基坑監測中深層水平位移測量數據修正及探討

李瑞星

南京南大巖土工程技術有限公司，江蘇南京 211800

1 工程概況

本工程為杭州市地鐵A號線工程某車站為例進行探討，本站基坑開挖深度25 m。車站設計總長為160m，標準段寬為20 m，其圍護結構采用1000mm厚地下連續墻，連續墻有效墻深37～41 m，車站標準段采用6道支撐，其中1、4道為1000×1000×1000 mm混凝土支撐，2、3道為Φ609 mm鋼支撐，5、6道為Φ800 mm鋼支撐，車站端頭井采用5道支撐，前4道均為1000×1000×1000 mm混凝土支撐，最后一道為Φ800 mm鋼支撐。車站底板主要坐落于（3） 6粉砂層及全風化巖層。采用明挖順作法施工。

2 測點布設

依照經專家評審后的監測方案進行測點布設。本基坑工程墻體深層水平位移監測點共設計9處。墻體深層水平位移測斜管綁扎在地連墻鋼筋籠主筋上，長度小于鋼筋籠長度1.0m，隨鋼筋籠一起下放至地連墻導槽中。地連墻深入26m處為全風化安山玢巖層，33m以下為強風化安山玢巖層，該巖層屬于穩定巖層。

3 監測方法

本工程深層水平位移均采用以管口為基準，測量步驟如下：

第一步：選取測斜管十字導槽正對基坑地連墻的導槽，將探頭導輪卡置在測斜管十字槽中，確保導輪方向正對地連墻，緩慢將探頭沿導槽下放測斜管，放松電纜使探頭至管底位置，設置儀器測量深度與測距。當觸及孔底時，應避免過分沖擊。將探頭停留在管底約5min左右，保證測斜儀探頭工作溫度與管內溫度一致。

第二步：將導線拉直探頭停留管底位置，在管口深度標記位置讀取第一個數據作為起點數據，隨后將探頭緩慢拉起每隔一定深度（本工程測點間距要求0.5 m）測讀一個數，測讀儀器探頭至管頂端為止。每次測讀時必須對準標志位置待讀數穩定后方可確認讀數。

第三步：將探頭水平旋轉180°后再次放入測斜管導槽中，確保導輪方向正對地連墻，重復上述第二步驟再次測量一遍，以保證測量精度。采用正反測量的主要目的是為了抵消或減小傳感器的零偏和軸對稱所造成的誤差，進而達到提高精度的效果。

通過以上步驟測斜儀能反映出測斜管與重力線之間的傾角，從而可以測出探頭位置處測斜管在土體壓力下的傾斜度為θi，計算出該位置探頭上下導輪間（或分段長度）的位置偏差△d：

△d=L·sin θi

式中，L為量測點測測點間距。自下而上相加得出各點處的水平位置：

與上次位置測量值相減即可得到各點本次量測的水平位移。

從管口至管底的各段位移累計相加，得到管底的實際位移。由于管口位移存在位移變形，為取得整個測斜管的絕對位移量，通常采用管口附近的墻頂水平位移監測點位移變化來修正測斜儀采集的管口位移數據。

4 數據處理

外業數據采集完畢后，利用數據輸出軟件，將接收機內的數據讀取并保存到計算機中用來存檔計算，本工程測斜儀采用北京航天慣性科技公司生產的測斜儀，型號為CX-06A，數據處理軟件為該公司開發的滑動式測斜儀數據管理系統。

外業數據導入計算后，以Excel文件格式打開數據文件，其中A0列表示正測電壓值，A180列表示反測電壓值，每個測點的位移值等于正測電壓值減去反測電壓值的1/2乘以儀器系數。該測點的累計偏移量（即管型）為從管口第一個點至該點前一點的累計偏移量累和加上該點位移值。該測孔每測點的單次變形量即為該點上次累計偏移量減去該點本次累計偏移量，該點累計變形量等于該點初始累計偏移量減去該點本次累計偏移量。本項目規定“+”表示向坑內位移，“-”表示向坑外位移。

5 監測結果與分析

由于篇幅原因，本項目測點監測周期較長，數據量較大，無法一一列舉，僅選取一測孔的幾組特征數據進行分析，本次探討選擇ZQT29測孔，該測孔布設于車站南端頭中部地連墻中，測斜管埋深40m，可測深度35.5m。

本 次 討 論 選 擇2017年4月17日～21日ZQT29的 監 測 數據，該期間南端頭第四道混凝土支撐已澆筑完成進行第四層土方開挖施工，開挖深度約20m。通過從儀器中導出的數據計算得出17～19日測斜儀正反測電壓和穩定，均值分別為84.12、82.97、85.46、83.87、84.51，依照測斜儀使用說明，該期間的監測數據可以使用來計算變形情況。而按照導出的數據計算發現17～18日的單次變形量從管口至管底向坑內位移且從上到下依次增大，0～35.5m變形量為0～3mm。18～19日的單次變形量從管口至管底向坑外位移且從上到下依次增大，0～35.5m變形量為0～-3.5mm。19～20日的單次變形量從管口至管底向坑內位移且從上到下依次增大，0～35.5m變形量為0～5.5mm。20～21日的單次變形量從管口至管底向坑外位移且從上到下依次增大，0～35.5m變形量為0～-5.2mm。此算法測量結果表明，17～21日期間墻體深層水平位移日變化速率均超出報警值±2mm/d的標準，按照規定此時應該發出紅色報警，施工單位應該停止施工并采取回填等相應措施。按照17～21日兩次測量結果計算得出該期間ZQT29向坑內變形呈C字型，最大變形位于20m處，變形量為2.1mm，按此計算結果，該期間ZQT29變形處于穩定狀態，未超出報警值。此期間從端頭井處4道支撐軸力來看，0.5m處第一道混凝土支撐兩個測點分別變化受壓力212、183kN，6m處第二道混凝土支撐兩個測點分別變化受壓力74、243kN，12m處第三道混凝土支撐兩個測點分別變化受壓力1020、684kN，18m處第四道混凝土支撐兩個測點分別變化受壓力216、184kN。由此可見17～21日數據計算的結果跟實際工況較為符合，基坑此時開挖深度為20m，此處變形最大，第一至四道混凝土支撐已澆筑，支撐對地連墻起到了抵抗作用，測孔管底位置已經深入穩定巖層，變形也較小，ZQT29向坑內呈C字形變形比較符合實際工況[1]。

通過上述對比發現，深層水平位移實測數據存在明顯的精度誤差。從各組數據正反電壓和的平均值可以發現：當兩次測量數據的正反電壓和均值差值較大時，計算結果呈現從上至下逐漸變化增大，當均值差值較接近時，計算結果最符合實際工況。通過梳理筆者總結出以下修正方法供探討。

當均值差值較大時，管底位置變化接近最大變化，這是由于管底變化值是由管口累加到管底，按照誤差傳播定律，累加過程中誤差也會累加，造成管底誤差最大，所以筆者認為管底處于強風化基巖層，按照理論管底是比較穩定的，一般情況是不會出現較大變化的，所以可以假定管底不變的情況下對測量數據進行修正，修正方法即給定修正參數將管底變量修正為0，由于深層水平位移累計偏移量是由累加得出，所以管底以上數據修正參數按照等差數列求得。具體求參方法：首先，求出等差數列公差，測量計算出的管底變量除以管底深度乘以測點間距即為公差，公差作為管口第一點的修正參數，管口以下測點參數由等差數列求得。求得修正參數后再用測量計算的結果減去修正參數即為每個測點修正后的變化值。通過此修正方法，求得17～18日的單次變形量從管口至管底向坑內呈C字型位移，0～35.5m變形量為0～1.8～0mm，最大變化點位于16.5m，變化量為1.8mm。18～19日的變形量0～22m變形量為-0.1～-0.8～-0.1m，最大變形位于16.5m處，變形量為-0.8mm，22～35.5m變形量為0.1～0.5～0mm。19～20日的單次變形量從管口至管底均為較小，0～16m變形量為0.5～0mm，16～35.5m變形量基本為0mm。20～21日的單次變形量從管口至管底向坑內呈C字型位移，0～35.5m變形量為0～1.2～0mm，最大變化點位于20m，變化量為1.2mm。修正后累加17～21日每日單次變量得到該期間累計變化量，計算結果為該段時間ZQT29向坑內變形呈C字型，最大變形位于20m處，變形量為2.5mm。通過數據修正后，該期間ZQT29每日變形均處于穩定狀態，未超出報警值，對比17～21日兩次測量計算結果與改正后累計變化量，發現兩組數據非常接近其變化趨勢一致，與工況也較為符合。

6 結語

工程監測工作是工程施工的眼睛，在工程施工中起到重要的作用。在實際工程施工中，測量誤差無法避免，但是我們可以尋求將誤差最小化的方法，盡量減少由于誤差導致錯誤指導施工，對工程建設造成重大經濟損失與施工進度延誤。固在深層水平位移監測中，我們需要嚴謹的進行外業數據采集的同時，內業處理中根據實際判斷力對存在較大誤差的數據進行修正也是必要的，確保監測數據對施工起到正確的指導作用。

[1] 楊雪強，劉祖德. 論深基坑支護的空間效應[J].巖土工程學報，1998，20（2） ：74.