基坑监控坐标法转化测量技术

董振伟 朱荣浩 董旭

摘要：深基坑监控需要监测基坑水平位移，高程等重要的控制指标，以保证现场的施工安全。本文通过监控量测所得到的的施工测量坐标系下的坐标，利用全站仪和坐标转化原理，使技术人员通过计算快速得出测点垂直于基坑边线方向的偏移值，为今后的基坑监测数据的坐标转化提供理论依据。

Abstract： The monitoring of deep foundation pit needs to monitor the horizontal displacement， elevation and other important control indexes in order to ensure the construction safety on site. In this paper， the coordinates in the construction measurement coordinate system obtained by monitoring measurement are used， and the principle of total station and coordinate transformation is used to enable technicians to quickly calculate the offset value perpendicular to the direction of the edge line of the foundation pit through calculation， thus providing a theoretical basis for the coordinate transformation of the monitoring data of the foundation pit in the future.

关键词：基坑监测;监测坐标系;水平位移;坐标转换

Key words： foundation pit monitoring;monitoring coordinate system;horizontal displacement;coordinate transformation

中图分类号：TU753                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0131-02

0  引言

基坑监控是基坑施工中的一个重要的环节，在基坑的开挖施工的过程中，对基坑的岩土的变化，基坑支护的水平位移，沉降变化，进行各种观察分析工作，并将所监控的数据进行整理分析，及时发现和预报险情的发生和险情的发展情况，以及时采取安全措施[1]。

对于复杂的基坑施工来说，支护结构水平位移监测有着较高的精度要求，随着高精度的全站仪的出现，目前应用较为广泛的技术是极坐标法。而目前出现的问题是利用全站仪所测出的坐标是施工测量下的坐标，而监控量测所需要的水平位移量是垂直于基坑边线方向的偏移值（习惯上定义垂直于基坑边线的坐标系北方向正，东方向为正，反之相反）[2-4]，因此需要对坐标系进行转换，本文以某大桥深基坑监控数据为例，以此验算基坑监测水平位移量的求解方法。

1  工程概况及基坑监控内容

某特大桥深基坑与河岸齐平，基坑采用上部放坡+下部钢板桩围堰、型钢支护开挖+临河侧钢板桩加固止水的方法，见图1。监测的重点在每个基坑设置8个围护桩顶水平和竖向位移觀测点，监测基坑土体和围护桩的水平和竖向位移、道路竖向位移，具体布置位置如图2。

2  监测数据坐标系转化

在基坑开始施工前，根据设计院所给的坐标系，在基坑周围设置两个控制点，以保证全站仪利用后方交汇功能，测站点可以灵活选择，具体测站布置如图2，所测得数据是施工测量坐标系下的坐标值，由于基坑支护钢板桩为直角长方形，为方便监控时坐标计算方便，重新建立基坑的坐标系，让坐标系平行于基坑的长边和短边。

根据坐标系换算公式[5]：

根据图3所示，该基坑为直角长方形，XOY为施工测量坐标系，X'OY'为监控坐标系，17#点为观测点，D1点为监测点，α为两个坐标系之间的坐标方位角，假设两个坐标系原点都为O，通过该公式将D1点全站仪测出的施工测量坐标系下的坐标（x，y）转换为监控量测坐标系下的坐标（x'，y'），监测点DZ1的位移量通过本次换算所得到的横坐标减去上次观测后所换算的横坐标的差值[5]。一般定义在监测坐标系下，以北方向和东方向为正。

而在实际施工应用中，所建立的施工监测坐标系很难确定角度α，所以我们可以通过CAD软件进行画图验算与公式法对比来求得角度α，在CAD软件中将监测点坐标展示在基坑施工电子平面图中[6]，如图4，输入D1，D2的初始坐标得到横线L，定义该线为基坑南边边界，定义D1为任意一天的数据值，由于所监测D1为不规则移动，过D1'向L做垂线，垂足到D1'的距离就是基坑观测点D1的位移量S，可清晰看出观测点是向基坑内侧还是向基坑外侧移动，注意要用毫米单位方能达到精度要求，同理可得DZ1，DZ2的位移量。

根据表1数据，利用CAD绘图验算得到的监测点D1点，D2点和DZ1点，DZ2点的位移距离，由图4可知，D1'到L的距离为9.69mm，D2'到L的距离为0.58mm，由图5可知，DZ1到L'的距离为0.75mm，DZ2到L'的距离为11.70mm。

整理两次的观测数据，选择南边D1点，D2点和东边DZ1点，DZ2点，推算得到南北方向α=20°，东西方向α=19°，代入公式（1），得到转化坐标系后D1和D2的横坐标，DZ1和DZ2的纵坐标，见表2，经计算得到垂直于基坑边线位移的变形量，D1和D2偏移9.69mm和-0.47mm，DZ1和DZ2偏移11.94mm和1.03mm，与CAD绘图验算整体差别不大，但是结果存在一定的误差，最大误差在0.28mm，最小误差在0.11mm，证明其推算的角度与实际的坐标方位角相吻合。

3  结论

经过实践应用证明，两种方法计算出的偏移量误差在0.11-0.28mm之间，可以通过两种坐标系转化方法相结合，可以得到两个坐标系之间的坐标方位角α，从而可以快速的得到钢板桩的位移变形量，对于风险系数较高的深基坑，在监控中可以及早发现变形，预测变形趋势，及时作出安全对策，保证施工人员的安全，对于各方重点关注基坑边线垂向的基坑围护结构位移量对于施工安全的影响，可以及时得到监测信息。该两种方法的结合对于今后的施工监控量测具有很高的推广应用价值。

参考文献：

[1]倪士良.浅谈深基坑支护工程的变形与监测[J].商品混凝土，2013（6）：144-145.

[2]YS，5229-96，岩土工程监测规范[S].

[3]JTJ120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[4]黄泽健.坐标法基坑监测水平位移量的求解方法[J].工程建设，2006，06（38）：10-12.

[5]聂让，许金良，邓云潮.公路施工测量手册[M].北京：人民交通出版社，2000：270-280.

[6]郭朝勇，等.AutCADR14（中文版）二次开发技术[M].北京：清华大学出版社，1999：19-27.

作者简介：董振伟（1991-），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要研究方向为交通基础设施建设。