自動化全站儀在高層建筑基坑變形監測中的應用

勞文斌

廣東省有色金屬地質局水文地質隊 廣東 廣州 510800

在高層建筑基坑開挖過程中，土壤的應力情況會發生一定程度的變化，并且實施工程項目的實施，土壤的變形變得越來越明顯，從而產生的應力也越來越強。所以為了有效地防止應力對建筑帶來的安全隱患，加強施工過程中的基坑變形監測尤為重要。所以為了有效地防止變形，必須采取先進的檢測工藝和監測設備，密切關注今后內部的數據動態變化，指導工程人員及時地采取有力措施，防止變化對建筑所帶來的影響。在基坑變形監測過程中，自動全站儀憑借著自動識別和智能定位功能及較強的時效性，受到了廣大施工人員的青睞，在監控過程中可以減少圍巖變形的程度，向技術人員及時反饋地形的位移變化。

1 高層建筑基坑變形監測的重要性

高層建筑的結構相對比較復雜，并且施工難度相對于常規建筑更高，尤其在季風變形監測過程中，我們要保證變形對建筑的影響在可控狀態，這樣才能保證施工安全和施工質量，提高居民的居住效果。當前的高層建筑基坑施工過程中，周圍的土壤和原始建筑面積往往會存在一定的差異，并且土壤在開發之前往往處于靜止狀態，但是在開工以后，土壤對于內部土地結構產生的壓力會發生變化，從而產生土體的變形，為整個建筑留下安全隱患，所以必須采取相應的監測工藝和自動化全站儀器，嚴格的監測基坑的變化情況，從而提高施工質量，保障居民的生命財產安全和施工人員的人身安全。

2 自動全站儀在高層建筑基坑變形監測中的應用

2.1 自動全站儀的應用流程

自動全站儀在使用過程中提高了建筑工程的施工工藝，同時隨著儀器的不斷發展，其使用的場合也越來越多。目前，自動全站儀所使用的直接坐標法，在高層建筑沉降監測、變形監測和水平方向的監測中都得到了廣泛地使用，與傳統的方法相比，該監測技術能夠將目標快速定位，并且定位精度更高，對于目標點的原始信息記錄更加清晰，一旦發生坐標變化，立即反饋給工作人員，保障基坑監測變形不至于影響到整個建筑的正常施工。

在自動化全站儀的應用過程中，自由設站點和基準點的設置是保障監測精度的首要影響條件。醫護人員在使用儀器設備時，要根據規范標準來設置基準點，在安裝儀器設備時要指向基準點的方向，獲得方位角和相應的距離，從而自動生成監測坐標系中的自由設站點坐標（下文用P點表示）。與此同時，由于基坑施工范圍相對較小，所以在整個高層建筑的基坑監測過程中，可以在構建自由設站點坐標時，將其看作短距離監測，采用最小二乘法，根據該點坐標進行轉換，獲得一個近似的坐標值，這種近似坐標值并不影響監測的精度。

2.2 全站儀自由設站觀測的原理分析

基坑變形監測是目前自動化全站儀使用的主要場合，在自動全站儀的工作下，可以對基坑的變形做到精準的監測，并及時反饋給技術人員。在結合變形的監測過程中，首先要在工程的附近建立一個觀測點，然后在觀測點內設置監測的方位角，標定儀器的分析功能和數據采樣功能。簡單來說，全站儀觀測的技術原理主要是基于自由觀測，并在觀測過程中分析坐標系觀測自由度和基坑的環境條件，然后通過綠色的基準點來定位數據并不斷修正，最后通過計算機來針對監測到的數據樣本分析處理，實現監測數據的轉換，并可視化，最終實現獨立觀察分析。在基坑變形的監測過程中，采用連續全天候地監測，對于技術人員來說十分方便，從繁重的工作解放了出來。這種系統的自動處理和分析功能，可以降低工作人員的任務量，同時自動化的分析處理模式，也可以通過遠程數據傳輸網絡和光纖等基礎設施建設使技術人員遠離一線現場，提高技術人員的安全性。

2.3 全站儀自由設置場地坐標變換

自動化的全站儀觀測主要涉及到駐點和參考點兩類，在具體的應用過程中可以自由設定 P點，但在設置過程中要充分的考慮周邊環境，也可以根據當地的基本情況所設置的4個參考點作為參考。在具體的檢測過程中，可以根據參考點的假設，設置基本的距離值和方向值，然后反推出P點的坐標。但一般情況下，在實際監測過程中，由于監測的基坑變形屬于小幅度的范圍，所以在計算時也可以設置一個平面坐標，根據這個平面坐標來計算出垂直和水平的近似值，然后再減掉平面坐標的相對位置，即可得到點P。

3 自動化全站儀在高層建筑基坑變形監測中的應用

3.1 工程概況介紹

某大型高層建筑的深基坑開發深度約為20米，其寬度約為115米，四周的樓層高度分別為100米以上高樓大廈、15層樓、6層樓、8層樓。同時與城市交通動脈之間的距離也相對較近，約為2500米。可以看出，該工程基坑周邊的環境相對復雜，并且施工的場所相對狹窄，所以為了確保工程順利完工，對于基坑變形的控制要求更加精細，基坑變形的控制要求不僅要滿足國家和行業標準規定，同時還要在此基礎上更加嚴格。

3.2 自動化全站儀在高層建筑基坑變形中的應用方案

施工單位在基坑變形監測過程中，需要根據監測流程采用自動化全站儀器，確保測量的精度和時效性。在該工程的施工過程中，其監測流程主要圍繞如下幾方面展開。

首先，設置監測基準點。根據監測標準要求，基坑和監測基本點之間的距離要在基坑深度的三倍以上，并且在區域的選擇過程中，施工單位要選取基坑變形影響較小的區域，確保基準點的穩定性，不會發生較大的偏移。并且在高層建筑基坑變形監測過程中，基坑水平距離和基本點之間的設置，技術人員選取了60米左右，符合標準基坑深度的三倍以上。在平面布局過程中，監測的基準點為K1和K2。

其次，建立監測坐標系。在平面布局過程中，基坑邊緣線和基準點之間的連線即可構成平行關系，所以在該工程中技術人員將K1和K2的方位角設置為零度和180度，同時設置K2的坐標為（500，500），然后在此基礎上利用儀器設備測量兩個基本點之間的平行距離，結合方位，角和坐標值即可構建監測所使用的臨時坐標系，通過計算可以獲得另一個點的坐標（374，500）。

再次，水平位移監測。施工單位在水平位移監測過程中可以通過自由建站的子程序，在儀器中輸入方位角和上述坐標結合P點的坐標，采取極坐標方法可以測量方向角和PK1及PK2之間的距離，然后再明確P點平面坐標值的基礎上，依次對準需要監測的幾個點，這樣即可明確這幾個點在施工過程中的沉降變化情況和水平位移變化是否正常。

根據建筑物的周圍環境，基坑之間的距離約為70米是深度的三倍以上，所使用的監測方法選擇在K1和K2兩點設置基準點在放樣過程中盡量做到側邊平行，同時保證2點之間可靠連接，避免基坑產生較大的變形，對周邊的建筑產生破壞。同時采用全站儀設置K2的坐標，并測量K1和K2兩點之間的水平距離即可實現獨立坐標系，然后通過調用子程序計算出K1的平面坐標，最后根據任務的要求輸入相應的數值即可確定方向角，建立監控專用的自動化網絡。值得注意的是，在監測基坑變形過程中，要確保整個過程連貫、完整，保證周邊建筑物及施工過程中的建筑物變形情況全面覆蓋，在該項目的施工過程中，設置的監測點數量和范圍基本可以將整個建筑全面覆蓋。同時，也可以及時應用工程地質鉆機打孔來及時得到監測結果，考慮到基坑與主干道等關鍵地區之間距離過近，必須實時監測，一旦發生不良的苗頭，馬上處理。

3.3 自動化全站儀的監測結果分析

自動化全站儀中的參考點可以隨時被單元模塊所調用，在調整以后可以形成一個相對比較統一的平面坐標系，然后通過測量兩點之間的距離即可確定極坐標值，然后經過施工過程中的監控對比以后即可判斷形成的數據是否準確。在本工程中選取夾角為52°和45°及邊長為100.2米的測量數據進行驗證，儀器選用TC2003高精度自動全站儀，綜合性的測量角度誤差和距離誤差，本工程的檢測誤差為1.7毫米，而激光監測的要求，根據監測點的計算誤差，控制在1.5～2毫米之間即可。可以看出，該工程所使用的自動全站儀器可以基本符合工程監測的使用需求，可以在類似的工程中大面積推廣。

4 結束語

隨著我國高層建筑的規模越來越大，深基坑施工過程中所產生的變形問題也越來越明顯。在高層建筑深基坑變形監測方面，自動全站儀可以起到很好的測量控制作用，并同時時有效地控制變形監測的精度范圍，對完成整個工程有著重要的影響。高精度的自動全站儀可以自由地設置P點，從而對于城市中的高層建筑施工所產生的深基坑變形問題有效地控制。除此之外，自動化全站儀在操作過程中更加靈活方便，同時還可以為基坑施工提供十分準確的監測數據，保障施工過程中的安全性和可靠性，進而提高工程的整體施工進度和質量。