公路高邊坡穩定性監測中免棱鏡全站儀的應用

關輝

（邯鄲市交通建設投資管理中心，河北 邯鄲 056000）

1 工程概況

某高速公路A1標設計交樁控制點J26-J27段屬于深挖路塹，而由深挖路塹形成的落差達到20m的高陡邊坡很容易導致滑坡、崩塌、傾倒等常見病害的發生。為了保證作業人員的安全及施工的順利進行，需要對設計交樁控制點J26-J27段高邊坡穩定性進行監測。而高邊坡的穩定性評價指標是指邊坡結構某點或某區域位移是否發生突變，因此，需要對高邊坡表面位移進行整體監測，以確認高邊坡是否處于穩定狀態。由于此段高邊坡具有坡度陡、土體不穩定的情況，所以宜采用免棱鏡全站儀進行邊坡穩定性監測，經過一個月的實地監測及數據分析，最后得到此段高邊坡的位移狀態，為高邊坡的防護施工提供科學的基礎數據。

2 監測網的布設

J26-J27段高邊坡布設的位移監測網主要包括控制點、施測點、監測點3個組成部分，分別在公路高邊坡的坡腳、中部及坡頂等位置按編號測點1到測點12布設了12個位移監測點，從而能夠更準確地測定高邊坡的變形情況。具體布置方案見圖1和圖2。

圖1 高邊坡監測點布設立面

圖2 高邊坡監測點布設斷面

監測點布設完成后，以設計交樁控制點J26、J27為基準點，并在高邊坡沿線路基外土質穩定處依次設置4個控制點，建立起監測控制網。采取以交樁控制點J26～J27為基準點且設置控制點密度較高的原因在于，若在施工中部分控制點損毀，也可采用其他控制點進行補位實測，既不會對監測產生大的影響，也能保證監測結果的精度，同時也能用于公路項目的其他測量工作，保證現場施工的順利進行。并且要不定時對控制網進行復測核驗，檢查控制點位是否發生移動及沉降，以確保高邊坡位移監測結果準確。

3 儀器的檢定及精度核驗

3.1 儀器的檢定維修

由于經常在野外使用及在運輸途中的振動和缺乏保養措施，全站儀的結構發生變化、電子元器件的自然老化等，會導致儀器性能發生變化。為了全面掌握儀器的性能，提高儀器測量精度，儀器在使用過程中必須定期進行檢定。由于免棱鏡全站儀是精密電子儀器，所以在使用過程中如出現問題或故障不要隨意拆卸和調整，應到具有儀器鑒定資質的機構進行檢定和維修。我國計量檢定相關規程規定，全站儀的檢定周期不能超過1年。

3.2 儀器的精度核驗

該次實測所采用的儀器是拓普康MS05全站儀，屬于超精密三維自動化測量的新型測量機器人。拓普康MS05全站儀的EDM在免棱鏡的情況下為3R級激光測量，它的測角精度達到0.5″，測距使用的是共軸相位比較測量系統，其精度可達到亞毫米級。在使用反射片時測量精度可達到±（0.5+1×10-6D）mm；在使用AP/CP棱鏡情況下的測量精度可達到（0.8+1×10-6D）mm；在使用免棱鏡的情況下的測量精度最高可達到（1+1×10-6D）mm。在經過多次測試后，拓普康MS05全站儀的各項指標都符合規范要求。

全站儀的測角、測距標稱精度符合表1的規定；高邊坡地表水平位移監測基準網和監測點精度符合表2的要求；高邊坡地表垂直位移監測基準網和監測點精度符合表3的要求。

表1 全站儀測角、測距標稱精度要求

表2 高邊坡地表水平位移監測基準網和監測點精度

表3 高邊坡地表垂直位移監測基準網和監測點精度

4 監測點的觀測

4.1 觀測前的準備工作

在進行高邊坡位移監測前必須全面地了解并掌握高邊坡防護工程的整體狀況和整個工程項目施工要求。在進行實測前需要編制高邊坡位移監測專項進度計劃，以指導監測項目按計劃實施。并且在實施過程中經常檢查實際監測進度是否按計劃要求進行，對出現的偏差分析原因，采取補救措施或調整，直到監測工作最終完成。

4.2 監測實施方案

水平及垂直位移的監測原理主要是通過觀測角度、邊長等求得監測點的平面坐標及高程，將若干次所測得的平面坐標及高程進行對比，得出監測點的水平及垂直位移量。目前常用的監測方法有基準線法、交會測量法、三角網測量法、緊密導線網法等。除了這些方法外，還有專用測量法、攝影測量法和RTK測量法等。

在對監測點進行觀測之前，要檢驗各監測點及工作點的穩定性，檢驗的結果符合要求后可以進行觀測。在觀測的過程中，每個監測點進行兩個回合，并且要保證每個測回進行三次的讀數，如果三次觀測所產生的誤差小于2mm，則選擇其算術平均值。

最后，采用監測全時段三維坐標來反映所有監測點的變化狀態，根據所使用的測量方法、觀測儀器及監測項目的特點，如果某一側的多數監測點的三維坐標差均大于預警值，如表4所示，能夠看出一定的變化規律，則預示著邊坡存在不穩定的趨勢，應針對這種情況采取針對性的措施。

表4 邊坡監測預警項目及預警值

4.3 注意事項

觀測盡量選擇在白天，且光線比較好的時段，在光線好的情況下更能清晰地找準監測點，測出來的數據比較準確；該監測項目的相關負責人，必須確保隨時互相溝通及交換意見，以防出現異常情況；負責監測及現場的施工各方要保護好監測點，提前對監測點及控制點做好加固措施，并設置醒目的防損壞標志，防止出現人為破壞；在進行觀測時必須保證監測點標號的一致性，以防出現記錄混亂而導致錯誤；觀測時的儀器操作要符合規范要求，避免不規范的操作對儀器造成損壞，同時要注意現場施工情況，保證監測過程中相關測量人員的安全。

5 監測數據的內業處理

根據監測數據的處理方式，將此次高邊坡位移監測所得的數據進行處理，表5為第一次（即監測點基準值）和最后一次的監測結果。

根據表5第一次和最后一次對高邊坡位移的監測數據得知，各監測點的三維坐標差值都在規定的預警值之內，且不存在明顯規律性的移動情況，項目各分部分項工程可正常施工。但是只有一個月的監測周期，只能在這段周期內為施工提供一定的基礎數據，還無法最終判斷高邊坡最終的位移情況，仍然需要進行多次和多種情況下的監測，如在海南常見的大暴雨、臺風等極端天氣出現過后的監測情況，才能對高邊坡的位移情況獲得更加合理的判斷。

表5 高邊坡位移監測第一次和最后一次的監測結果

6 結語

本文通過工程實例對免棱鏡全站儀在公路工程高邊坡位移監測中的應用進行分析及論證，驗證了其可靠性。相較于有棱鏡全站儀，其優點在于不需要在監測點上安置棱鏡即可完成測量。在滿足監測精度要求的前提下，既節約了人力成本，而且還大幅度提高了工作效率，具有可推廣性與可使用性。