導線測量法在水平位移監測控制網中的應用

閆繼朋

（上海港灣工程質量檢測有限公司，上海 201315）

0 引言

廣州市某軌道交通工程車輛段內擬建一維修運轉樓，該運轉樓需下挖基坑作地下結構，為滿足基坑變形監測的需要，按照相關文件及規范要求，采用精密導線方法建立平面監測控制網。根據運轉樓的基坑及變形監測點位置，合理布設工作基點，與基準點共同布設成附合網形式。該項目基于廣州2000 坐標系建立基坑水平位移監測控制網（點），起始并附合于現有甲供控制網點上。本文就導線測量法在此項目水平位移監測控制網中的應用進行分析。

1 技術要求

本文主要探究該車輛段維修運轉樓基坑的水平位移控制監測網的建立與精度估算。該基坑監測網的建立采用導線網，根據《工程測量標準》（GB 50025-2020）[1]、《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497-2019）等規范的要求，并參考《建筑基坑工程監測技術規范實施手冊》[3]相關內容，采用三等水平位移控制監測網進行布設，主要技術要求如表1 所示。

表1 控制網的技術要求

2 精密導線網布設方法與選點要求

2.1 精密導線網的布設方法

進行測量前，首先對精密導線控制點進行了交樁、現場勘查等工作，可使用的有4 個甲供精密導線控制點（A、B、C、D），保存完好。為了確保精密導線網具有較高的質量和精度，滿足現場變形監測的要求，需要盡量減少因現場測量等主客觀原因產生的誤差影響。

目前精密導線控制網主要有兩種，單導線與雙導線網[4]。單導線具有節省成本、測設便捷、靈活性強等優點；其缺點是不利于提高精度、易被破壞等。雙導線具有可用控制點較多、網形穩固、精度高、易于保存等優點。因此，在條件允許的情況下，建議使用雙導線布設。

由于該項目甲供控制點位于車輛段兩端，其基坑范圍較小，故選用單導線+附合導線形式進行布設。為方便基坑變形監測點觀測，擬布設3 個水平位移工作基點（JZ1、JZ2、JZ3）。工作基點采用制作成強制對中墩，分別位于基坑三個角上，相互之間可以通視，做好保護措施，并定期進行校核。

2.2 精密導線網的選點要求

一般先搜集和了解有關資料，采用野外踏勘并結合圖上設計的方法，在規范要求的范圍內，確定導線點實際位置，并應盡量滿足以下要求：

（1）相鄰點之間應該通視良好，視野開闊，無大氣折光影響等；

（2）測站點及視線范圍內沒有散熱體影響或障礙物通過，否則重新布設導線點或在測線方向清除障礙物，并保證測線距離地面一定高度，或遠離障礙物一定距離；

（3）相鄰導線點的高度角應小于30°；

（4）導線點應可以長期保存，并且便于觀測使用。

此次導線點可以采用建筑物頂部、地面位置布設，與基坑工作基點形成附合導線，以滿足基坑監測需要。

3 外業數據的處理

3.1 精密導線外業觀測

現場通過多測回測角測站采集程序app 連接Leica TS30 全站儀，進行控制網點外業數據采集。觀測前，全站儀設置成自動照準觀測模式，并預先將有關環境參數、限差輸入儀器中。觀測中查看有無視線遮擋，每一測站有無觀測數據超限，并進行相應重測；觀察全站儀工作是否正常，準確記錄數據，完成后及時將數據導入存儲卡。外業觀測完成后，需對外業成果進行不低于10%的抽檢，以檢核外業數據的準確性。

此次精密導線網觀測，以D-C 為導線起始邊，依次觀測C、JM1、JZ1、JZ3、JZ2、JM3、JM4、JM5、B 九個導線點，測到B-A 形成附合導線。維修運轉樓基坑精密導線路線如圖1 所示。

圖1 維修運轉樓基坑精密導線路線

3.2 外業數據的初步處理

外業完成后，采集的數據不能直接使用，需要進行溫度、氣壓、儀器加乘常數等的改正。杜全維等[5]認為外業數據是遠離中央子午線的測區或是設計抵償投影面與實際高程面相差較大的地方，需要進行“兩化改正”。故為滿足相關測量規范的精度要求，需要做出必要的改正措施。

3.2.1 邊長改正

（1）氣象改正。根據廠家說明書中的方法進行改正或直接將現場測得的氣象數據輸入儀器中自動改正。

3.2.2 高程歸化改正和高斯投影改正

高程歸化改正和高斯投影改正后的測距邊需要滿足以下規定：

（1）將測得的距離歸化到測區平均高程面，測距邊長度D 的公式為：

（2）歸化到高斯投影面上的測距邊長度Dz按下式計算：

3.3 數據平差處理

實際工程中，應使用嚴密平差法對精密導線控制網進行平差計算。平差后，應進行精度評定，內容包括平差后單位權中誤差、最弱邊的邊長、最弱相鄰點的點位中誤差及方向角度誤差等。目前常用的平差軟件有清華山維、南方平差易、科傻等。平差系統軟件可以一定程度上避免人工計算錯誤，且能較全面地評定平差后網中各元素的精度。在外業操作及數據記錄無誤的情況下，此工程采用鐵四院開發的工程測量平差數據處理軟件V4.2.3，對導線測量數據進行嚴密平差計算。

3.3.1 精密導線方位閉合差與測角中誤差的計算

3.3.2 導線平差處理

精密導線網數據經上述各項改正后，使用鐵四院開發的平差軟件進行嚴密平差，平差成果需包含方位角中誤差、點位中誤差、邊長中誤差和最弱點點位中誤差等內容。附合導線方位閉合差應≤±5"為測站數)。

3.3.3 精度分析

（1）水平角測量

此次任務包含一條附合導線，共測水平方向28個。左右角在每個測站各進行2 測回觀測，左右角平均值最大較差為2.7"（JM3-JM4-JM5)。將兩個方向的左右角平均值較差結果進行匯總，求得測角中誤差：

（2）邊長測量

此任務所實測的導線邊長共有16 條，各測回之間的邊長互差均小于4mm；往返互差4mm 以下的占100%。往返互差最大為3.80mm（JZ2-JZ3）。下面分別計算平均測距中誤差（）和測距相對中誤差。由統計表可知，導線邊長往返測最大差值為3.80mm，相對精度最低為1/54308（JZ2-JZ3)。［］=47.05，=8，由公式（9）計算得=±1.715mm。

（3）閉合差統計分析

（4）點位精度統計

通過平差的成果表可知，點位誤差最大點為4.28mm（JZ2，即最弱點的點位中誤差MT），其點位誤差MX 和MY 最大值分別為3.01mm 和3.05mm。此導線中的測角個數取為=8，帶入公式（10），可求得最大的相鄰點的相對點位中誤差（T）ij的計算值為2.14mm，滿足《工程測量標準》（GB5026-2020）的限差要求，即相鄰點相對點位中誤差≤6.0mm。

4 結束語

（1）此次任務建立的平差成果滿足相關規范的要求，可以作為基坑變形觀測的依據使用。

（2）全站儀導線測量布設的邊長精度較為均勻，并且不受地形影響，尤其是隧道、礦井下十分有利。但它的缺點也比較明顯，只能小范圍內使用，且檢核的條件較少，傳算誤差較大。目前出現了基于GPS-RTK 技術的導線測量。GPS-RTK 技術只需一個方向通視，點位精度均勻，相互不傳遞，全天候可以觀測，實用性和精度都比較高，可以代替傳統導線測量，但它也受衛星信號的影響較大，全站儀只要求能夠通視。

（3）需要注意的是，各等級導線均可采用嚴密平差，而近似平差僅適用于較低等級導線。因此采用近似平差時，應反算方位角、角度、邊長等，以確保平差后的方位角、邊長、角度等結果可靠，方可作為最終成果使用。

（4）當采用不同平差軟件進行數據解算時，結果可能有所差異。有些軟件的嚴密平差精度比較低，只進行單次平差，需要明確是否使用迭代平差進行嚴密平差。同時，采用不同平差方法，如嚴密平差或者近似平差，得到的平差結果可能不同，此時需要明確是否使用嚴密平差。因此在使用這款平差軟件時，應注意各項參數的設定要準確。

（5）水平位移監測控制網是變形監測的依據，對于準確獲得基坑、建構筑物的安全狀態至關重要。當我們開展這項任務時，需要確保作業人員協調溝通能力較強，熟練掌握相關規范的要求，現場嚴格遵循相關規定，確保采集的數據真實可靠。同時需要相關技術人員掌握數據的精度平差、異常數據的辨別剔除能力，方能得出準確的成果報告。