廣州地鐵五號(hào)線第三方水平位移監(jiān)測(cè)的實(shí)踐
| 城市地鐵一般沿密集城區(qū)建設(shè),其土建施工對(duì)場(chǎng)地及周?chē)ā?gòu)筑物帶來(lái)的安全影響深受業(yè)主及社會(huì)的密切關(guān)注。土建施工第三方監(jiān)測(cè)是在地鐵施工中,相對(duì)于土建承包商和業(yè)主(或施工監(jiān)理)監(jiān)測(cè)而言,引入有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位實(shí)施的監(jiān)測(cè)工作。第三方水平位移監(jiān)測(cè)的對(duì)象一般針對(duì)基坑(或豎井)的圍護(hù)結(jié)構(gòu),其目的是為施工區(qū)安全穩(wěn)定性判斷提供獨(dú)立、公正、及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。 1 地鐵土建施工對(duì)第三方水平位移監(jiān)測(cè)的影響特點(diǎn) 地鐵線路一般沿城市地下通過(guò),其土建施工是在各施工工點(diǎn)以基坑(或豎井)方式垂直開(kāi)挖數(shù)十米,在基坑(或豎井)開(kāi)挖完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行地鐵線路隧道施工。施工工點(diǎn)距離周?chē)薪?、?gòu)筑物一般較近,且情況復(fù)雜;施工場(chǎng)地普遍較狹小,其四周一般都修建高度大于2m的圍蔽墻;場(chǎng)地內(nèi)一般建有辦公、生活設(shè)施,擺放各種建筑材料和施工設(shè)備, 并進(jìn)行施工用材的現(xiàn)場(chǎng)加工。同時(shí),基坑開(kāi)挖過(guò)程中,多工種交叉作業(yè),開(kāi)挖引起的振動(dòng)、揚(yáng)塵,電焊產(chǎn)生的弧光和煙霧,機(jī)械作業(yè)引起的熱浪等流動(dòng)和非流動(dòng)障礙普遍存在。由此可見(jiàn),第三方水平位移監(jiān)測(cè)受場(chǎng)地限制和施工影響較大,監(jiān)測(cè)工作離不開(kāi)施工方的理解與積極配合。 2 第三方水平位移監(jiān)測(cè)采用的方法及其精度分析 水平位移監(jiān)測(cè)一般采用基準(zhǔn)線法、極坐標(biāo)法、前方交會(huì)法、后方交會(huì)法、精密導(dǎo)線測(cè)量法等。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的時(shí)效性要求,考慮地鐵土建施工的各種影響,宜使用高精度儀器,采用簡(jiǎn)易、省時(shí)、精度可靠的監(jiān)測(cè)方法。工作中我們使用TCA2003智能型全站儀,主要采用極坐標(biāo)施測(cè)法,個(gè)別工點(diǎn)也采用了基準(zhǔn)線法。以下分析采用TCA2003全站儀按極坐標(biāo)法作水平位移監(jiān)測(cè)的精度。 按文獻(xiàn)[3],極坐標(biāo)法水平位移點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式為  式中,mp為位移點(diǎn)點(diǎn)位中誤差,mx、my分別為縱、橫坐標(biāo)中誤差,D為站點(diǎn)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離,mD為距離觀測(cè)中誤差,mβ為測(cè)角中誤差。  式中,a、b分別為測(cè)距儀固定誤差和比例誤差?？梢?jiàn),位移點(diǎn)點(diǎn)位誤差與觀測(cè)距離和測(cè)角中誤差均成正比例關(guān)系。 文獻(xiàn)[1]對(duì)水平位移測(cè)量一等精度要求為:變形點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差±1.5mm。而TCA2003智能全站儀標(biāo)稱(chēng)精度為:方向測(cè)回中誤差±0.5″,測(cè)距精度±(1mm+1ppm)。即當(dāng)測(cè)角誤差不大于0.707″、距離不大于244m時(shí),用此儀器按極坐標(biāo)法作水平位移監(jiān)測(cè),按(2)式計(jì)算的點(diǎn)位精度可達(dá)到一等監(jiān)測(cè)精度要求。如果將******施測(cè)距離限制在200m內(nèi),則mp=±1.38mm,此時(shí)若按mx和my對(duì)mp為等精度影響,可得mx=my=±0.98mm。因基坑監(jiān)測(cè)一般顧及垂直于基坑邊線方向的位移量,故采用TCA2003全站儀施測(cè),觀測(cè)距離在200m以?xún)?nèi),則水平位移監(jiān)測(cè)之位移分量精度可達(dá)±1mm以?xún)?nèi)(廣州地鐵對(duì)水平位移監(jiān)測(cè)要求最小監(jiān)測(cè)精度為±1mm)。此距離限制值也與TCA2003全站儀操作手冊(cè)介紹的采用自動(dòng)照準(zhǔn)方式作水平角觀測(cè)時(shí)獲得******觀測(cè)精度的距離范圍相吻合。 以上討論是基于儀器和鏡站都不含對(duì)中誤差條件下成立的。故采取強(qiáng)制對(duì)中措施是保障極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測(cè)精度的客觀要求。 3 第三方水平位移監(jiān)測(cè)的實(shí)施 3.1 水平位移監(jiān)測(cè)標(biāo)志的設(shè)立 采用極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè),首先需在監(jiān)測(cè)場(chǎng)地建立工作基點(diǎn)。因土建施工場(chǎng)地狀況十分復(fù)雜,工作基點(diǎn)位置須通過(guò)第三方與施工方作深入的溝通來(lái)確定。選定工作基點(diǎn)位置考慮的重點(diǎn)是要保證點(diǎn)位的安全、穩(wěn)定,使之與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視,且盡量考慮不致受到施工的影響。 考慮到成本原因,制作單位普遍采納旋進(jìn)式強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩標(biāo)志,如圖1所示。該種觀測(cè)墩工件比較簡(jiǎn)單,加工難度不大。其對(duì)中標(biāo)志的加工要點(diǎn):用20mm直徑不銹鋼桿(長(zhǎng)度適當(dāng)),一端按儀器連接桿螺紋尺寸加工,將加工好的不銹鋼桿垂直焊接在帶中心孔的普通鋼板上,螺紋部份露出鋼板面,使其適合儀器旋緊。該部件需安裝在按文獻(xiàn)[2]要求埋設(shè)的觀測(cè)墩上部。觀測(cè)墩地面高度以1.2~1.3m為宜。  水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)系在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁頂建立監(jiān)測(cè)墩標(biāo)志。監(jiān)測(cè)墩澆筑在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁(墻)頂,與圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成整體。監(jiān)測(cè)點(diǎn)墩與工作基點(diǎn)墩外觀基本相同,只是尺寸可小一點(diǎn),其高度不作要求,能測(cè)到即可。監(jiān)測(cè)點(diǎn)因位于施工范圍內(nèi),為防破壞應(yīng)對(duì)其加設(shè)保護(hù)裝置。 3.2 工作基點(diǎn)的測(cè)定 根據(jù)監(jiān)測(cè)需要,每個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布設(shè)2~4個(gè)工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)相互通視或組成三角形,便于檢查校核。將工作基點(diǎn)與業(yè)主提供的地鐵施工專(zhuān)用控制點(diǎn)(已知點(diǎn))組成監(jiān)測(cè)控制網(wǎng),按文獻(xiàn)[1]變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)要求,采用TCA2003智能全站儀施測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)作嚴(yán)密平差計(jì)算,其各項(xiàng)精度指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范要求才能作為監(jiān)測(cè)起算數(shù)據(jù)。 水平位移監(jiān)測(cè)系從基坑開(kāi)挖開(kāi)始,基坑土建施工完畢并穩(wěn)定為止,一般工期較長(zhǎng),故工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性檢查十分重要?，F(xiàn)場(chǎng)一般采用多測(cè)回實(shí)測(cè)固定角和固定邊的方法對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行檢核。應(yīng)充分利用基點(diǎn)之間的通視條件及周?chē)黠@穩(wěn)定標(biāo)志(如避雷針等),以檢測(cè)、判斷工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。當(dāng)檢查固定邊或角超過(guò)規(guī)定限差時(shí),應(yīng)分析原因,對(duì)不穩(wěn)定點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)測(cè)量或?qū)ΡO(jiān)測(cè)控制網(wǎng)進(jìn)行重新施測(cè)、平差。 3.3 極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測(cè)的外業(yè)觀測(cè) 采用TCA2003全站儀進(jìn)行極坐標(biāo)法水平位移外業(yè)觀測(cè),其水平角、邊長(zhǎng)觀測(cè)測(cè)回?cái)?shù)一般不低于兩測(cè)回,邊、角觀測(cè)的各項(xiàng)限差執(zhí)行文獻(xiàn)[2]要求。通過(guò)二次開(kāi)發(fā),TCA2003全站儀可按測(cè)回法作水平角、垂直角和距離自動(dòng)觀測(cè),也可使手動(dòng)和自動(dòng)觀測(cè)相結(jié)合。觀測(cè)中對(duì)各項(xiàng)限差作自動(dòng)檢查,并將觀測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于符合PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)的“MC”數(shù)據(jù)卡中,MC卡與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理獲得監(jiān)測(cè)所需的數(shù)據(jù)。采用TCA2003進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 1)宜采用徠卡TCA儀器專(zhuān)配反光鏡。TCA2003全站儀自動(dòng)觀測(cè)模式系采用獨(dú)有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別(ATR)裝置,其標(biāo)配原棱鏡常數(shù)為零。非徠卡反光鏡雖也能用于TCA儀器,但需作嚴(yán)格常數(shù)測(cè)定和改正。 2)監(jiān)測(cè)前應(yīng)按操作手冊(cè)要求對(duì)TCA2003儀器進(jìn)行雙軸補(bǔ)償縱、橫向指標(biāo)差(l,t);垂直編碼度盤(pán)指標(biāo)差(i);水平視準(zhǔn)差(c);水平軸傾斜誤差(a)和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別光軸的準(zhǔn)直差(ATR)等項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)定和修正,并使這些補(bǔ)償改正功能處于工作狀態(tài)。 3)應(yīng)避免在振動(dòng)干擾嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行觀測(cè),此時(shí)儀器2C變動(dòng)將出現(xiàn)異常,無(wú)法達(dá)到規(guī)范限差要求。 4)TCA啟動(dòng)測(cè)距時(shí),如有人通過(guò)視線引起短時(shí)遮擋將引起距離測(cè)量值的異常,此時(shí)的距離觀測(cè)值應(yīng)予剔除。 5)應(yīng)對(duì)所用反光鏡進(jìn)行編號(hào),使反光鏡按號(hào)對(duì)應(yīng)所測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),減少反光鏡差異帶來(lái)的監(jiān)測(cè)誤差。架設(shè)反光鏡時(shí),應(yīng)用全站儀進(jìn)行方向和俯仰角校準(zhǔn),使其保持對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。 6)除應(yīng)對(duì)觀測(cè)距離作儀器加、乘常數(shù)和傾斜改正,還應(yīng)作氣溫、氣壓實(shí)測(cè)改正。 7)初始值應(yīng)在開(kāi)工前作兩次獨(dú)立觀測(cè),兩次觀測(cè)值滿(mǎn)足規(guī)范限差要求時(shí)取其中數(shù)作為最終初始值。 8)第三方水平位移監(jiān)測(cè)需克服其它方干擾獨(dú)立開(kāi)展工作。儀器操作應(yīng)遵循細(xì)致、精準(zhǔn)的原則。同時(shí)在施工環(huán)境中應(yīng)采取有效措施,保證人身及儀器、反光鏡等設(shè)備的安全。 此外,第三方監(jiān)測(cè)在作專(zhuān)業(yè)量測(cè)的同時(shí),還須進(jìn)行施工影響環(huán)境巡查和工況記錄。對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)間、天氣、施工進(jìn)度及施工工序、地下水位變化情況、地表及周邊建(構(gòu))筑物是否出現(xiàn)裂縫和其它施工影響區(qū)異常征兆做好記錄,并在監(jiān)測(cè)報(bào)告中予以詳實(shí)說(shuō)明。 4 水平位移量的計(jì)算方法 通過(guò)極坐標(biāo)法測(cè)量獲得的是位移點(diǎn)在地鐵施工測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。水平位移量是指位移點(diǎn)沿垂直于基坑邊線方向的偏移值。以下探討水平位移量的計(jì)算方法: 在實(shí)際工程中,基坑形狀往往為非直角多邊形,經(jīng)常出現(xiàn)曲線形基坑。如圖2所示,XOY為施工測(cè)量坐標(biāo)系,x′oy′為與XOY共原點(diǎn)的參考坐標(biāo)系。P(X,Y)和P(x′,y′)為位移點(diǎn)P分別在施工測(cè)量坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。α為位移點(diǎn)P沿基坑邊垂線(且指向基坑內(nèi))在施工測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)方位角。參考坐標(biāo)系x′軸系施工測(cè)量坐標(biāo)系X軸旋轉(zhuǎn)α角且與P點(diǎn)基坑邊的垂線平行。由坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換原理[4]可得  即以施工測(cè)量坐標(biāo)系中按極坐標(biāo)法施測(cè)的位移點(diǎn)坐標(biāo)P(X,Y)、位移點(diǎn)基坑邊的垂線坐標(biāo)方位角(可在基坑電子平面圖上獲得),可由方程(3)求得位移點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。設(shè)本次監(jiān)測(cè)為第(i+1)次,前次監(jiān)測(cè)為第i次(i≥1),則位移量計(jì)算可表達(dá)為  按(4)式解算的Δx′i+1即為P點(diǎn)在基坑邊的垂線方向的位移量。該差值也符合位移往基坑內(nèi)數(shù)值為正,往基坑外數(shù)值為負(fù)的理解習(xí)慣。此法需在初次監(jiān)測(cè)時(shí),解求每個(gè)位移點(diǎn)基坑邊垂線(指向基坑內(nèi))的坐標(biāo)方位角。 上述水平位移量計(jì)算方法,是以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基坑邊垂線(方向指向基坑內(nèi))方位角為參數(shù),將施工測(cè)量坐標(biāo)系下監(jiān)測(cè)坐標(biāo)通過(guò)坐標(biāo)系換算直接求得位移量。該方法適用于所有形狀的基坑,且可通過(guò)編程提高計(jì)算效率。  5 第三方水平位移監(jiān)測(cè)的頻率及預(yù)報(bào)警機(jī)制 廣州地鐵五號(hào)線第三方水平位移監(jiān)測(cè)的頻率為:基坑開(kāi)挖階段正常情況下1次/3d;開(kāi)挖結(jié)束進(jìn)入結(jié)構(gòu)施工期1次/7d;主體結(jié)構(gòu)完工后穩(wěn)定階段一般1次/2周。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定,報(bào)經(jīng)業(yè)主同意可結(jié)束監(jiān)測(cè)。施工過(guò)程中,當(dāng)變形超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí),要求加密至兩天或一天一次。當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí),須進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 本項(xiàng)目支護(hù)結(jié)構(gòu)樁(墻)頂水平位移警戒值按30mm與0.1H%(H為基坑深度)取小值確定。當(dāng)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量達(dá)到警戒值的70%時(shí),監(jiān)測(cè)方需按要求提出預(yù)警報(bào)告。當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果達(dá)到警戒值時(shí),監(jiān)測(cè)單位須立即向業(yè)主代表進(jìn)行口頭報(bào)警,并協(xié)助其處理好相關(guān)事宜。 第三方監(jiān)測(cè)應(yīng)建立與業(yè)主、監(jiān)理和承包商各方順暢的聯(lián)絡(luò)溝通機(jī)制。監(jiān)測(cè)作業(yè)隊(duì)伍應(yīng)具備快速反應(yīng)能力,不但要確保按正常頻率做好監(jiān)測(cè)工作,還要滿(mǎn)足業(yè)主對(duì)監(jiān)測(cè)工作的臨時(shí)調(diào)配。為滿(mǎn)足地鐵建設(shè)信息化施工的需要,需利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析和處理,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測(cè)結(jié)果快速準(zhǔn)確的發(fā)布提交,并按施工設(shè)計(jì)要求建立有效的監(jiān)測(cè)預(yù)、報(bào)警機(jī)制。 6 結(jié)束語(yǔ) 廣州地鐵土建施工第三方監(jiān)測(cè)的實(shí)施,是業(yè)主為地鐵工程土建施工加設(shè)的一道安全防線,適合我國(guó)在重大工程建設(shè)領(lǐng)域與國(guó)際接軌的要求。第三方監(jiān)測(cè)以專(zhuān)業(yè)化的作業(yè)水準(zhǔn),采用先進(jìn)的技術(shù)手段,提供客觀、獨(dú)立、迅速準(zhǔn)確的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為有關(guān)各方對(duì)地鐵工程土建施工信息化管理提供了必要的科學(xué)依據(jù)。 水平位移監(jiān)測(cè)是第三方監(jiān)測(cè)的重要一環(huán)。采用簡(jiǎn)易可行、精確的監(jiān)測(cè)手段,提供可靠的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為監(jiān)視基坑施工對(duì)周邊環(huán)境造成的影響及預(yù)防安全事故的發(fā)生起到重要作用。作業(yè)人員應(yīng)不斷積累施工監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn),使第三方監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷完善、提高。 |
