浅谈深基坑水平位移监测方法——虚拟断面法

钟学森　阮园园

摘要：目前基坑监测市场竞争激烈，如何在激烈的竞争中抢占一定的市场份额，需要在技术手段上有所创新。基坑水平位移监测方法主要有视准线法、测小角法、前方交会法、极坐标法、反演小角法，但是上述监测方法无法精确测量基坑水平位移变化量。文章结合广州市深基坑工程特点，提出了虚拟断面法监测深基坑水平位移。

关键词：基坑监测；深基坑；水平位移监测；虚拟断面法；基坑工程 文献标识码：A

中图分类号：TU196 文章编号：1009-2374（2016）25-0117-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.057

随着我国城市化进程的加快和建筑水平的提高，基坑工程在数量、开挖深度和使用领域方面得到了快速增长。在城市中，深基坑工程往往处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程附近。在基坑开挖和施工过程中，支护结构体系、邻近建筑物及道路管线的安全性、稳定性显得尤为重要。如果处理不当，不仅会危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。系统、全面、高精度的基坑监测工作能给基坑工程的安全提供有力的保障。

在基坑监测的各个监测项目中，支护结构的水平位移监测是最直观、最快速地反映基坑及周边环境安全的重要手段之一。深基坑工程一般集中在城市中心区域，且是比较规则的多边形基坑，但是基坑水平位移的计算方法五花八门，存在不合理和科学等问题。如果基坑水平位移监测无法最接近真实反映基坑支护结构变形的情况，就会造成不能及时、准确地把基坑存在的隐患和风险反映出来。针对上述情况，研究一种能保证监测精度要求，又科学实用的水平位移监测的方法，为施工决策者提供及时准确的数据，对基坑工程的顺利进行有着重要意义。

本课题研究的主要内容是在比较规则的多边形基坑中虚拟断面法计算基坑水平位移的方法。下面分别对研究内容进行详细论述。

1 构建虚拟断面法模型

1.1 点到直线的距离的计算公式

虚拟断面法就是依据数学中的点到直线的距离的概念提出来的一种数学模型。设点P0（x0，y0）为已知直线l：Ax+By+C=0外一点，则直线外一已知点P0到已知直线l的距离公式为：

（1）

1.2 测量中的虚拟断面法模型建立

假定某一规则的基坑如图1多边形所示。DM1、DM2为基坑转角点，假定测点A坐标（XA，YA）、测点B坐标（XB，YB）。

以DM1和DM2两点可以连成一条直线，并设这条直线为与基坑边平行的一条断面，我们每次监测A、B两点，并计算得到监测点A和监测点B的坐标，通过求解监测点A或者监测点B到直线的直线距离，每次距离的矢量相加，就可得出监测点A和B的水平位移变化量，由此我们称这条平行于基坑某边的断面为虚拟断面。

2 在虚拟断面中的计算监测点水平位移变化量

2.1 划分监测虚拟断面

根据图1中基坑监测点分布和每边的拐点情况，基坑各直线段中所设监测点应划分为同一段面，比如A、B为DM1-DM2段面范围，C、D、E为DM2-DM3段面范围。DM1-DM2断面可用以下直线方程表示：

（2）

其余各边类似定向。

2.2 监测点到虚拟断面距离计算

在图1中，我们可以清晰地看到每个监测点落在每条断面上的情况，故监测点至每条断面的距离都可发计算出来，如A（XA，YA）为DM1-DM2断面上的点，则A至定线距离为：

（3）

2.3 监测点位移变化方向正负的判定

在监测得到基坑水平位移监测点数据后，就可以依据式（3）计算出每次监测点至断面的距离，然后经过矢量相加，就可得到变化量，但是“距离”在数值上是一个正值，是没有考虑方向的问题，实践监测当中，我们监测的水平位移监测点是有正负方向的，那到底如何去判定这个方向的呢？从上面的内容可知：

虚拟段面定义要沿着基坑顺时针或者逆时针排顺序，如DM1-DM2、DM2-DM3……

（4）

方位角：

（5）

αDM1A、αDM1B……同理可得。

若虚拟段面沿基坑逆时针方向设置，则距离正负号判定如下：

αDM1A<αDM1DM2，表示A点在基坑范围（虚拟断面）内，距离值为正。

αDM1A>αDM1DM2，表示A点在基坑范围（虚拟断面）外，距离值为负。

若虚拟段面沿基坑顺时针方向设置，则距离正负号判定如下：

αDM1A>αDM1DM2，表示A点在基坑范围（虚拟段面）内，距离值为正。

αDM1A<αDM1DM2，表示A点在基坑范围（虚拟段面）外，距离值为负。

通过比较A、A1的位移，可以得出本次的位移变化量。结果为正值表示向基坑内位移，结果负值表示向基坑外位移，

3 水平位移中误差的计算

点位中误差，即：m=

上面仅仅是1个测回的计算方法。若采用多个测回，角度和距离精度要按照测量多个结果取平均值的方法计算，若测量了n个测回，这角度中误差为，距离也是同样的。

4 在internet监测系统平台的应用

目前该虚拟断面法已应用于广州市地下工程和深基坑安全监测预警系统中，对基坑监测起到省时、省力、省成本的效果。地下工程和深基坑安全监测预警系统是根据广州市建设行政主管部门提出对广州市地下工程和深基坑实现实时监控的要求，按相关标准、规范，建立一个基于Internet平台、运用物联网等相关技术的安全监测预警系统。该系统将依托全市地下结构及深基坑监测机构，整合全市相关工程的信息资源，建设集数据采集、分布式存储、协同处理、集群化服务、智慧化监督和高效率管理为一体的监测预警管理平台，对广州市的地下工程、深基坑及其周边建筑物、管线隐患等进行监控，并通过监测数据自动进行报警，及时以短信的形式将异常的数据分析结果发给相关建设方、安全监督机构及建设行政主管部门，并追踪有关监测报警处理情况，使监测结果反馈更具时效性，以便及时采取相应措施，从事后处理转变为事前干预，达到防灾减灾的目的。

5 结语

在比较规则的多边形基坑水平位移虚拟断面法监测与视准线法、测小角法、前方交会法、极坐标法、反演小角等方法最大的不同在于虚拟断面法真正实现了在规则的多边形基坑中水平位移变化量的确定性、有效性及方向性，并且在实践当中坐标系统可以任意建立，充分利用了数学中点到直线的距离这一基本思想。特别是应用于“地下工程和深基坑安全监测预警系统”中，该预警系统已于2012年3月开始使用，系统正式运行至今，先后对多个基坑工程成功预警，降低工程事故发生几率。加强监测监管、保证基坑安全方面发挥了积极的作用，取得了显著的经济效益与社会效益，该系统达到了国内领先水平。

参考文献

[1] 高二数学[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2] 孔祥元，郭际明.控制测量学[M].武汉：武汉大学

出版社，2006.

[3] 许娅娅.测量学[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4] 山东省建设厅.建筑基坑工程监测技术规范[S].北

京：中国计划出版社，2012.

作者简介：钟学森（1984-），男，广西兴业人，供职于广州市建设工程质量安全检测中心，研究方向：建筑变形监测；阮园园（1987-），男，安徽凤阳人，供职于广州市建设工程质量安全检测中心，研究方向：建筑变形监测。

（责任编辑：小 燕）