廣州地鐵五號線第三方水平位移監(jiān)測的實踐
| 城市地鐵一般沿密集城區(qū)建設(shè),其土建施工對場地及周圍建、構(gòu)筑物帶來的安全影響深受業(yè)主及社會的密切關(guān)注。土建施工第三方監(jiān)測是在地鐵施工中,相對于土建承包商和業(yè)主(或施工監(jiān)理)監(jiān)測而言,引入有資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)測單位實施的監(jiān)測工作。第三方水平位移監(jiān)測的對象一般針對基坑(或豎井)的圍護結(jié)構(gòu),其目的是為施工區(qū)安全穩(wěn)定性判斷提供獨立、公正、及時、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。 1 地鐵土建施工對第三方水平位移監(jiān)測的影響特點 地鐵線路一般沿城市地下通過,其土建施工是在各施工工點以基坑(或豎井)方式垂直開挖數(shù)十米,在基坑(或豎井)開挖完成的基礎(chǔ)上進行地鐵線路隧道施工。施工工點距離周圍原有建、構(gòu)筑物一般較近,且情況復(fù)雜;施工場地普遍較狹小,其四周一般都修建高度大于2m的圍蔽墻;場地內(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, 并進行施工用材的現(xiàn)場加工。同時,基坑開挖過程中,多工種交叉作業(yè),開挖引起的振動、揚塵,電焊產(chǎn)生的弧光和煙霧,機械作業(yè)引起的熱浪等流動和非流動障礙普遍存在。由此可見,第三方水平位移監(jiān)測受場地限制和施工影響較大,監(jiān)測工作離不開施工方的理解與積極配合。 2 第三方水平位移監(jiān)測采用的方法及其精度分析 水平位移監(jiān)測一般采用基準(zhǔn)線法、極坐標(biāo)法、前方交會法、后方交會法、精密導(dǎo)線測量法等。根據(jù)施工監(jiān)測的時效性要求,考慮地鐵土建施工的各種影響,宜使用高精度儀器,采用簡易、省時、精度可靠的監(jiān)測方法。工作中我們使用TCA2003智能型全站儀,主要采用極坐標(biāo)施測法,個別工點也采用了基準(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)測的精度。 按文獻[3],極坐標(biāo)法水平位移點位中誤差計算公式為  式中,mp為位移點點位中誤差,mx、my分別為縱、橫坐標(biāo)中誤差,D為站點至監(jiān)測點的距離,mD為距離觀測中誤差,mβ為測角中誤差。  式中,a、b分別為測距儀固定誤差和比例誤差?？梢?位移點點位誤差與觀測距離和測角中誤差均成正比例關(guān)系。 文獻[1]對水平位移測量一等精度要求為:變形點的點位中誤差±1.5mm。而TCA2003智能全站儀標(biāo)稱精度為:方向測回中誤差±0.5″,測距精度±(1mm+1ppm)。即當(dāng)測角誤差不大于0.707″、距離不大于244m時,用此儀器按極坐標(biāo)法作水平位移監(jiān)測,按(2)式計算的點位精度可達到一等監(jiān)測精度要求。如果將******施測距離限制在200m內(nèi),則mp=±1.38mm,此時若按mx和my對mp為等精度影響,可得mx=my=±0.98mm。因基坑監(jiān)測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,觀測距離在200m以內(nèi),則水平位移監(jiān)測之位移分量精度可達±1mm以內(nèi)(廣州地鐵對水平位移監(jiān)測要求最小監(jiān)測精度為±1mm)。此距離限制值也與TCA2003全站儀操作手冊介紹的采用自動照準(zhǔn)方式作水平角觀測時獲得******觀測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中誤差條件下成立的。故采取強制對中措施是保障極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測精度的客觀要求。 3 第三方水平位移監(jiān)測的實施 3.1 水平位移監(jiān)測標(biāo)志的設(shè)立 采用極坐標(biāo)法監(jiān)測,首先需在監(jiān)測場地建立工作基點。因土建施工場地狀況十分復(fù)雜,工作基點位置須通過第三方與施工方作深入的溝通來確定。選定工作基點位置考慮的重點是要保證點位的安全、穩(wěn)定,使之與各監(jiān)測點通視,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式強制對中觀測墩標(biāo)志,如圖1所示。該種觀測墩工件比較簡單,加工難度不大。其對中標(biāo)志的加工要點:用20mm直徑不銹鋼桿(長度適當(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[2]要求埋設(shè)的觀測墩上部。觀測墩地面高度以1.2~1.3m為宜。  水平位移監(jiān)測點系在基坑圍護結(jié)構(gòu)冠梁頂建立監(jiān)測墩標(biāo)志。監(jiān)測墩澆筑在基坑圍護結(jié)構(gòu)樁(墻)頂,與圍護結(jié)構(gòu)形成整體。監(jiān)測點墩與工作基點墩外觀基本相同,只是尺寸可小一點,其高度不作要求,能測到即可。監(jiān)測點因位于施工范圍內(nèi),為防破壞應(yīng)對其加設(shè)保護裝置。 3.2 工作基點的測定 根據(jù)監(jiān)測需要,每個監(jiān)測場地布設(shè)2~4個工作基點。工作基點應(yīng)相互通視或組成三角形,便于檢查校核。將工作基點與業(yè)主提供的地鐵施工專用控制點(已知點)組成監(jiān)測控制網(wǎng),按文獻[1]變形監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)要求,采用TCA2003智能全站儀施測。對監(jiān)測控制網(wǎng)作嚴(yán)密平差計算,其各項精度指標(biāo)滿足規(guī)范要求才能作為監(jiān)測起算數(shù)據(jù)。 水平位移監(jiān)測系從基坑開挖開始,基坑土建施工完畢并穩(wěn)定為止,一般工期較長,故工作基點的穩(wěn)定性檢查十分重要?，F(xiàn)場一般采用多測回實測固定角和固定邊的方法對工作基點進行檢核。應(yīng)充分利用基點之間的通視條件及周圍明顯穩(wěn)定標(biāo)志(如避雷針等),以檢測、判斷工作基點的穩(wěn)定性。當(dāng)檢查固定邊或角超過規(guī)定限差時,應(yīng)分析原因,對不穩(wěn)定點進行恢復(fù)測量或?qū)ΡO(jiān)測控制網(wǎng)進行重新施測、平差。 3.3 極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測的外業(yè)觀測 采用TCA2003全站儀進行極坐標(biāo)法水平位移外業(yè)觀測,其水平角、邊長觀測測回數(shù)一般不低于兩測回,邊、角觀測的各項限差執(zhí)行文獻[2]要求。通過二次開發(fā),TCA2003全站儀可按測回法作水平角、垂直角和距離自動觀測,也可使手動和自動觀測相結(jié)合。觀測中對各項限差作自動檢查,并將觀測數(shù)據(jù)存儲于符合PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)的“MC”數(shù)據(jù)卡中,MC卡與電腦進行數(shù)據(jù)交換處理獲得監(jiān)測所需的數(shù)據(jù)。采用TCA2003進行水平位移監(jiān)測應(yīng)注意以下幾點: 1)宜采用徠卡TCA儀器專配反光鏡。TCA2003全站儀自動觀測模式系采用獨有自動目標(biāo)識別(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)測定和改正。 2)監(jiān)測前應(yīng)按操作手冊要求對TCA2003儀器進行雙軸補償縱、橫向指標(biāo)差(l,t);垂直編碼度盤指標(biāo)差(i);水平視準(zhǔn)差(c);水平軸傾斜誤差(a)和自動目標(biāo)識別光軸的準(zhǔn)直差(ATR)等項內(nèi)容的測定和修正,并使這些補償改正功能處于工作狀態(tài)。 3)應(yīng)避免在振動干擾嚴(yán)重時進行觀測,此時儀器2C變動將出現(xiàn)異常,無法達到規(guī)范限差要求。 4)TCA啟動測距時,如有人通過視線引起短時遮擋將引起距離測量值的異常,此時的距離觀測值應(yīng)予剔除。 5)應(yīng)對所用反光鏡進行編號,使反光鏡按號對應(yīng)所測監(jiān)測點,減少反光鏡差異帶來的監(jiān)測誤差。架設(shè)反光鏡時,應(yīng)用全站儀進行方向和俯仰角校準(zhǔn),使其保持對準(zhǔn)狀態(tài)。 6)除應(yīng)對觀測距離作儀器加、乘常數(shù)和傾斜改正,還應(yīng)作氣溫、氣壓實測改正。 7)初始值應(yīng)在開工前作兩次獨立觀測,兩次觀測值滿足規(guī)范限差要求時取其中數(shù)作為最終初始值。 8)第三方水平位移監(jiān)測需克服其它方干擾獨立開展工作。儀器操作應(yīng)遵循細致、精準(zhǔn)的原則。同時在施工環(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)測在作專業(yè)量測的同時,還須進行施工影響環(huán)境巡查和工況記錄。對監(jiān)測時間、天氣、施工進度及施工工序、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)測報告中予以詳實說明。 4 水平位移量的計算方法 通過極坐標(biāo)法測量獲得的是位移點在地鐵施工測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。水平位移量是指位移點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算方法: 在實際工程中,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為施工測量坐標(biāo)系,x′oy′為與XOY共原點的參考坐標(biāo)系。P(X,Y)和P(x′,y′)為位移點P分別在施工測量坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。α為位移點P沿基坑邊垂線(且指向基坑內(nèi))在施工測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)方位角。參考坐標(biāo)系x′軸系施工測量坐標(biāo)系X軸旋轉(zhuǎn)α角且與P點基坑邊的垂線平行。由坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換原理[4]可得  即以施工測量坐標(biāo)系中按極坐標(biāo)法施測的位移點坐標(biāo)P(X,Y)、位移點基坑邊的垂線坐標(biāo)方位角(可在基坑電子平面圖上獲得),可由方程(3)求得位移點在參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。設(shè)本次監(jiān)測為第(i+1)次,前次監(jiān)測為第i次(i≥1),則位移量計算可表達為  按(4)式解算的Δx′i+1即為P點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)測時,解求每個位移點基坑邊垂線(指向基坑內(nèi))的坐標(biāo)方位角。 上述水平位移量計算方法,是以各監(jiān)測點的基坑邊垂線(方向指向基坑內(nèi))方位角為參數(shù),將施工測量坐標(biāo)系下監(jiān)測坐標(biāo)通過坐標(biāo)系換算直接求得位移量。該方法適用于所有形狀的基坑,且可通過編程提高計算效率。  5 第三方水平位移監(jiān)測的頻率及預(yù)報警機制 廣州地鐵五號線第三方水平位移監(jiān)測的頻率為:基坑開挖階段正常情況下1次/3d;開挖結(jié)束進入結(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)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定,報經(jīng)業(yè)主同意可結(jié)束監(jiān)測。施工過程中,當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時,要求加密至兩天或一天一次。當(dāng)有危險事故征兆時,須進行連續(xù)監(jiān)測。 本項目支護結(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)測點位移量達到警戒值的70%時,監(jiān)測方需按要求提出預(yù)警報告。當(dāng)監(jiān)測結(jié)果達到警戒值時,監(jiān)測單位須立即向業(yè)主代表進行口頭報警,并協(xié)助其處理好相關(guān)事宜。 第三方監(jiān)測應(yīng)建立與業(yè)主、監(jiān)理和承包商各方順暢的聯(lián)絡(luò)溝通機制。監(jiān)測作業(yè)隊伍應(yīng)具備快速反應(yīng)能力,不但要確保按正常頻率做好監(jiān)測工作,還要滿足業(yè)主對監(jiān)測工作的臨時調(diào)配。為滿足地鐵建設(shè)信息化施工的需要,需利用現(xiàn)代信息技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析和處理,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測結(jié)果快速準(zhǔn)確的發(fā)布提交,并按施工設(shè)計要求建立有效的監(jiān)測預(yù)、報警機制。 6 結(jié)束語 廣州地鐵土建施工第三方監(jiān)測的實施,是業(yè)主為地鐵工程土建施工加設(shè)的一道安全防線,適合我國在重大工程建設(shè)領(lǐng)域與國際接軌的要求。第三方監(jiān)測以專業(yè)化的作業(yè)水準(zhǔn),采用先進的技術(shù)手段,提供客觀、獨立、迅速準(zhǔn)確的變形監(jiān)測數(shù)據(jù),為有關(guān)各方對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)測是第三方監(jiān)測的重要一環(huán)。采用簡易可行、精確的監(jiān)測手段,提供可靠的變形監(jiān)測數(shù)據(jù),為監(jiān)視基坑施工對周邊環(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)測經(jīng)驗,使第三方監(jiān)測技術(shù)不斷完善、提高。 |
