2、江苏建研建设工程质量安全鉴定有限公司 江苏南京 210000
摘要：测绘工程中测量方法的精度估算和岩土工程中岩土本质的变形特点存在不能统一结合的问题。本文提出矢量位移分解法，解决了两者不能统一结合的问题，消除误差位移矢量混乱和误差不规律的现象；并提出采用变量控制法，解决了施工现场水平位移监测强制对中台优化布置问题，使监测数据更准确，减小了数据的误差。
关键词：基坑监测；误差分析；监测网优化
[Abstract]There is a problem that the accuracy estimation of surveying methods in surveying and mapping engineering cannot be unified with the deformation characteristics of rock and soil in geotechnical engineering.In this paper，the vector displacement decomposition method is proposed to solve the problem that the two methods can not be unified，and to eliminate the confusion of error displacement vector and the irregularity of error.In this paper，the variable control method is adopted to solve the compulsory horizontal displacement monitoring in construction site.To optimize the layout of the central station，the monitoring data are more accurate and the errors of the data are reduced.
[Key words]Foundation pit monitoring；Error analysis；Monitoring network optimization
1、水平位移变形的特点
通过有限元分析软件对基坑变形进行模拟，可知所得基坑位移的方向都是垂直于基坑边指向基坑内，变形方向也符合岩土本质变形特性[1]。
工程测量相关规范中规定的精度是以水平位移监测点的点位中误差为衡量指标。现有的水平位移监测方法中，对于前方交会法和极坐标法，以点位中误差作为精度指标；对于视准线法和小角度法，以位移方向的位移量的中误差为衡量指标，因此产生矢量位移误差会沿任意方向[2]，如图1所示。
图1 现有监测方法位移矢量方向分布
因此，测量方法的精度估算和岩土本质的变形特点存在不能统一结合的问题，导致了误差位移矢量的混乱，误差的不规律。
2、矢量位移分解原理
根据全站仪观测水平角原理，水平角的观测精度主要受仪器误差的影响。由误差传播定律，级全站仪一测回测角中误差 [3]。
点O测站（强制对中台），点H为基坑边水平位移观测点。采用极坐标法进行基坑监测，观测结果只受到仪器的测角误差和测距误差影响。点1和点4连线沿垂直于基坑边（y轴）的分解所得误差值为点位误差最不利组合值，点2和点3连线沿垂直于基坑边（y轴）的分解所得误差值为测角误差值沿垂直于基坑的分量，点4和点6的连线或点1和点3的连线沿垂直于基坑边（y轴）的分解所得误差值为测距误差沿垂直基坑的分量，见图2。
在测绘工程中，根据测量精度估算公式，监测数据的误差值为HP；而在岩土工程中，根据岩土变形特性，只要考虑垂直于基坑沿方向的误差，要对测距误差和测角误差沿垂直于基坑壁分解，二者分解值之和定义为最不利误差值，测角误差垂直于基坑边沿分解值为HF，测距误差垂直于基坑沿分解值为F1。因此，岩土工程中，H1为监测数据的真实误差。
图3 角误差随方位角变化的变化曲线
（2）角度固定，距离线性变化
当时，测角误差不随距离变化而变化，始终保持为零；当角度固定，测角误差随距离的增大而线性增加，角度越大，测角误差越大。当方位角时，测角误差增加幅度不大；当角度时，测角误差增加幅度变快，误差更大[5]。
3.2测距误差分析
（1）距离固定，角度线性变化
随着角度的增大，测距误差逐渐变小，见图6。当角度时，测距误差减小不明显；时，随着角度的增大，测距误差减小速率明显加快[6]。
（2）角度固定，距离线性变化
角度固定时，测距误差随距离增大而线性增加，即定向测量时，距离越小，测距误差愈小；但此距离要大于基坑变形的影响距离。距离固定，角度越小，测距值越大[7]。
3.4测角误差与最不利误差分析
（1）角度固定，距离线性变化
时，仅测距误差存在，测角误差不随方位角的变化而变化；当测角误差与最不利误差值的比值随距离近似线性增大；当角度且距离小于m，测角误差与最不利组合值都小于50%，即测距误差在此范围内起主导作用；且距离小于m，测距误差起主导作用；当且距离大于m，测角误差在最不利组合中起主导作用[8]。
（2）距离固定，角度线性变化
距离固定时，随角度变化，测角误差所占的比例值逐渐增大；距离基坑m时，测角的误差所占的比例小于，即测距误差主要起到控制作用；随着距离的增大，测角误差起主导作用逐渐向测距误差过渡[9]。
4监测网优化设计
4.1 工程实例与基坑优化
以南京市地铁十号线松花江路站段基坑为例，松花江路站长300m，宽为20m，基坑深12m，监测墙顶水平位移的强制对中台距最近基坑边为20m。根据监测图纸，基坑北端的强制对中台A1负责位移点CJ08到CJ19的监测，南端的强制对中台A2对位移点CJ01到CJ07和CJ20到CJ24的监测，实际的基坑监测点和监测网布设见图4。
图5 理论布设的基坑监测网
根据上述监测网的布设，依据距离和方位角的变化，可以从三维图上读出各监测点的最不利误差值将施工现场的实际布设的监测网和理论布设的监测网所产生的最不利误差进行比较，见图6。
图6理论监测网和松花江路站监测网产生最不利误差柱状比较图
经分析可得：对水平位移监测时，理论布设的监测网要比实际布设的监测网所控制的精度要高的多。所有的监测点精度都有不同程度的提高，特别墙顶点CJ20精度由2.31mm提高到1.08mm，提高精度达到114%。
4.2监测网优化步骤总结
为了更好地优化监测网，使基坑墙顶水平位移监测数据更加精确，将监测网优化布设的步骤总结如下：
（1）熟悉施工现场的周边环境和场地视线的通视情况。强制对中台不能布设在基坑周边有大量堆土的位置，也不能布设在动荷载出现的比较频繁的便道位置。对于强制对中台首选地基条件表较好的场地内，然后再考虑视线观测的范围尽可能的广，避免场地的障碍物影响水平位移监测点的观测。
（2）对施工场地的实际的监测点位置进行详尽了解，根据施工现场的监测点位实际布置修改原监测点位的平面布置图，并确定点位之间具体距离。
（3）根据三维曲面图10，首先应该满足强制对中台距离基坑边的距离尽量的小，但应超出基坑自身开挖变形的影响范围，选取后视点，使后视基准线尽量垂直于观测点所在基坑边的方向；然后，应该满足方位角在一定的范围之内。以TC2003全站仪对基坑进行监测为例，假如距离最近基坑边为30m，以垂直于最近基坑边方向选取后视基准点，监测点应该满足方位角最好满足在（50o，80o）范围之内，才能保证误差较小，监测数据更加精确。最不利误差值随角度和距离变化值见附录表。
5、总结
在市政道路工程中，基坑水平位移监测是预判基坑安全与失稳状态的重要方法之一。监测过程中，往往存在误差，导致预判结果与实际情况相差过大。改进监测方法，提高监测的精确度对于基坑安全的判断有十分重要的意义。通过本文的研究，可以得出以下结论：
传统的基坑安全监测过程中，水平位移监测的矢量误差不能够确定方向，分析误差与实际误差有较大的区别。
（1） 本文对固定距离和角度的监测误差进行了分析，提出了基坑监测的优化方法，工程实例表明，本文的优化方法可以有效提高基坑水平位移的监测精度。
（2） 参考文献
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论文作者:聂浩1,杨延玉2,王海东1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/6
标签：误差论文; 基坑论文; 位移论文; 距离论文; 角度论文; 监测网论文; 水平论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;