深基坑工程基坑自动化监测技术研究

深基坑工程基坑自动化监测技术研究
摘要：现阶段，社会进步迅速，我国的深基坑工程建设的发展也有了前所未
有的进步。

基坑开挖是建筑施工中一项重要的工程，涉及地质学、结构工程和岩
土工程等多个学科。

基坑开挖就是在建筑地面向下挖出空间进行基础和地下建筑
建设，是建筑工程中最常见的一种结构形式。

建筑施工的第一道工序就是基坑开挖，基坑施工过程受到土壤、地质和水文以及施工环境和工艺等多个方面的影响，同时基坑开挖后还需要进行回填，属于隐蔽工程，施工质量监测比较困难，基坑
施工以及其安全性对整个建筑物至关重要，因此必须进行基坑变形监测。

关键词：深基坑工程；基坑自动化；监测技术研究
引言
基坑施工监测不仅可保证施工和结构安全，还可对周边环境影响进行有效控制，减少施工对周边建构筑物、道路及地下管线等的不利影响，确保环境安全。

为提高基坑开挖工程的施工质量，使用自动化监测系统对施工区域周围3倍基坑
开挖深度内的土体和基坑围护结构以及周边道路、管网进行监测，为保证市政管
网的安全运营，保证周边环境的安全，减小其受施工的影响，保证施工的顺利进
行奠定基础。

（本文以实际工程案例为背景，对基坑自动化监测技术进行研究）
1工程概况
项目总占地面积10376m2。

项目规划建设1栋超高层建筑（72F），地上高约400m，拟设置6层地下室。

基坑开挖相对深度约39.05m和42.35m，形状呈矩形，基坑支护长约370m，开挖面积约8633m2。

基坑北侧紧靠地铁1号线和2号线，
在本项目红线范围内，北侧地下室外墙距地铁1号线右线隧道结构外边线约5.5m，东侧、南侧、西侧地下室外墙距红线为3.0米。

场地可利用空间比较狭窄。

2基坑监测的现状
基坑开挖施工作业是一项高、大、危的工程，是受到国内外关注的安全工程
之一。

造成基坑坍塌的因素包括环境因素和人为因素，例如，地质勘察不到位、
施工方案不合理、防渗水措施不完善、支撑维护不科学等都可能造成基坑坍塌。

基坑坍塌的形式也很多，坑底隆起变形、渗水、基坑整体和围护体系失稳都会导
致基坑的结构受到破坏，引发基坑坍塌。

由此可见，基坑开挖过程中任一环节的
失误都会影响基坑的安全，基坑施工的复杂性也决定了基坑监测的必要性。

现阶段，工程项目中一般采用第三方机构进行基坑监测，监测多采用人工现场观察和
测量为主，主要对结构内力和结构位移进行监测，通过对上述一些参数进行分析
和计算，可以判断出基坑局部或者整体失稳的概率，以及构件的安全度。

然而，
这种基坑监测方案还有一些缺点。

1）空间限制.由于基坑施工作业面积有限，人
工监测时受制于设备及人员占据较大空间，无法找到合适的监测点，需要不停地
改变方位或者角度，甚至变换方案进行监测。

因此，除了增大误差以外，还会造
成复杂作业环境下的安全隐患。

2）时间限制.基坑开挖作为一项重大危险工程，
其作业量和难度都较大，需要昼夜不间断施工。

此外，监测人员全过程进行测量
观察难于集中精力，特别是光线较差的夜间施工，会造成监测人员的主观误差。

3）对象限制.人工现场监测主要是人工观察和测量，及时发现周边环境危险情况
或者潜在的隐患等，这些现象往往滞后于施工进度，当发生肉眼可见的异常情况
时已经为时已晚。

4）数据限制.现场人工监测往往是多组人员分工行动，并在监
测结束后对数据进行汇总分析，监测结果滞后于施工进度，无法第一时间计算和
分析出现场存在的隐患和及时做出响应。

3深基坑工程基坑自动化监测技术研究
3.1土体深层水平位移监测
在土方开挖第一阶段开挖土层为淤泥质土层，由于其较差的抗剪性能和工程
特性，无法抵抗坑外土体压力，导致坑外土体迅速产生向坑内的水平位移变形，
变形最大深度处于开挖面位置，但围护墙顶由于受环形支撑梁的约束作用，未产
生明显位移变形;随着土方逐步向下开挖，深层水平位移最大值的位置逐步下移，最大位移均出现在10m左右，但位移速率已逐步收敛，该阶段深层位移曲线呈
“橄榄形”特点;地下结构施工完成后，在拆第二道支撑梁的过程中，由于换撑
结构的作用，第二道支撑拆除未使深层位移产生明显变化;在拆除第一道支撑梁
的过程中，由于冠梁处水平位移失去了支撑梁的约束作用，应力得到释放，顶部
水平位移急剧增大，待支撑梁拆除后，应力又重新恢复平衡，整个支护结构又迅
速趋于稳定状态。

在整个基坑施工过程中，土体深层水平位移累计值和速率均未
超过设计要求报警值，满足规范及设计要求，结果表明:该支护方案对支护结构
深层位移的抑制也取得了非常好的效果。

3.2监测控制网布设
基坑顶部水平位移和沉降位移监测的基准点选择在远离基坑3倍以外建筑物
的楼顶上，基准点编号JZ1、JZ2、JZ3，坐标系统采用1980西安坐标系；道路及
管线的沉降基准点布设在基坑深度3倍以外稳固的区域，编号W1、W2、W3。

沉降
基准点采用独立水准系，并作为起算点，与道路及管线组成水准网进行联测。

基
坑沉降监测点与水平位移监测点对应布设，原则上水平位移与沉降监测点使用同
一点，不再另行埋设，根据施工状况及现场条件先后布置了29个监测点位；地
下管线垂直位移监测点埋设时在设计位置钻孔埋入道钉，布设了41个监测点，
编号GX01～GX41。

根据基坑现场共布设了17个水位观测孔，水位孔深度为12m，用钻机钻孔至设计深度后清孔后安放PVC透水管，在外侧用铜网包好，然后逐节
将水位管插入孔内至设计深度，在透水管的深度范围内回填黄砂，以保持良好透
水性，其它段采用回填膨润土将孔隙填实，成孔后加清水，检验成孔质量，孔口
用盖子盖好。

3.3水文地质条件
地下水类型主要有第四系松散层中的孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水三种。

（1）孔隙潜水：不连续赋存于表层人工填土层中，大部分区域水量较小，
主要靠地表生活用水以及大气降水补给，水位因季节、降雨情况而异，一般雨季
水位上升，旱季下降，其水位变化较大，水量随大气降水及地表排水强度波动。

（2）孔隙承压水：主要赋存于第四系上更新统冲洪积含黏性土砾砂层中，
其含水量丰富，根据本次勘察水位观测钻孔的观测数据，残积砂质黏性土层中含
少量孔隙潜水，为相对隔水层。

（3）基岩裂隙水：基岩裂隙水发育程度、含水性、透水性，受岩体的结构
和构造、基岩风化程度、裂隙发育程度、裂隙贯通性等影响。

由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。

岩体的节理、裂隙发育地带，地下水相对富集，透水性也相对较好，反之亦然。

总体上，基岩裂隙水发育具非均一性。

线路基岩为粗粒花岗岩，该类型地下水主
要赋存于基岩强～微风化带中，富水性因基岩裂隙发育程度、贯通程度及胶结程度、与地表水源的连通性而变化。

第四系人工填土和残积土的含水性和透水性相对较差，属弱含水、弱透水性
地层，水量较小，水质易被污染；第四系填砂层、第四系上更新统冲洪积砾砂层
含水性和透水性较好，具有中等～强透水性及中等～强富水性，属富含水、中～
强透水地层；强～微风化带的基岩裂隙水其含水性、透水性因裂隙发育程度、岩
体破碎程度不同而具一定的差异性，整体属弱～中等含水(透水)层。

3.4质量保障措施
（1）工作人员必须持有相关监测或检测证上岗；
（2）监测仪器及设备在进入现场前，必须试运行，确保监测结果正常；
（3）现场监测人员在监测过程中，必须按相关技术规程进行操作；
（4）数据采集时，为确保监测数据的真实、科学，项目部对计算和数据换
算均做校核检查，对有疑问的数据再安排必要的验证；当采用计算机或自动化设
备进行监测数据的采集、处理、运算、记录、报告、存贮或检索等工作时，对输
出的数据做严格的控制，保证数据的完整性和保密性；
（5）现场相关记录必须按国家有关规范和规定进行记录，不得任意涂改，
确有笔误按有关规定进行修改；
（6）现场监测发现异常，应及时通知项目负责人，并分析其产生原因，并用其他的方法进行检测校核；
（7）数据处理时，按相关规定进行处理，不得修改原始数据；
（8）监测结果应及时通知现场负责人，如有异常，应会同现场负责人、相关技术人员得出监测结论，并及时通知业主方、监理等；
（9）工程监测报告中的主要格式一律采用统一方式进行编制，而报告中文字叙述也应按照相关规范细则中的规定编写。

3.5自动化监测概述
现代基坑监测采用自动化手段，基于物联网、5G通信和大数据等技术的自动化监测系统，通过在基坑作业现场安装传感器等，并将传感器现场采集到的数据回传至计算中心，监测技术人员可以通过计算机后台操作实现对基坑作业过程中基坑结构和受力情况的实时监测和判断。

相比传统人工监测，自动化监测系统降低了人工劳动量，同时保证了监测人员的安全和监测数据的精确。

自动化监测系统对基坑进行不间断地数据采集和分析，排除了传统监测方法受制于时间和空间的限制，使监测数据精准，能够及时发现基坑安全隐患和破坏趋势，便于及时执行相应对策。

结语
随着我国经济水平的提高，先进科学技术被广泛应用于各个行业中，自动化系统被应用于深基坑的测量中。

通过一定的标准并结合施工现场进行理论分析，表明自动化监测系统具有良好的优势，其为城市深基坑进行监测提供了准确的数据的并且使其可靠性得到了提高。

通过自动化监测系统和人工监测各个方面的对比，比如采集数据，计算边长误差，测量结果都具有可靠性。

另外，在水平位移对比中，自动化测量系统发挥了很大优势，可以被广泛地应用于城市的大型深基坑监测过程中，以促进建筑行业的发展。

参考文献
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作者简介：方齐乐（1991年—）；本科；汉族；男；广东省深圳市人；毕业于广东工业大学，测绘工程专业；中级工程师；主要从事地铁、基坑变形监测。