在本次研究工作中，首先介紹了幾種常用的水平位移監測方法，闡明瞭基本原理和工作背景;接着對兩種方法相互之間做了比較，進行了理論精度分析。在此基礎上透過工程實例驗證比較了兩方法的實測精度，在驗證的基礎上得出了在工程應用中的優劣勢以及範圍分析結論。以下是分析方法學驗證論文，歡迎閱讀。
1 概述
近年來，隨着城市高層建築和地鐵工程的建設發展，城市地下空間利用越來越多，大量深基坑開挖工作往往在建築物和地下管線密佈的市區進行。基坑開挖過程中土體變形過大，就會對周邊構築物和地下管網線的正常使用狀態造成影響，甚至破壞其結構或設施。深基坑施工過程中，爲確保工程安全有序，必須全面的掌握基坑周圍土體變形和基坑支護結構條件，全方位監測相鄰的建構築物、管網線和土體的在基坑開挖中的狀況。
由於基坑尤其是深基坑邊緣不僅自身存在位移，還會使得基坑周圍地層、周邊建築物的地基產生沉降和傾斜。爲了監視基坑施工的安全，爲基坑支護方案的選取、變更以及調整提供基礎資料，必須對基坑進行位移觀測。尤其在地質條件較差的情況下，在深基坑施工時應加強對特定方向( 一般與邊坡成垂直方向) 的坡體或支護結構的水平位移進行監測。
2 單站改正法(見圖1)
2.1 單站改正法原理
受測區地形和施工環境的影響，通常基坑水平位移觀測所用的視準線法往往無法滿足條件，而其他方法無法達到觀測精度要求。單站改正法的基準點佈設不受地形影響，儀器架設在位移監測點，靈活多變，可透過儀器一次設站完成數個位移測點的監測，計算簡便，大大減少了作業量。
單站改正法觀測如圖1 所示，設M和N是基坑水平位移觀測的基準>在基坑開挖前，先在A點架設儀器，後視M，將其作爲初始的零方向，依次觀測A到M，B，C和N的初始方向角度，以及距離SMA，SAB，SAC以及SNA。重複觀測方向角∠MAN、∠MAB和∠NAC的角度變化值，記爲Δβa，Δβb和Δβc。
設站點A的橫向位移爲下式：
計算當A點移動，隨之引起的 B和C兩點水平位移的改正數?B和?C，各監測點的橫向位移與其改正數之和即爲水平位移量。
以求B點改正數爲例，設ΔA是點A在兩次觀測之間的位移量，a和a`爲∠MAB的兩次觀測角，對於ΔABM和ΔA`BM，有：
式中ΔA爲設站點的水平位移值，Δi爲任一點的水平位移值。
2.2 單站改正法的精度分析
對於大型基坑的水平位移觀測按照相關規範一般都按一級基坑監測精度要求來進行，爲了提高精度，除了選用高精度的儀器之外，還可以設定具有強制歸心和強制對中裝置的觀測墩和棱鏡臺，將對中誤差和偏心誤差控制在0.1mm以內，基本可以忽略不計。根據誤差傳播定律，轉換成中誤差方式的誤差公式可以表達爲：
式中mA，mB爲水平位移中誤差，ma，mb爲測角中誤差。
3 小角法
3.1 小角法原理
蘇京平(2010)提出小角法是水平位移監測中常用的方法，其基本原理是透過測定基準線方向與觀測點的視線方向之間的微小角度從而計算觀測點相對於基準線的偏離值，根據偏離值在各觀測週期中的變化確定位移量。由於所需測定的位移通常很細微，因此對位移的觀測精度要求很高，需要採取各種提高觀測精度的措施，觀測過程中需要對各作業環節嚴格把握，哪怕僅僅是一個小環節的失誤，都可能導致最終監測精度不能滿足要求。所以在使用這個方法的時候，監測人眼要引起足夠的重視。小角法是目前較爲普遍應用的一種方法，但也容易在觀測過程中疏忽大意，影響監測工作的進行，因此，有必要對此方法進行詳細分析和討論。
3.2 小角法的精度分析
小角法中，首先要進行基準線的設定。小角法需要穩定不變的基準線作爲測量平面位移的基準，基準點發生位移將直接導致監測數據偏差。理想的基準線穩定性的檢驗圖形是在基準線兩端的延長線上設立校覈基準點，限於現場條件，可採用各種行之有效的方法，如後方交會法(反演小角法屬於此類)、三角測量法等。
如圖2爲小角法監測示意圖，A、B爲基準點。
計算公式爲：d=α/ρ×D，式中 爲常數206265;d爲工作基點到監測點的距離;α爲監測點相對於工作基線間的夾角(也稱爲方位角);
觀測中誤差
依據這一原理，在監測工作中採用在監測主體邊坡的延長線上，建立一個工作基點，選定另一工作基點作爲零方向。取得水平位移點相對於工作基線的偏移角度Β，再根據觀測點和工作基點之間的距離D，換算出偏移量d即可。再將歷次計算所得d值加以比對即可得各監測點的水平位移情況。爲了提高觀測精度，初測一般要多測幾個測回。這種方法的優點在於：布點簡單、快速; 觀測方法簡捷、快速，降低了觀測誤差; 觀測時間短、處理數據速度快，提高了監測效率。
從圖2中可以看出，小角法測定的水平位移(偏離值d的變化量)具有單一方向性，並且此方向爲基準線的垂直方向。其他方向的位移無法測出。由此可見，設計基準線的方向必須垂直於可預見的水平位移方向，否則，所測定的位移量將失真。通常基準線按臨近而平行於待測建築邊線佈置，而觀測點則應佈設在基準線方向上，各測點偏離基準線的角度不應超過30" 。上述規定目的在於有效發揮小角度法測量的優勢：即在觀測時不轉動儀器照準部，而只用全站儀(經緯儀)的微動機構照準讀數。實踐證明，這樣可以有效提高測角精度。
4 單站改正法與小角法的精度比較
單站改正法是在小角法的基礎上的改進，在現場條件較差的'情況下使用此方法也能保證精度。爲了做對比，首先比較這兩個方法的設站精度，爲了便於比較，將測站點定在兩個基準點連線的中點，爲了便於計算，令X=D，同時將兩者的中誤差公式相減得出：
因此，測小角法測量的站點的精度較低。當XSP-A/3，測小角法的精度低於單站測站法的精度。由分析可知，單站改正法特別適用於觀測點多，點距遠，變形方向一致的位移變形測量。
5 觀測方法的應用與驗證
爲了驗證上述幾種觀測方法的精度，選取某大型基坑作爲實驗場地，分別採用單站改正法，小角法和自由設站法進行設站觀測，並對這幾種方法的精度進行了分析和驗證。
從兩種測量方法得出的計算結果中可知，室內檢驗測量的結果與理論分析一致：單站改正法的優勢比較明顯，水平位移量小，監測精度高;小角法其次，如果考慮成本、工期等，單站改正法不如測小角法簡單方便;前方交會法不僅操作繁瑣，精度也不如測小角法高。
結語
透過上述實驗，可以對基坑水平位移監測方法做以下小結：
1 如果儀器的測角角度不高，在環境允許的情況下，用單站改正法代替測小角法，可以獲得比較良好的成果。
2 單站改正法可以看作是對測角法的改進，比小角法更能保證精度，且單站改正法收現場環境影響也較小，可適用於較複雜的場地情況。
總的說來，在進行基坑水平位移監測工作中，要根據施工現場和測量設備的情況進行觀測方法的選擇，以提高精度爲首要目標，靈活選擇和應用各種觀測手段。使得觀測結果可信，精度達到要求，在基坑施工過程中起到切實的保障作用。
參考文獻
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