基于GNSS自动监测系统的基坑监测技术研究
期刊: 建筑监督检测与造价 2026年第1期 DOI: PDF下载
摘要
关键词
GNSS自动监测系统;基坑监测技术;水平位移;监测点;支撑轴力
正文
前言:GNSS自动监测系统主要包括自主运行、远程控制、数据实时分析、数据自动采集等先进功能,经分析确定该系统的年运行可靠率超95%,该系统具体由云服务器、采集网关、传感器等设施组成。为满足《建筑基坑工程监测技术规范》中提到的:基坑开挖深度≥5m,需结合场地环境开展基坑安全监测工作等相关要求,工作人员有必要运用该系统实现自动化监测,动态掌握基坑施工周边环境状态,合理制定完善的基坑安全管理计划,消除基坑施工扰动、位移偏差对整体施工质量的不良影响,为基坑作业创造有利的安全管理条件。
1、基于GNSS自动监测系统的基坑监测技术优势
1.1基坑水平位移监测精度高
基坑监测需重点监测基坑水平位移变形量。该项工作中应用GNSS自动监测系统实现自动化监测,与全站仪技术比较,具备高精度监测优势。具体可从对比实验数据中得到验证,特定实验条件下构建坐标系,坐标系中4个坐标点分别为(2100m,1100m)、(2136m,1081m)、(2074m,1083m)、(2092m,1155m),经过1.5h持续监测后,对第一个坐标点变形量进行记录,显示全站仪技术与本文推荐技术的坐标测定最大误差(0.7mm,0.5mm),传统技术下水平位移变形量最大值(5mm,3mm),虽然两种技术测定结果均符合规范,但本文推荐技术误差较小。以30min时段长度分析监测精度时,该技术基准线最高精度1.1mm,点位精度1.4mm,确定该技术的监测精度略高于传统技术[1]。
1.2基坑周边安全监测效率高
基坑周边建筑物监测场景中,根据《GB50497-2019建筑基坑工程监测技术标准》相关要求:基坑周边变形量应<建筑物地基变形允许量。与传统人工使用全站仪监测技术比较,本文推荐技术仅需一次性投入系统应用费用,且系统能自动输出监测结果,无需人员核对数据,整体投入的人工成本可控,故认定该技术具备高效监测优势。
2、基于GNSS自动监测系统的基坑监测技术要点
工作人员在基坑监测中应用GNSS自动监测系统时,为验证该系统具备实用价值,本文具体采用实例分析法归纳了技术要点。以松子坑水库大坝深基坑工程为例,水库正常库容2450万m³,预计通过深基坑作业进行扩容建设,为维护基坑施工安全,该工程建设中专门应用了GNSS自动监测系统实施立项改造。
2.1有效布设监测点
该实例中工作人员要想获取可靠的监测数据,需有效布设监测点。为精准采集基坑监测中水平位移与垂直位移变形量,宜定期布置24个水平位移监测点与30个垂直位移监测点,每次采集24点与30点的有效数据。针对该工程二期施工内容,则将监测点数量均调整为25个,以提升监测数据精度。应用GNSS自动监测系统期间,顺利布设监测点以后,工作人员需合理设定系统参数,比如与观测距离成比例的误差项(乘常数)设为-0.5mm/km,距离测量修正系统误差值(测距加常数)设为-0.8mm,对应的温度气压改正系数、大气折光系数、投影面高程参数分别设为12.7、0.14、65m,确保工作人员从多处监测点获取所需位移数值。
根据上述技术标准,要求布设监测点时,为形成闭合式监测条件,需在基坑施工现场至少布置3个监测点,最佳位置为3倍基坑深度以内区域,针对深度>10m的一级基坑,监测点布置间距最大为20m;7m—10m的二级基坑间距宜≤30m;深度不足7m的三级基坑,其间距需≤40m,且布设监测点时,工作人员需遵循分区或分层布置原则,也可实现水平与垂直位移同点布置,以提高工作效率。在监测基坑周边环境安全性时,需在周边建筑物沉降缝、转角处,按照15m以内间距均匀布置监测点,若基坑周边分布着地下管线,要求给排水管线周边布置的监测点间距≤10m,电力管线间距≤30m。尽管监测点布设事项有明确规定,但实际布点中也要结合工况与地质条件予以调整,以准确采集有效信息为布点根本。
2.2实时分析监测数据
工作人员需从系统反馈中实时分析数据特征,从中了解基坑位移变化规律,以此早期识别过度沉降隐患。为提升数据分析准确性,该工程具体统计了3年时间里主坝基坑垂直位移数据,其中不同时间节点下,一期施工现场基坑垂直位移最大值<10mm;二期现场最大值<35mm。从中确定一期工程中未见显著性位移变化情况,其位移变化量基本<3mm,X与Y方向出现的累计最大位移各为21mm、31mm,显然未在基坑施工中出现严重的沉降问题,虽有轻微变化,但与基坑施工行为无直接关系,主要与环境参数有关,表明该场地可通过运用该系统实施阶段性监测[2]。二期场地内获取的变形量数值X、Y方向累计最大位移量为27mm、26mm,同样未出现明显变化,基坑施工现场较为安全。
为避免后续出现过度沉降情况,工作人员需在完工及水库大坝实际运行过程中进行自动化监测。从各监测点自动获取的监测数值,能直接从系统配置的显示屏中自动生成数据统计表,工作人员仅需依靠系统显示结果评估基坑施工风险。
2.3设置预警整合监测结果
应用GNSS自动化监测系统动态掌握基坑施工风险,还可以依靠云平台明确预警标准,而后整合监测结果执行针对性管理决策。预警设置部分,要求工作人员联合工程师、技术员,共同出具基坑自动化监测预警标准,以技术标准为设置依据,整理出表1所示结果。而且可以设定具体的预警结果,如累计位移量超过20mm,或每日位移变化量>3mm,此时响应自动预警程序,以软件推送、声光预警、短信提醒等方式,为工作人员发布预警信号,以提升复杂基坑施工环境的适应性[3]。
表1 基坑自动化监测中预警设置标准(来源文献3)
监测项目 | 水平位移 | 支撑轴力 | 竖向位移 |
监测位置 | 基坑围护结构内 | 基坑钢支撑处 | 基坑围护结构内 |
监测结果绝对值/mm | 20—30 | 80%预应力设计值—100%预应力设计值到70%承载能力设计值—80%承载能力设计值 | 10—20 |
相对基坑设计深度H控制值/mm | 0.2%—0.3% | 0.1%—0.2% | |
变化速率/mm/d | 2—3 | / | 2—3 |
以GNSS自动化监测系统整合监测结果时,工作人员需使用数据解算软件SMOS,对照预警设置标准给定安全评估结果,若显示基坑沉降变形量超限,需立即进行增设排水井、分段支护等处置措施。另在系统应用中,也要加强系统避雷设计,以免系统在雷雨天气下出现监测不到位情况。从数据分析结果中确定各个监测点反馈结果中,3年时间里均未出现显著性沉降现象。而在近期定期监测中显示:部分监测点出现了位移沉降量变大现象,但数值均<2mm,证明该工程基坑施工现场周边环境安全。
结论:综上所述,在基坑监测工作中应用GNSS自动监测系统时,与全站仪技术比较,具备高效、高精度优势。为此,工作人员在基坑自动化监测环节,需从布设监测点、数据分析、设置预警等部分总结技术要点,并在实际工作中,结合基坑水平位移监测、周边建筑监测等工作场景分析监测结果,指导工作人员及时实施基坑安全管理决策,减少基坑事故发生率。未来,工作人员也要继续从技术融合应用视角进行创新性研究,提高基坑自动化监测水平,顺利推进基坑施工进程。
参考文献:
[1]张汇颖,陶志忠.基于GNSS的自动安全监测系统在老石坎水库的应用与分析[J].山西水利科技,2023,(04):11-15.
[2]石昆鹏,刘从文,李围.地铁站基坑围护结构深部水平位移的自动监测[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2020,22(05):112-116.
[3]王波,吕成敏,廖云,等.工程基坑自动在线监测系统应用研究[J].地理空间信息,2025,23(04):91-94.
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