坐标，然后按照和在第一个测站点相同的观测方法进行观测。

每次观测都按照上面的方法观测出监测点的坐标，通过与上一次的坐标对比，可以得到一定时间段内的位移量，将所有时间段的位移量相加，即得到监测点在总观测时间段内的累计位移量。监测点应该采用特定的观测标志，根据相应的工程要求的测量规范，对测量精度进行评定，确定位移量是否符合要求。

全站仪自由设站法是使用全圆方向距离观测法对邻近的监测点和基准点实施多测回的距离和水平方向观测，由于需要保证有多余的观测数据来实施严密平差，所以每个监测点需要有至少两个测站进行观测，另外，对于不同的施工场地和同一个施工场地在不同时间点都具有自身的独特性，因此自由设站法位移观测能够充分展现其优势，由于全站仪自由设站法不需要将全站仪架设在已知点上，其架设的地方只需要能够与基准点和观测点通视的地方，设站相对自由。

二、自由设站法位移观测测量仪器和控制点标志

在进行全站仪自由设站位移观测时，为了能够保证其高精度，高效率的要求，进行观测的全站仪标称测距精度应该大于±（1mm+2mm/km）,以及标称方向观测精度应该大于±1″。现在有很多全站仪都能够满足这个要求。

全站仪自由设站法水平位移监测所需要的基准点和监测点的测量标志是一种强制对中标志，这种强制对中标志是由两部分组成，分别是预埋件和棱镜组。预埋件是一个有凹槽的钢结构部件，主要是用于埋设固定棱镜杆的功能，棱镜组是由棱镜杆和棱镜两部分组成，棱镜杆将棱镜与预埋件连接起来，棱镜中心就是所在点位的点位中心。位移观测中，预埋件应该埋设在能够反映工程位移特征的位置，而且还要注意其能够与发生位移的部分紧密结合起来，不能将其埋设在受施工干扰较大，容易遭到破坏的地方。

三、监测点布置及监测方法

在基坑周围选择稳定的区域，将特制的测量标志埋设能够反映基坑变形的点上，还要注意将其与变形部分紧密连接。测量标志埋设好之后，进行全站仪设站，选取一个能够与两个已知点通视的地方架设全站仪。在监测开始之前，使用全站仪反复对一个点进行测量，等到数值基本上趋于稳定之后，再开始进行观测。具体到本工程，如图4.4所示，A、B两点是选取的已知点，另选一个已知点C作为检测点，P点是设站点，D1-D12是在基坑周围埋设的多个特制测量标志。

在完成上述操作后就可以进行监测点的观测，选择一个测站点，将全站仪架设在该测站点上，建立站心坐标系，观测包含已知点在内的所点位，根据观测的角度和距离数据，能够计算出各个监测点和已知点在站心坐标系下的坐标，当全站仪搬站后，利用后方交会法求出搬站后设站点的站心坐标，然后重复上述操作。由于已知点在建筑坐标系中的点位是已知的，因此能够用四参数坐标转换的方法将站心坐标系转换到施工坐标系中。

完成第一次监测之后，就要按照规定，定期进行复测，将每次观测的坐标记录在专用的观测表内，然后和初始坐标进行对比，求解出累计位移量。在观测表内，相邻两次的累计位移量之差就是这两次观测时间段内的位移量。观测的数据当天要进行处理，根据实际测量的数据准确及时的提供水平位移曲线。

四、监测标准及监测预警

基坑边坡的稳定性主要是根据以下几点来进行判断的：1、累计位移量是不是小于50mm，最大位移的速率是不是小于2.5mm/天。2、边坡开挖停止后，位移速率是否呈现收敛趋势。在实际监测中，以上两点中的一点不符合要求，就要和其他项目监测的资料进行比较分析，早一步发现工程中存在的安全隐患，及早采取安全措施，保证施工质量。

监测点的标志埋设之后就开始监测，监测过程应该连续观测到边坡加固结束之后六个月内，或者在当年的雨季结束之后的三个月内没有发生明显的位移，在此期间水平位移观测监测频率在开挖期间一般为1次/3天，正常观测期间一般为1次/7天，开挖完成后的前三个月观测频率为1次/10天，开挖完成后的后三个月一直到竣工之后的两年之内监测频率为1次/30天。

在工程的施工过程中，要根据工程的性质和具体情况，确定监测基坑的允许位移的最大值，判断工程的安全程度，一般认为监测的数值在预警值之内是安全的，当超出预警值的界限时，就认为是工程有安全隐患，需要加强对工程的监管，及时作出修正。预警值的确定主要考虑以下因素：是够满足相关规范要求；是否能满足具体工程设计的要求；工程的质量、技术要求、经济条件和施工进度等；相关职能部门对施工场地是否有保护对象的要求。

五、结论

本文主要讨论了全站仪自由设站法在位移观测中的应用。探索自由设站法在水平位移观测中的具体方法，全站仪自由设站法位移观测相对于传统的三角网测量法、GPS测量法、摄影测量法等监测方法具有无可比拟的优点，由于全站仪自由设站法设站选择灵活，不受场地的限制，能够节省大量的时间，可以架设仪器的空间很大，另外现在的全站仪测角精度和侧边精度不断提高，已能够满足大部分位移监测的要求，因此，全站仪自由设站法位移观测很适合在现在大部分工程中应用，其在工程中必将会有很大的用武之地。

参考文献：

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作者简介：冉中鑫（1993.09-），男，河南南阳人，硕士研究生在读，研究方向：摄影测量与遥感。