摘要：介紹了地鐵基坑維護墻（樁）頂水平位移監測的常用方法及其優缺點，通過比較各種方法在地鐵基坑監測中的適用性，來探討地鐵基坑特定環境下適合的監測方法。

關鍵詞：地鐵基坑  監測  水平位移  方法

1、前言

在城市地鐵車站建設施工中，為確保車站基坑的開挖及周邊建、構筑物的安全，必須進行安全監測。基坑維護墻（樁）頂水平位移(以下簡稱“水平位移”)監測就是其中非常重要的一個項目。在地鐵基坑特定的環境下，選擇何種監測方法才能方便、快捷的獲取監測數據，是水平位移監測要解決的首要問題。筆者通過對各種水平位移監測方法的優、缺點進行比較、分析，來探討適合于地鐵基坑水平位移監測的方法。

2、水平位移監測的方法

水平位移常用的監測方法主要有視準線法、單站改**、極坐標法、前方交會法、后方交會法以及導線測量等等。

2.1、視準線法

視準線法按其作業方法和所使用的工具的不同，又可分為“測小角法”和“活動覘牌法”。

2.1.1 測小角法

測小角法就是如右圖所示，先確定一條平行于基坑的基準線AB，然后測定基準線與基準點到監測點視線之間的微小角度（建筑物變形監測規范要求不超過30″），以及基準點與監測點之間的距離 ；通過每兩次觀測的角度變化 來求得監測點 的偏離值 。其計算公式如下：

測小角法的觀測誤差主要由測角引起，其由距離引起的誤差非常小，可以忽略不計。因此，其邊長只需初始測量一次即可，從而大大減少了工作量。另外，由于測角的精度可以通過增加測回數來提升，所以測小角法可以得到比較高的精度。

測小角法的缺點有：1、只能得到垂直于基準線方向的位移，所以只適合于形狀規整的基坑；2、為了確保位移測量的精度，監測點的距離不能太長，對于邊長較長的基坑不適用；3、監測點與基準點之間的微小角度要求對監測點的布設提出了較高要求。

2.1.2 活動覘牌法

活動覘牌法與測小角法原理相似，不同的是在監測點處不是安置固定覘牌，而是利用一種精密的附有讀數裝置的活動覘牌（如右圖所示）來直接測定偏離值。測量時通過調節覘牌的測微裝置，使覘牌上的照準標志移到基準線上，再在讀數裝置上讀出偏離值。

活動覘牌法可以直接讀出偏離值，省去了數據計算的步驟，減少了內業工作量。由于其原理跟測小角法相似，所以也有著測小角法的不足之處。此外，該方法至少需要兩個人相互配合操作，才能實施，增加了操作難度和工作量。

2.2、單站改**

單站改**是一種將視準線小角法與監測點設站法結合使用的方法，這種方法只需儀器一次設站，加改正來完成所有監測點位移量的測算。如圖所示：

在施工影響之外的堅固建筑物上設了兩個標志 A、B。每次監測時，先要測量∠APB 角的變化量，求得 P 點的橫向位移量Δp，再測量∠AP i 角的變化量，進而求得監測點 i 的橫向位移量Δi 。其計算公式如下：

單站改**是一種特殊的測小角法，由于這種方法可以在監測點處設站，所以相對測小角法而言其觀測范圍擴大了一倍，在一定程度上解決了測小角法距離不能太長的問題。然而由于每次都必須觀測測站點角度的變化，對測站點進行改正，增加了內、外業的工作量。另外，此方法必須在監測點上建立強制對中觀測墩才能進行觀測，增加了布點難度。

2.3、極坐標法

極坐標法是利用數學中的極坐標原理，以兩個已知點為坐標軸，以其中一個點為極點建立極坐標系，測定觀測點到極點的距離，以及觀測點與極點連線和兩個已知點連線的夾角從而來計算觀測點坐標的方法。如圖：

測定待求點C坐標時，先計算已知點A、B的方位角：

測定角度β和邊長BC，則

BC的方位角：

C點的坐標：  

由于極坐標是測定監測點的坐標，所以可以得到監測點在任意方向上的變化。其次，極坐標法設站靈活，只要已知一個點的坐標和一個后視方向就可以在該點上設站、測量。因此，極坐標法可以有效的避開遮擋，順利地采集監測數據。另外，極坐標可以一次測定多個方向的監測點，使得工作效率大大提高。以前由于極坐標法對儀器精度的要求較高，使其應用受到限制，使用較少；然而現在隨著高精度儀器的普及，該方法使用的也越來越多。

2.4、前方交會法

測角前方交會法原理如右圖所示，用經緯儀分別在已知點A和B上測出角α和角β，可根據下式計算待定點P的坐標：

前方交會法一般是在周邊建筑物頂上布設強制對中觀測墩，在其上設站觀測。所以其視角開闊，基本上能觀測到基坑內的所有點。然而，它至少須在兩個觀測墩上設站測量，觀測量較大。并且，兩個觀測墩之間的轉站通常是在兩棟建筑物之間轉，非常費時費事。另一方面，前方交會對于圖形條件的要求高，從而限制了其大范圍的使用，一般只對少數點使用。在地鐵基坑監測中，前方交會一般用于工作基點的穩定性檢查。

2.5、后方交會法

如右圖所示，后方交會就是在未知點P處設站，觀測三個已知點A、B、C之間的夾角α、β、γ，則可計算P點坐標:

其中：

后方交會法一般也用于工作基點墩的穩定性檢查。由于后方交會只要在未知點上設站就可以，所以較前方交會其工作量較少。此外，后方交會可以利用基坑周邊固定的房角做觀測目標，而不必做強制對中觀測墩，方便易行，適用范圍更廣。

2.6、導線測量法

導線測量法就是通過從基坑外穩定的基點向基坑內觀測點做閉合或者附和導線來測定觀測點的變化的方法。

導線測量最大的優勢是基點和觀測點之間不必通視，但是其觀測的工作量大，操作起來比較麻煩，精度也不高，所以使用的較少。該方法一般是在基坑周邊建筑物特別密集的時候，用于工作基點的穩定性的檢查。

3、水平位移監測方法的比較

在地鐵基坑水平位移監測當中，視準線法、單站改**和極坐標法是常用的方法。

在地鐵基坑的施工中，其冠梁上經常會擺放材料，停放施工機械，且還是人行通道，工作人員常在上面走動、工作。所以冠梁上的視線經常是受阻而不通視的。在這種條件下，視準線法和單站改**實施起來非常困難。相對而言，極坐標法設站靈活，當采取基坑對角定向時，可以避開絕大部分的遮擋情況。并且，有時候當一個方向被阻，換個設站點，就可以觀測到了，使得監測能夠順利進行。當使用先進的儀器，如萊卡TCA2003，極坐標法可以實現自動觀測，減少人為的觀測誤差，大大減輕了工作強度，提高了工作效率。特別是基坑施工發生險情需要連續觀測時，該方法有迅速獲得監測成果的優勢。

前方交會法、后方交會法以及導線測量法在地鐵基坑水平位移中一般用于工作基點的檢查。相對前方交會來講，后方交會可以根據場地條件選擇房角等自然標志來進行測量，無需建立強制對中觀測墩，簡單易行，比較實用。導線測量其操作比較繁瑣，精度不高，平常較少使用。一般在場地條件限制，前、后方交會等方法都無法使用時才采用。

4.結語

地地鐵基坑施工現場環境復雜，遮擋情況嚴重，限制了許多監測方法的使用。極坐標法方便靈活，能較好的避開各種遮擋，且工作效率高，適合于各種形狀的基坑，是地鐵基坑水平位移監測比較合適的方法。此外，后方交會法方便易行，可以根據現場的情況選擇周邊建筑物房角進行觀測，而不必布設觀測墩，適用范圍廣，是水平位移監測基準點檢查的好方法。