自动化监测技术在基坑监测中的应用

陈宇

茂名市城规勘察测绘院有限公司525000

摘要：近年来，自动化监测技术以其高效、准确、可靠的优点越来越多地应用于基坑监测工程中。在我们的日常基坑监测工作中，引入了徕卡TC1800测量机器人。本文首先介绍了基坑自动监测的技术过程和测量机器人的特点。然后，结合港深基坑监测工程实例，进行沉降位移监测，获取并分析自动监测数据。最后，实现了测量机器人徕卡TC1800进行基坑自动化监测的目的。

关键词：基坑监测；自动化；徕卡TC1800

工程建设等行业的迅猛发展，对基坑变形监测工作提出了更高的要求，因此基坑自动化监测的发展成了必然的课题。自动化监测技术不仅监测数据精确高，而且可以节省大量人力物力，可以克服外界环境和天气的影响，实现自动化和智能化的结合，对于长周期、高频率、多目标的工程项目可以极大地提高工作效率。

1自动化基坑监测

1.1自动化基坑监测概述

基坑变形监测工作的成果数据可作为基坑支护稳定情况的判断依据，保障施工的安全。基于基坑变形监测工作的持续发展，细节化，流程化、自动化，将监测数据的采集、处理和分析工作整合起来，准确高效的反馈出去，作为判断基坑是否处于安全状态的依据。在基坑开挖过程中，如何尽快的了解基坑的变形情况，评价其安全性，怎样实现监测的自动化、施工的信息化，已成为基坑监测工程中的首要问题。

1.2自动化基坑监测流程

自动化基坑监测的技术流程大致分为以下部分：

（1）外业监测数据采集

包括水平位移监测、竖向位移监测等内容。只要设站完成后，通过软件选择待观测监测点，测量机器人自动完成盘左盘右多测回测量，当监测点变形量、变化率或累计变化量超过预先设定的限差时自动报警。

（2）内业监测数据处理

对外业数据进行自动化处理分析生成各类变化曲线或图形，使监测成果形象化，让工程技术人员能够一目了然，以便及时发现问题和分析问题，更好地为设计和施工服务。

1.3徕卡TC1800特点

（1）徕卡TCA1800是世界上最高精度的全站仪：测角精度（一测回方向标准偏差）0.52，测距精度1mm+1ppm。

（2）具有ATR功能的TCA2003/1800全站仪，把地面测量设备带入了测量机器人的时代，并以性能稳定可靠著称。

（3）利用ATR功能，白天和黑夜（无需照明）都可以工作，合作目标只是普通的反射棱镜。

（4）具有激光对点器；可加配EGL导向光；配备RCS遥控器可组成单人测量系统。

（5）可通过GeoBasic工具，用户可自开发机载应用软件；在GeoCOM模式下，通过计算机软件的控制，可组成各种自动化测量系统。

（6）在测量办公软件SurveyOffice或LeicaGeo-Office的帮助下，可把仪器内PC卡上保存的数据轻松地传输到计算机中。

（7）广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。

2深基坑监测工程实例应用分析

2.1项目概述

（1）工程概况

本工程基坑规模约530m×265m，有三层地下室，基坑开挖深度为13.6m。±0.00标高相当于城建高程9.5m。建设场地现状地形比较平坦，勘探期间大部分地坪标高介于城建高程5.78～11.18m之间，场地中部有一条南北向河涌及道路通过，沿道路分布有较多市政管线。基坑施工前场地将平整至不高于城建高程8.50，场地中部的河涌、道路及市政管线将全部移走。基坑西侧有广东点阵字库网供电局变电站，内有3～5层的两栋建筑，均为框架结构，采用桩基础，桩端持力层为中风化泥岩。基坑支护工程是一种风险性大的系数工程，施工应遵照动态设计和信息化施工的规定，并随时进行变形监测，确保基坑本身及周边环境的安全。

（2）监测内容

由于深基坑工程的复杂性和施工过程中许多不可预测的因素，形成了各种不利于基坑施工安全的因素。通过监测，随时了解基坑各岩土层和支护结构的内力及邻近建筑物的变形，并将监测数据与预测值进行比较，判断上一步的施工工艺和施工参数是否满足预期要求，为施工工作提供及时反馈信息，确定和优化下一步的施工参数，实现信息化施工；将现场测量结果应用于信息反馈优化设计，达到优质、安全、经济、合理、快速施工的目的。该基坑工程的监测项目主要有以下几项：

本文主要讲述测量机器人徕卡TCA1800在支护结构水平位移上的应用

2．2监测设备和点位布置

（1）监测设备

硬件：徕卡TC1800，大量预埋标，360度棱镜，便携式笔记本

软件：VS2008，C#语言，GeoCom

（2）点位布置

根据项目工程的实际情况，拟采用独立坐标系统，在待测基坑外围基坑变形范围外布设5个水平位移基准点（可与沉降监测基准点共用）、2～3个工作基点。在监测工作中，为保证监测工作的简单易行且提高观测精度的要求、消除测站的对中误差，根据地形情况，水平位移基准点、工作基点的埋设方法如下：

①水平位移基准点埋设

基准点是检验和直接测定观测点的依据，要求在整个观测过程中稳定不变。故须埋设在稳定的地方，且离开被测建筑物有一定的距离。为了便于校核，以验证基准点的稳定性，根据项工程的实际情况及相关规范，拟围绕待测基坑外围埋设5个深埋式基准点。

基准点采用100型地质钻机成孔，成孔直径为110mm，钻孔护壁采用套管或泥浆护壁，钻孔深度钻至中风化岩层1米以上，根据地质资料，预计成孔深度为20米，钻孔成孔后用水泵将钻孔内泥渣冲出地面，植入相应长度φ16mm的钢筋，地面端加工成光滑圆头，现场灌入水泥沙石的方法埋设，其地面部分制成规格为25cm×25cm、高出地面约10cm的标石，周围砌上护壁并加盖板；完成后在点位旁边做好警示标志，以防止施工过程中被损坏。

②水平位移监测点埋设

水平位移监测点是固定在支护结构桩（墙）顶的测量标志（可安插360度全方位棱镜），埋设位置能保证施工期间内能顺利进行观测，并能正确反映基坑支护结构桩（墙）顶的水平位移情况。

为满足1.0mm的监测精度，监测点采用强制观测对中墩的形式埋设。

2．3自动测量

按设计的观测方案及观测限差控制测量机器人自动做周期观测。利用笔记本电脑通过数据传输线连接测量机器人徕卡TCA1800，观测二至三个基准点，然后利用后方交会出实时计算出工作基准点的三维坐标，再利用极坐标法和光电三角高程测量法获取监测点的三维坐标。首次观测不少于两次，取其中数作为初始值。以后各次观测值与相应前一次观测值的差值，即为该点当次变形量，各次观测值与初始值的差值，即为该点累计变形量。自动观测可以根据系统设置的信息、控制点和目标点的坐标信息自动完成多测回观测。可以根据需要选择监测点和分组进行观测。如超限时，自动判断并指挥测量机器人按要求重测，达到报警值的自动报警用声音或屏幕提示等方式在测量过程中实现。

3数据处理与分析

3.1监测数据处理

徕卡测量机器人能对监测数据自动进行改正（包括气象改正、仪器加乘常数改正等）、整网平差等。在数据处理完成后，自动输出阶段性报表（包括本次测量值、单次变化值，变形速率、累计变形等信息，并附注折线图）。对达到或超过监测报警值的监测点做报警标示，结合各期数据，生成变形模型并预测变形走势，对监测项目给予判断性结论。

3.2成果分析

由于位移点WY48-WY56在测站坐标轴Y轴上，所以主要分析变形量Dx。数据分析要测量数据及现场工况相结合；注意本期变形量、累计变形量是否在监测方案要求内。否，则先分析排除误差，重新检验后视角或用上次本期变形量与这次本次变形量相加；是，则进行下一监测工作点监测。

4结语

随着基坑工程的快速发展，自动化基坑监测凭借其实时监测、操作简单方便、数据精度高、节省人力物力等优势，必将得到迅猛发展。在未来，基坑的自动化监测将逐渐取代传统的基坑监测技术，大大提高基坑安全的可靠性，基坑工程的发展也可取得重大的突破。

参考文献：

［1］张铭宇，王绍军．基坑变形监测的自动化建设［J］．测绘技术装备，2015，17（3）：55－57．

［2］熊议鹏．基坑支护变形监测自动化处理分析［J］．建材与装饰，2015（51）：13－14．

［3］梅文胜，张正禄，郭际明，黄全义.测量机器人变形监测系统软件研究.武汉大学学报（信息科学版）2002，27（2）.

［4］《建筑基坑工程监测技术规范》（GB504972009）.