陳駿，張?jiān)埔悖跤勒?，彭偉，龔璐杰，陽波，張鼎，張可?/p>

（1.中建五局土木工程有限公司，長(zhǎng)沙410000；2.有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410083；3.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙410083）

1 引言

緊鄰高邊坡的基坑在開挖時(shí)，高邊坡的存在會(huì)導(dǎo)致基坑側(cè)壁承受額外的壓力，而邊坡的穩(wěn)定性也隨著基坑的開挖面臨著許多不確定性變化。對(duì)于這種特殊位置關(guān)系下的基坑—邊坡工程，有研究人員在計(jì)算【1】、設(shè)計(jì)【2】及施工【3】等方面均取得了一定成果。紀(jì)廣強(qiáng)等【4】通過某個(gè)深基坑開挖的周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了該深基坑開挖所引起的環(huán)境問題，認(rèn)為基坑地質(zhì)條件較好且開挖滿足支護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的條件時(shí)，仍可能對(duì)周圍環(huán)境造成較大的影響。吳意謙等【5】通過某深基坑工程的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍土體隨著基坑開挖深度和時(shí)間變化的位移規(guī)律。由此可見，有效的監(jiān)測(cè)對(duì)于基坑工程來說是必不可少的。因此，本文介紹的工程采用能夠動(dòng)態(tài)觀測(cè)基坑側(cè)壁位移及結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的聯(lián)合監(jiān)測(cè)體系，以期能為類似環(huán)境條件下的工程監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建立提供參考。

2 工程概況

基坑場(chǎng)地位于郴州市人民東路延伸段，為進(jìn)行南北走向的人民東路下穿東西走向的青年大道箱涵的施工，需要在2條路的交匯處進(jìn)行基坑開挖（見圖1）?；幽媳遍L(zhǎng)約60m，東西寬20m，基坑最大深度為16m。根據(jù)區(qū)域工程勘察資料，場(chǎng)地地層主要為人工填土層、第四系坡殘積層，下伏巖層為石炭系（C）地層，白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖、炭質(zhì)頁巖，砂巖與炭質(zhì)頁巖呈互層狀分布。地下水類型主要有孔隙水和基巖裂隙水，對(duì)工程影響不大。

圖1基坑場(chǎng)地平面圖

本工程設(shè)計(jì)采用“抗滑樁+錨索”的方案進(jìn)行基坑支護(hù)，為確?；釉陂_挖階段的穩(wěn)定性，需要在基坑周邊及高邊坡的關(guān)鍵位置建立有效的監(jiān)護(hù)體系，以確?；邮┕み^程中的安全性。

3 監(jiān)測(cè)體系的建立

根據(jù)基坑設(shè)計(jì)資料，本基坑支護(hù)變形監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。為全面掌握基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，在基坑開挖至基坑回填期間，對(duì)基坑側(cè)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平位移、沉降、深層水平位移和預(yù)應(yīng)力錨桿拉力的監(jiān)測(cè)。對(duì)基坑周邊的高邊坡進(jìn)行水平位移和沉降的觀測(cè)。對(duì)于基坑周邊未臨邊坡的平地和青年大道，需要觀測(cè)其變形。監(jiān)測(cè)工具主要包括全站儀、水準(zhǔn)儀、測(cè)斜管、測(cè)斜儀、錨索應(yīng)力計(jì)等常用監(jiān)測(cè)儀器。其中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測(cè)點(diǎn)安置在支護(hù)樁冠梁頂部，在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝測(cè)斜計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)斜。錨索應(yīng)力及安置在錨桿鎖頭處。邊坡的觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在邊坡坡頂和坡腳處的關(guān)鍵位置。

受地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間的限制，本項(xiàng)目自動(dòng)化程度較高且覆蓋完整，涉及人工的項(xiàng)目?jī)H為儀器的人工調(diào)試和維護(hù)，由此可見，自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅節(jié)省人力成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，又能最大限度地減少人為測(cè)量誤差，所以本文將重點(diǎn)闡述自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.1 水平及沉降位移監(jiān)測(cè)

布設(shè)5個(gè)水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)，首先，通過用全站儀支點(diǎn)法或者GPS-RTK圖根控制法測(cè)定各控制點(diǎn)在工程坐標(biāo)內(nèi)的坐標(biāo)，然后，對(duì)監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)獨(dú)立進(jìn)行精化以達(dá)到所需的相對(duì)精度。工作基點(diǎn)另設(shè)在基坑的支護(hù)樁頂部冠梁處，采用觀測(cè)墩的形式。支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙布設(shè)。

場(chǎng)地設(shè)置了8個(gè)沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以保證在整個(gè)觀測(cè)過程中穩(wěn)定、可靠。其中，場(chǎng)地外布設(shè)BM1、BM2 2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。順著青年大道向本基坑均勻布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并分別命名為BM3～BM8。其中，BM7、BM8作為日常工作基點(diǎn)，埋設(shè)于靠近基坑但又不受影響的位置。

完成沉降基準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)與穩(wěn)定性檢驗(yàn)后，進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)。沉降監(jiān)測(cè)使用精密電子水準(zhǔn)儀，配合銦鋼條碼尺或玻璃鋼條碼尺進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，需將水準(zhǔn)線路布設(shè)成環(huán)型閉合線路：從BM7起，經(jīng)過BM8后對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，最后再經(jīng)過BM8后，閉合于BM7。在監(jiān)測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)BM7、BM8的高差出現(xiàn)異常時(shí)（大于1.5mm），需重測(cè)并確認(rèn)是否基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生了變化。

3.2 錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)

首先進(jìn)行錨索計(jì)安裝，錨索的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在受力較大且有代表性的位置，基坑每邊中部、陽角處和地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)段宜布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。各層監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置在豎向上應(yīng)保持一致。

錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)時(shí)，在錨索計(jì)受力前進(jìn)行初始值的測(cè)量，錨索預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，同時(shí)進(jìn)行錨索計(jì)的讀數(shù)，并根據(jù)千斤頂?shù)淖x數(shù)對(duì)錨索計(jì)的結(jié)果進(jìn)行比較、校核。根據(jù)監(jiān)測(cè)的頻率讀數(shù)計(jì)算錨索拉力值，并繪制拉力-時(shí)間變化曲線圖。

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜

測(cè)斜工作首先需要進(jìn)行樁體測(cè)斜管埋設(shè)和土體測(cè)斜管的埋設(shè)。測(cè)斜管在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置應(yīng)避開導(dǎo)管，在測(cè)管連接時(shí)，將4m（或2m）一節(jié)的測(cè)斜管用束節(jié)逐節(jié)連接在一起，并在每個(gè)束節(jié)接頭兩端用防水膠布包扎。完成內(nèi)槽檢驗(yàn)和測(cè)管固定后即可吊裝下籠。冠梁施工階段是測(cè)斜管最容易受到損壞階段，應(yīng)根據(jù)冠梁高度重新調(diào)整測(cè)斜管管口位置。土體內(nèi)測(cè)斜管采用鉆孔法安裝，具體操作按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行。測(cè)斜監(jiān)測(cè)方法及精度也應(yīng)滿足規(guī)范要求。

4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)即將監(jiān)測(cè)元器件數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)自主監(jiān)測(cè)，自動(dòng)反饋跟蹤，能夠使監(jiān)測(cè)無盲點(diǎn)、無死角，可有效地確保監(jiān)測(cè)的效率和精準(zhǔn)度，杜絕工程事故的發(fā)生。針對(duì)緊鄰高邊坡的基坑，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案能夠發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，通過與常規(guī)監(jiān)測(cè)手段的配合，能夠更好地滿足施工要求。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的組建如圖2所示。

圖2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)上部三維變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

當(dāng)前的三維變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，應(yīng)用較為廣泛和成熟的是使用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用TM30全站儀結(jié)合徠卡GeoMoS系統(tǒng)進(jìn)行三維變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。徠卡TM30測(cè)量機(jī)器人具有高精度、高速度、全自動(dòng)化的特點(diǎn)，能夠確保全天候無間斷工作，其智能識(shí)別系統(tǒng)能夠滿足自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別3 000m的測(cè)程。除此之外，其能夠?qū)崟r(shí)顯示并保存測(cè)量數(shù)據(jù)，并可同時(shí)通過電纜、移動(dòng)電話以及因特網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)測(cè)方法為在基坑支護(hù)樁頂部及距離坑頂3～5m的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置目標(biāo)棱鏡，在工作基點(diǎn)上架設(shè)測(cè)量機(jī)器人，通過后方交會(huì)獲得設(shè)站坐標(biāo)及方位角后，依次對(duì)目標(biāo)測(cè)量并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)到GeoMoS。由軟件計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與初始值的三維變化并以圖表的形式呈現(xiàn)在監(jiān)視器中。當(dāng)某個(gè)監(jiān)視點(diǎn)變形值或變形速率超過設(shè)定值時(shí)，馬上對(duì)相關(guān)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行再次測(cè)量，確認(rèn)后發(fā)布預(yù)警信息。

4.2 基坑收斂（相對(duì)位移）及錨索應(yīng)力自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

將此前安裝好的錨索應(yīng)力計(jì)接入自動(dòng)化采集系統(tǒng)，由該系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的周期或者臨時(shí)指令測(cè)量錨索拉力；分別在距離及坑頂約5m、10m的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝測(cè)距儀，在對(duì)面基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝目標(biāo)棱鏡。根據(jù)程序設(shè)定的方式測(cè)量?jī)x器和棱鏡間的相對(duì)距離。當(dāng)錨索拉力和相對(duì)距離的變形值或變形速率超過設(shè)定值后，經(jīng)過再次復(fù)核后，發(fā)布預(yù)警信息。

通過自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高頻率的即時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)向工程施工及各管理部門提供數(shù)據(jù)成果和趨勢(shì)分析等。當(dāng)基坑施工進(jìn)入較深的階段時(shí)，或者變形量接近預(yù)警值時(shí)，自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)將對(duì)工程安全起到更重要的作用。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在保證基坑施工安全的前提下，變形監(jiān)測(cè)中首次采用基于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的機(jī)器人監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)本次監(jiān)測(cè)工程來講是一次嶄新的嘗試，也是科研和生產(chǎn)的一次很好的結(jié)合。為驗(yàn)證和保障自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，自動(dòng)化機(jī)器人監(jiān)測(cè)位移的同時(shí)也進(jìn)行了人工測(cè)量水平、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。將兩者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，能夠更好地反映新技術(shù)的適用性。

將同一位置不同手段得到的2組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2種監(jiān)測(cè)方法數(shù)據(jù)對(duì)比mm

表1反映光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)器人所測(cè)得的數(shù)據(jù)曲線和人工沉降監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)繪制的曲線圖形相似度較高，二者的結(jié)果相差不大，說明自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)十分可靠。因此，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在緊鄰高邊坡的基坑監(jiān)測(cè)中可以作為一種成熟的監(jiān)測(cè)方法被應(yīng)用。

6 結(jié)語

本工程依據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)，建立緊鄰高邊坡的基坑監(jiān)測(cè)體系，在監(jiān)測(cè)過程中采用了新的監(jiān)測(cè)技術(shù)、設(shè)備和方法，在對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及邊坡重點(diǎn)部位進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還運(yùn)用了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在基坑開挖過程中對(duì)變形重點(diǎn)區(qū)域采用監(jiān)測(cè)機(jī)器人等最新監(jiān)測(cè)儀器，在為基坑開挖提供準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)提升了監(jiān)測(cè)效率，從而保障了基坑開挖施工的安全。

技術(shù)層面上，通過人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一些關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測(cè)的結(jié)果對(duì)比分析上來看，引入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在基坑內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)建立的沉降、位移、錨索軸力的變化情況以及基坑外部邊坡、道路重點(diǎn)部位的位移變化，實(shí)現(xiàn)由基坑內(nèi)到基坑外、人工監(jiān)測(cè)方法與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，有效獲得準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)保障工程的順利完成奠定了基礎(chǔ)。