1、189城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形监测研究http:/ 工程勘测 增刊1 式，地下电缆分为以下几种：电缆沟、电缆排管与排管工作井、电缆明挖隧道、电缆顶管与顶管工作井、电缆盾构隧道与盾构隧道工作井。工作井围护桩顶部变形监测有多种监测元器件和监测方法，主要方法有：极坐标法、小角法、视准线法、投点法、前方交会、后方交会、GNSS 自动化；主要元器件有：反射片、L 型直角棱镜、圆棱镜、MINI 小棱镜、L 型直角双面小棱角、360 棱镜等。DOI：10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.S1.033城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形监测研究黄智伟，曹中森，赵志刚
2、(福建永福电力设计股份有限公司，福建福州350108)摘要：现阶段城市电缆土建施工建设中，工作井围护桩顶部变形监测有多种监测元器件和监测方法选择，有必要总结出适合城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形的监测方法和适用元器件，对城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形监测有一定的指导作用。关键词：城市电缆土建；桩顶变形监测；监测方法；监测元器件；测量机器人中图分类号：P2 文献标志码：A 文章编号：1671-9913(2023)增刊1-189-08Research on Deformation Monitoring of the Top of the Enclosure Pile on the Worki
3、ng Well Construction the Urban Cable CivilHUANG Zhiwei,CAO Zhongsen,ZHAO Zhigang(Fujian Yongfu Power Engineering Co.,Ltd.,Fuzhou 350108,China)Abstract:At present,in the construction of urban cable civil construction,there are many monitoring components and monitoring methods for monitoring the defor
4、mation of the top of the wall retaining pile.It is necessary to summarize the monitoring methods and applicable components suitable for the deformation of the wall retaining pile in the construction of urban cable civil construction work well,which has a certain guiding role in monitoring the deform
5、ation of the wall retaining pile in the construction of urban cable civil construction work well.Keywords:urban cable civil construction;pile top deformation monitoring;monitoring methods;monitoring components;measuring robot*收稿日期：2023-02-28 第一作者简介：黄智伟(1989)，男，工程师，主要从事电力工程测绘技术研究等工作。0引言随着城市的发展，依据土地利用
6、和美化环境的要求，大型地下电缆工程也越来越多且位于城市交通要道和人员密集区，线路路径长、面积广，扰动土层深度较大，主要有如下特点：工程地质条件复杂、工程周边环境复杂、工程投资规模大、工程技术复杂、工程协调量大、控制标准严格、施工安全风险大。根据敷设方190http:/电 力 勘 测 设 计增刊11城市电缆土建监测特点1.1 城市地下电缆规模城市电缆构筑物基坑深度设计主要根据工程地质和周边环境的影响，110 kV 及以下电缆构埋深 3 10 m 左右，地下 220 kV 电缆基坑埋深较深，在 7 20 m 左右。顶管工作井与盾构隧道工作井为满足顶管施工操作空间及顶管覆土要求，工作井尺寸类型主要有
7、：圆形、长方形、正方形等，工作井基坑尺寸类型(宽 高 深)多在 8 m8 m15 m 20 m20 m30 m。基坑冠梁围挡高度 1.1 m 女儿墙；施工范围围挡高度 2.5 m，施工场地范围在 500 m2以内。1.2 地铁监测和地下电缆监测特点地铁监测的测区一般位于城市的繁华地段，地铁车站中附近高大建筑物密集，施工场地较大、施工交叉复杂、深度较深、规模较大，线路路径比较均匀分布在城市的交通要道；车站区间是隧道。工期较长，一般是 5 a；工程项目有分施工监测和第三方监测，水平位移监测大多采用后方交会方法。城市地下电缆比地铁规模小，线路路径比较集中，大部分是变电站之间相连，工程安全等级高；管廊
8、区间施工方法有：顶管法、盾构法开挖等方式，顶管施工占大部分。由于规模较小，工作井基坑围挡比较小，围挡和工作井之间的距离较短，围挡大多为长条形，面积小；在不受其他环境约束情况下，一个工作井施工从开挖至基坑侧壁混凝土完成工期大约 3 个月，后期安全监测大约 2 a，施工水平薄弱，现场测量受施工阻挡多，第三方监测任务重责任大，承担施工期间的施工监测和第三方监测的双重角色。1.3 监测方法对比1.3.1 小角法原理及优缺点该方法适用于监测点较凌乱、不在同一直线上的情况，如图 1 所示。沿基坑的每一边建立一条轴线(即一个固定方向)，通过测量固定方向与测站至位移点方向的小角度变化，并测得测站至位移点的距离
9、，从而计算出监测点的位移量。具体过程为：在距离基坑两倍开挖深度距离的地方，选设测站 A，若测站至监测点 T的距离为 S，则在不小于 2 S 的范围之外，选设后方向点 A。为方便起见，一般可选用建筑物棱边或避雷针等作为固定目标 A，用 J2 级经纬仪测定 角，角度测量的测回数可根据距离 S及监测点的精度要求而定，一般用 2 4 个测回测定，并测量测站点 A 至监测点 T 的距离 S。为保证 角初始值的正确性，要 2 次测定。以后每次测定 角的变化量，按式(1)计算 T 的位移量。ST?(1)式中：为角的变化量，；为换算单位，=3 600180/206 265。AA?T2SS图1小角度法观测示意图
10、小角度法的误差来源主要有：仪器对中误差，一般在 1.0 1.5 mm，设为 ma；角度测量误差，按仪器标称精度计算，设为 mb。监测点的点位精度为：)/(2Smmmba?(2)此法要求仪器架设在变形区外，且测站点与位移点不宜太远，A、A 连线方向与工作基点到监测点的夹角宜小于 5，并与基坑边大致平行；通常以 12 000 的精度要求测量延长 S即可满足精度要求1。1)优点：此方法简单易行，便于实地操作、精度较高、费用较低。2)不足：需场地较为开阔，基准点应该离开监测区域一定的距离之外，设在不受施工影响的地方，监测场地狭窄地方不适合。1.3.2 GNSS自动化监测原理优缺点自动化监测系统由 3
11、个部分组成：数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统。数据采集系统如华测 H5 GNSS 接收机前端构成；数据传输系统由无线传输装置构成；数据处理系统由 SIM 采集软件、HCmonitor2.0、发191城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形监测研究http:/ 工程勘测 增刊1 布软件 3 个部分构成。误差分析，GNSS 自动化监测系统误差主要体现在卫星钟误差和传播路径误差 2 个方面：卫星钟误差带来的时间误差可直接影响通过载波相位计算出的卫星与 GNSS 接收机的距离。传播路径误差主要包括卫星信号在传播过程中经过地球的大气层过程中的电离层和水蒸气带来的电离层延迟误差和水汽延迟误差及地表上产生
12、电磁场位置等因素。因此，安装 GNSS 自动化监测系统时，应选在视野较开阔的地方，尽量避免选择电磁场干扰较严重的 地方2。1)优点：基准点和监测点之间无需通视；设备安装成功后，无需人员现场监测，并且能实时监测数据；节约人工成本，数据整理和报告出图较快。2)缺点：不适合监测周期较短的测区，总投入成本较高；监测点需要较开阔的地方；受电磁场影响。1.3.3 后方交会原理及优缺点 后方交会法也称自由设站法。全站仪自由测站三维测量是指从任一测站上观测若干已知基准点的方向和距离，通过坐标变换或按最小二乘法算出该测站上仪器中心的坐标及正北方向，然后以此测出其他监测点的坐标3。自由测站方法原理如图 2 所示。
13、全站仪随机载有自由测站程序，该程序可利用 10 个后视基准点的测量值来推求测站点的三维坐标及正北方向，给出其精度并能将定向值和测站坐标设置在仪器中，然后可进一步测量其他变形点相对测站中心的极坐标，经坐标变换得监测点在直角坐标系中的三维坐标。图 2 中，A 是任意一个监测点，假设仪器中心点 0 的坐标为(X0、Y0、Z0)。设全站仪测得距 A 点的平距为 SA、方位角为 A、高差为 H，则 A 的空间三维坐标如式(3)所示3。XA=X0+SAsinA YA=Y0+SAcosXA(3)ZA=Z0+H这种方法的优点是可任意放置仪器，仪器操作比较方便，但在狭长的隧道中测站点的定位精度不易保证，从而影响
14、最终监测点的测量精度，且多个后视基准点在隧道这种狭长的空间中比较难以确定3。因此应选择精度较高、自动化程度高的测量机器人，全站仪可以削弱照准误差、人为观测误差的缺点。1)优点：可任意放置仪器设置测站，监测点和基准点设置较为简单；仪器操作简单，精度较高；减少人员的工作，降低监测成本；适用于城市建设中的监测。2)缺点：监测点容易受到外界破坏，对监测采用的仪器要求较高。NP10PNP2ASAOAP21H图2自由测站方法原理3综上所述，后方交会方法比较适用于城市电缆土建工作井施工围护桩顶变形监测。1.4 监测网的布置1.4.1 监测网元器件的选择在监测过程中，后方交会测量方法比较适用于城市地下电缆监测
15、，本节对常见 3 种元器件：反射片、L 型小棱镜、圆棱镜进行精度对比测试；使用的仪器测量机器人全站仪徕卡 TS60 设备，测试的方法：在同一环境下对L 型小棱镜、圆棱镜 3 种监测元器件与测站进行垂直 0、10、20、30 角度，距离分别在：50 m、100 m、150 m、200 m、250 m、300 m 测试；反射片只进行距离测试，尺寸是 5 cm5 cm，测试的距离为：20 m、40 m、60 m、80 m，反192http:/电 力 勘 测 设 计增刊1射片首次半侧回需要人工照准，其余测回仪器自动反向 180 倒转望眼镜进行测量，反射片各个距离测量 6 个测回；L 型小棱镜、圆棱镜测
16、量均采用仪器自动照准功能观测；如 3 所示，L 型小棱镜、圆棱镜每个角度和距离分别测 6 个测回。反射片在距离测试中得出表 1 结果，最大距离差平均值为 0.00 013 m。L 型小棱镜在距离测试中得出表 2 结果，距离较差最大值为 0.00 514 m，平均值为 0.00 231 m。?图3全站仪与元器件测试示意图表1反射片测试结果项目名称：反射片20 m、40 m、60 m、80 m测试2022年 09月 21日测站：A1对点：0对小号Leica TS60预估测量距离/m测点水平角/()天顶距/()平均平距/m距离较差/m20FSP01297.051 958 789.291 960 0920.781 850.000 1140FSP02359.595 814 189.435 757 4741.394 110.000 1060FSP03246.244 665 7270.135 505 064.607 350.000 1380FSP04295.062 342 8270.081 915 485.290 210.000 13表2L型小棱镜测试结果项目名称：小棱镜50 m、100 m、150
