基坑监测中深层水平位移测量数据修正及探讨

李瑞星

南京南大岩土工程技术有限公司，江苏南京 211800

1 工程概况

本工程为杭州市地铁A号线工程某车站为例进行探讨，本站基坑开挖深度25 m。车站设计总长为160m，标准段宽为20 m，其围护结构采用1000mm厚地下连续墙，连续墙有效墙深37～41 m，车站标准段采用6道支撑，其中1、4道为1000×1000×1000 mm混凝土支撑，2、3道为Φ609 mm钢支撑，5、6道为Φ800 mm钢支撑，车站端头井采用5道支撑，前4道均为1000×1000×1000 mm混凝土支撑，最后一道为Φ800 mm钢支撑。车站底板主要坐落于（3） 6粉砂层及全风化岩层。采用明挖顺作法施工。

2 测点布设

依照经专家评审后的监测方案进行测点布设。本基坑工程墙体深层水平位移监测点共设计9处。墙体深层水平位移测斜管绑扎在地连墙钢筋笼主筋上，长度小于钢筋笼长度1.0m，随钢筋笼一起下放至地连墙导槽中。地连墙深入26m处为全风化安山玢岩层，33m以下为强风化安山玢岩层，该岩层属于稳定岩层。

3 监测方法

本工程深层水平位移均采用以管口为基准，测量步骤如下：

第一步：选取测斜管十字导槽正对基坑地连墙的导槽，将探头导轮卡置在测斜管十字槽中，确保导轮方向正对地连墙，缓慢将探头沿导槽下放测斜管，放松电缆使探头至管底位置，设置仪器测量深度与测距。当触及孔底时，应避免过分冲击。将探头停留在管底约5min左右，保证测斜仪探头工作温度与管内温度一致。

第二步：将导线拉直探头停留管底位置，在管口深度标记位置读取第一个数据作为起点数据，随后将探头缓慢拉起每隔一定深度（本工程测点间距要求0.5 m）测读一个数，测读仪器探头至管顶端为止。每次测读时必须对准标志位置待读数稳定后方可确认读数。

第三步：将探头水平旋转180°后再次放入测斜管导槽中，确保导轮方向正对地连墙，重复上述第二步骤再次测量一遍，以保证测量精度。采用正反测量的主要目的是为了抵消或减小传感器的零偏和轴对称所造成的误差，进而达到提高精度的效果。

通过以上步骤测斜仪能反映出测斜管与重力线之间的倾角，从而可以测出探头位置处测斜管在土体压力下的倾斜度为θi，计算出该位置探头上下导轮间（或分段长度）的位置偏差△d：

△d=L·sin θi

式中，L为量测点测测点间距。自下而上相加得出各点处的水平位置：

与上次位置测量值相减即可得到各点本次量测的水平位移。

从管口至管底的各段位移累计相加，得到管底的实际位移。由于管口位移存在位移变形，为取得整个测斜管的绝对位移量，通常采用管口附近的墙顶水平位移监测点位移变化来修正测斜仪采集的管口位移数据。

4 数据处理

外业数据采集完毕后，利用数据输出软件，将接收机内的数据读取并保存到计算机中用来存档计算，本工程测斜仪采用北京航天惯性科技公司生产的测斜仪，型号为CX-06A，数据处理软件为该公司开发的滑动式测斜仪数据管理系统。

外业数据导入计算后，以Excel文件格式打开数据文件，其中A0列表示正测电压值，A180列表示反测电压值，每个测点的位移值等于正测电压值减去反测电压值的1/2乘以仪器系数。该测点的累计偏移量（即管型）为从管口第一个点至该点前一点的累计偏移量累和加上该点位移值。该测孔每测点的单次变形量即为该点上次累计偏移量减去该点本次累计偏移量，该点累计变形量等于该点初始累计偏移量减去该点本次累计偏移量。本项目规定“+”表示向坑内位移，“-”表示向坑外位移。

5 监测结果与分析

由于篇幅原因，本项目测点监测周期较长，数据量较大，无法一一列举，仅选取一测孔的几组特征数据进行分析，本次探讨选择ZQT29测孔，该测孔布设于车站南端头中部地连墙中，测斜管埋深40m，可测深度35.5m。

本 次 讨 论 选 择2017年4月17日～21日ZQT29的 监 测 数据，该期间南端头第四道混凝土支撑已浇筑完成进行第四层土方开挖施工，开挖深度约20m。通过从仪器中导出的数据计算得出17～19日测斜仪正反测电压和稳定，均值分别为84.12、82.97、85.46、83.87、84.51，依照测斜仪使用说明，该期间的监测数据可以使用来计算变形情况。而按照导出的数据计算发现17～18日的单次变形量从管口至管底向坑内位移且从上到下依次增大，0～35.5m变形量为0～3mm。18～19日的单次变形量从管口至管底向坑外位移且从上到下依次增大，0～35.5m变形量为0～-3.5mm。19～20日的单次变形量从管口至管底向坑内位移且从上到下依次增大，0～35.5m变形量为0～5.5mm。20～21日的单次变形量从管口至管底向坑外位移且从上到下依次增大，0～35.5m变形量为0～-5.2mm。此算法测量结果表明，17～21日期间墙体深层水平位移日变化速率均超出报警值±2mm/d的标准，按照规定此时应该发出红色报警，施工单位应该停止施工并采取回填等相应措施。按照17～21日两次测量结果计算得出该期间ZQT29向坑内变形呈C字型，最大变形位于20m处，变形量为2.1mm，按此计算结果，该期间ZQT29变形处于稳定状态，未超出报警值。此期间从端头井处4道支撑轴力来看，0.5m处第一道混凝土支撑两个测点分别变化受压力212、183kN，6m处第二道混凝土支撑两个测点分别变化受压力74、243kN，12m处第三道混凝土支撑两个测点分别变化受压力1020、684kN，18m处第四道混凝土支撑两个测点分别变化受压力216、184kN。由此可见17～21日数据计算的结果跟实际工况较为符合，基坑此时开挖深度为20m，此处变形最大，第一至四道混凝土支撑已浇筑，支撑对地连墙起到了抵抗作用，测孔管底位置已经深入稳定岩层，变形也较小，ZQT29向坑内呈C字形变形比较符合实际工况[1]。

通过上述对比发现，深层水平位移实测数据存在明显的精度误差。从各组数据正反电压和的平均值可以发现：当两次测量数据的正反电压和均值差值较大时，计算结果呈现从上至下逐渐变化增大，当均值差值较接近时，计算结果最符合实际工况。通过梳理笔者总结出以下修正方法供探讨。

当均值差值较大时，管底位置变化接近最大变化，这是由于管底变化值是由管口累加到管底，按照误差传播定律，累加过程中误差也会累加，造成管底误差最大，所以笔者认为管底处于强风化基岩层，按照理论管底是比较稳定的，一般情况是不会出现较大变化的，所以可以假定管底不变的情况下对测量数据进行修正，修正方法即给定修正参数将管底变量修正为0，由于深层水平位移累计偏移量是由累加得出，所以管底以上数据修正参数按照等差数列求得。具体求参方法：首先，求出等差数列公差，测量计算出的管底变量除以管底深度乘以测点间距即为公差，公差作为管口第一点的修正参数，管口以下测点参数由等差数列求得。求得修正参数后再用测量计算的结果减去修正参数即为每个测点修正后的变化值。通过此修正方法，求得17～18日的单次变形量从管口至管底向坑内呈C字型位移，0～35.5m变形量为0～1.8～0mm，最大变化点位于16.5m，变化量为1.8mm。18～19日的变形量0～22m变形量为-0.1～-0.8～-0.1m，最大变形位于16.5m处，变形量为-0.8mm，22～35.5m变形量为0.1～0.5～0mm。19～20日的单次变形量从管口至管底均为较小，0～16m变形量为0.5～0mm，16～35.5m变形量基本为0mm。20～21日的单次变形量从管口至管底向坑内呈C字型位移，0～35.5m变形量为0～1.2～0mm，最大变化点位于20m，变化量为1.2mm。修正后累加17～21日每日单次变量得到该期间累计变化量，计算结果为该段时间ZQT29向坑内变形呈C字型，最大变形位于20m处，变形量为2.5mm。通过数据修正后，该期间ZQT29每日变形均处于稳定状态，未超出报警值，对比17～21日两次测量计算结果与改正后累计变化量，发现两组数据非常接近其变化趋势一致，与工况也较为符合。

6 结语

工程监测工作是工程施工的眼睛，在工程施工中起到重要的作用。在实际工程施工中，测量误差无法避免，但是我们可以寻求将误差最小化的方法，尽量减少由于误差导致错误指导施工，对工程建设造成重大经济损失与施工进度延误。固在深层水平位移监测中，我们需要严谨的进行外业数据采集的同时，内业处理中根据实际判断力对存在较大误差的数据进行修正也是必要的，确保监测数据对施工起到正确的指导作用。

[1] 杨雪强，刘祖德. 论深基坑支护的空间效应[J].岩土工程学报，1998，20（2） ：74.