[摘要]在深基坑施工過程中要進行連續(xù)監(jiān)測，通過檢測來掌握深基坑的變形，以便能采取有效的措施進行預(yù)防。
[關(guān)鍵詞]三維坐標(biāo)；深基坑；變形檢測
中圖分類號：TU2 文獻標(biāo)識碼： A
一、前言
在深基坑測量過程中各種測量手段是在不斷發(fā)展和變化的，三維坐標(biāo)法就是一種新的測量方法，通過三維坐標(biāo)對深基坑進行測量能準(zhǔn)確掌握基坑變形。
二、三維監(jiān)測技術(shù)簡介
三維激光掃描技術(shù)是一種新興的現(xiàn)代化信息獲取手段 ，其原理是通過高速掃描儀 ，向被測物體以高頻率發(fā)射激光束，獲取其反射信號并成像的一種技術(shù) 。反射信號經(jīng)過機 內(nèi)處理，轉(zhuǎn)換為帶有三維坐標(biāo) 的海量點數(shù)據(jù) ，一般稱之為“點云”，點云數(shù)據(jù)經(jīng)過三維建模軟件處理之后，可以構(gòu)建目標(biāo)的三維模型供后期進一步處理使用。為了提升基坑監(jiān)測工作至更全面，更高速 ，更現(xiàn)代化的的水平 ，嘗試將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于這一變形監(jiān)測中。嘗試選取市區(qū)中某商業(yè)綜合體三層地下室的基坑工程，在其施工過程中，使用 Riegl三維激光掃描儀配合徠卡TS30全站儀進行三維監(jiān)測工作。監(jiān)測工作的總體思路如下 ：
首先研究基坑工程的總體設(shè)計方案及施工組織，在此基礎(chǔ)上選取監(jiān)測范圍；隨后開展監(jiān)測方案制定工作，選取合適的儀器及布設(shè)方法；在獲取數(shù)據(jù)后使用三維建模軟件建立基坑支護結(jié)構(gòu)的三維模型，進行對比及分析工作，并與深層土體側(cè)向位移等其它項 目進行對比與驗證。
三、三維激光掃描
掃描工作以分為以下幾個步驟：
1、監(jiān)測方案制定及基準(zhǔn)點 布設(shè)根據(jù)設(shè)計 圖紙及現(xiàn) 場的實際情況 ，通過 踏勘 確定控制點 的位置 �？刂� 網(wǎng)相互 之間通視并 覆蓋 掃描 區(qū)域 。用全 站儀 進行控制測量 ，重點是精確獲取標(biāo)靶的中心點坐標(biāo) ，用于后期的拼接 和坐標(biāo) 歸化。
2、設(shè)站掃描
掃描時根據(jù)需要選擇不同的分辨率 ，采用高分辨度對標(biāo)靶進行局部掃描，用相對較低的分辨率進行全景掃描
3、點云數(shù)據(jù)過濾
掃描獲得的數(shù)據(jù)是帶有三維坐標(biāo)的點云數(shù)據(jù)，為了建立基坑的二：維模型，需要進行濾波處理，刪除非量測區(qū)域的數(shù)據(jù)，并適當(dāng)降低點云的密度，提高建模效率。同時，對標(biāo)靶的中心點進行擬合。輸入全站儀測得的坐標(biāo)。通過標(biāo)靶中心點坐標(biāo)將點云數(shù)據(jù)歸化到工程坐標(biāo)系中
4、氣維模型建立
將經(jīng)過濾波、配準(zhǔn)后的點云數(shù)據(jù)，導(dǎo)人三維建模軟件，建立支護結(jié)構(gòu)的三維模型.
四、三維技術(shù)在變形監(jiān)測中的研究現(xiàn)狀
經(jīng)過這幾十年的不斷發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)越來越成熟，然而其在變形監(jiān)測中的應(yīng)用，總體來說還有很多方面仍處于摸索、驗證階段。國內(nèi)研究人員對此進行了大量的研究和試驗：
1、羅德安論述了三維激光掃描技術(shù)在變形監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的可行性、技術(shù)優(yōu)勢和存在的問題，提出了基于三維激光影像掃描技術(shù)的整體變形監(jiān)測的基本理論。
2、邢正全、鄧喀中針對沉陷區(qū)域提出了具體的觀測方案和數(shù)據(jù)處理方法，并驗證了三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于開采沉陷監(jiān)測其精度完全滿足觀測需要。
3、徐進軍、王海城等將三維激光掃描技術(shù)引入到滑坡變形監(jiān)測與分析中，對此進行了相應(yīng)的理論分析與實際測量。
4、黃曉陽、欒元重等使用Trimble GX200地面三維激光掃描儀對山東某礦井架進行了多次井架點云數(shù)據(jù)采集，通過平面擬合方程分析了井架傾斜變形，為礦山井架安全量測提供一種高效、高精度應(yīng)用方法。
5、GSP與三維激光掃描技術(shù)結(jié)合使用，應(yīng)用于煤礦開采沉陷監(jiān)測中，說明了三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)變形監(jiān)測方法結(jié)合的可行性。
當(dāng)然，對于將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到變形監(jiān)測中，還有很多其他案例。從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，三維激光掃描技術(shù)在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用已經(jīng)是越來越廣泛。對于遠程地面激光掃描儀，可用于滑坡、巖崩、雪崩、礦山塌陷等危險或者人難以到達地區(qū)的變形觀測和方量計算，有效監(jiān)測其變形范圍及量級，以達到防災(zāi)減災(zāi)的目的；中短程地面激光掃描儀一般用于大壩、船閘、橋梁等的變形測量，以保證其正常建設(shè)和建后維護。
五、基坑變形及內(nèi)力變化機理分析
對于冠梁水平位移，在監(jiān)測前期，基坑冠梁水平位移整體有向坑內(nèi)移動的趨勢。本文綜合分析后認為，這是由于開挖擾動使原本平衡的土體應(yīng)力出現(xiàn)失衡，墻后土體產(chǎn)生的壓力使得圍護結(jié)構(gòu)有向臨空方向移動的趨勢 ；在監(jiān)測中后期，基坑冠梁水平位移總體穩(wěn)定，但存在一定突變，突變后的一段時間內(nèi)會回歸正常值。本文認為，冠梁水平位移在監(jiān)測中后期總體穩(wěn)定的原因是由于隨著支撐結(jié)構(gòu)的完善，墻后土體壓力與支撐軸力之間達到了一個相對平衡的狀態(tài)，但由于基坑開挖因素和外界因素的影響，監(jiān)測點位移會出現(xiàn)一定波動，隨著支撐軸力和墻后土體壓力之間作用力的相互平衡，測點位移會逐漸回歸到正常水平。對于坑外地表沉降，坑外土體整體呈沉降趨勢，前期沉降趨勢較為明顯，監(jiān)測到中后期的時候，坑外土體沉降位移穩(wěn)定到一定水平。基坑的開挖引起基坑影響范圍內(nèi)巖土體應(yīng)力狀態(tài)的改變，應(yīng)力的改變對土體沉降的影響在前期的表現(xiàn)較為明顯，隨著中后期支撐結(jié)構(gòu)和維護體系的完善，基坑圍護結(jié)構(gòu)和坑外土體的壓力達到相對平衡的狀態(tài)，因此坑外地表沉降也會相對穩(wěn)定。此外，測點距離基坑的遠近也是影響沉降位移的一個關(guān)鍵因素，DT2-1 測點沉降在后期明顯大于其他測點，離基坑越遠，開挖的效果對土體影響越小，影響范圍一般為 3 倍基坑深。在基坑監(jiān)測期間，各支撐軸力整體呈現(xiàn)上升趨勢，鋼支撐架設(shè)之后，短時間內(nèi)軸力呈現(xiàn)急劇上升趨勢。其原因在于，基坑的開挖使得墻后土體對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力，支撐的架設(shè)會承擔(dān)一部分壓力，使應(yīng)力達到相對平衡的狀態(tài)，隨著支護體系的完善，后架設(shè)鋼支撐的支撐應(yīng)力并未出現(xiàn)急劇上升的情況。值得注意的是，支撐在監(jiān)測中期出現(xiàn)了急劇上升態(tài)勢，分析認為在開挖初期，開挖面以上的土壓力由靜止土壓力轉(zhuǎn)為主動土壓力，開挖卸荷帶來的主動土壓力作用于鋼支撐上，造成支撐軸力在該段時間內(nèi)迅速增加，但軸力總體上處于合理水平，反映出基坑支護結(jié)構(gòu)架設(shè)比較合理。 六、測設(shè)方法
1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
隨著高科技的發(fā)展，勘測數(shù)據(jù)的方法有最開始的紙上定位逐漸發(fā)展成了利用電子地圖定線的方法，根據(jù)定線的線性獲得數(shù)據(jù)，有效提高了精準(zhǔn)度。將初步定位的數(shù)據(jù)輸入到GPS手簿中，啟動文件，選擇輸入模式，然后將線路中直線河曲線的控制點資料分類輸入。例如，輸入曲線信息就包括了：起點坐標(biāo)、終點坐標(biāo)、半徑和左偏。
2、現(xiàn)場工作
（1）選取基準(zhǔn)站。基站點的選取要選擇開闊、方便安裝設(shè)備的較高位置上，保證觀測工作能夠順利進行，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，周圍盡量避免有障礙物，同時為了防止電磁場的干擾，還要減少大面積積水或是干擾信號。
�。�2）基準(zhǔn)站的操作。放置好GPS接收機，將之與手簿和電臺等設(shè)備連接起來，打開手簿，按照要求設(shè)置有關(guān)參數(shù)，返回測量界面，啟動基準(zhǔn)站的接收機，再輸入基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，就可以完成操作了。
�。�3）流動站的操作。流動站的接收機和天線以及手簿連接好后，正常啟動RTK測量，設(shè)定好參數(shù)后，就能正常進行測量了。
�。�4）點校正。將測得的已知點的坐標(biāo)利用原有的數(shù)據(jù)進行校正，數(shù)目要大于等于三個。測量中我們可以采用自動校正模式，即將流動站放在已知點，測出測量值后直接就可以校正了。
�。�5）中線測設(shè)。采用RTK技術(shù)進行中線測設(shè)，利用的是該技術(shù)能夠測設(shè)兩點直線和直線與曲線的里程放樣以及坐標(biāo)放樣功能，里程間距要設(shè)定為25米進行放樣。根據(jù)RTK流動站的儀器提示移動接收機到達理論點位，測出放樣電的坐標(biāo)，記錄到手簿中。
�。�6）數(shù)據(jù)輸出。將手簿與計算機連接起來，輸出測得的數(shù)據(jù)，然后進行整理，打印出成果，并比較理論值和實際值的差別，若是差別過大應(yīng)及時調(diào)整施工方案。RTK技術(shù)的應(yīng)用令道路實地勘測工作方便了很多，通過電子地圖的運用也能有效解決特殊工點的需要了。除了線路測量以外還能在其他方面應(yīng)用，例如地形圖中的控制測量、房地產(chǎn)測量中的控制測量等，能夠有效節(jié)約人力物力。
七、工作基點的布置埋設(shè)
該項目監(jiān)測點分為工作基點、校核基點和監(jiān)測點三類。采用假設(shè)坐標(biāo)系法，其基準(zhǔn)點的埋設(shè)需在基坑周圍較穩(wěn)定的區(qū)域完成，基準(zhǔn)點個數(shù)不應(yīng)少于 3 個。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，該平面控制點布設(shè) 9個，編號為 SP01 ～ SP09。其中 SP01 ～ SP06 為校核基準(zhǔn)點，SP07 ～ SP09 為工作基點。控制區(qū)域為整個測區(qū)，為使測角、測距誤差在橫縱坐標(biāo)上均勻分布，監(jiān)測點網(wǎng)形為閉合導(dǎo)線網(wǎng)，引側(cè)外方向確立為施工用平面控制網(wǎng)。點位設(shè)置地點必須確保安全、穩(wěn)定，常用的方法是在地面埋設(shè)頂上刻畫“+ ”字形的鋼釘點。
1、基準(zhǔn)點的觀測及工作基點的穩(wěn)定性檢查
儀器設(shè)備選用，工作基點測量采用徠卡 TS30 全站儀，其標(biāo)稱精度為測距 1 mm +1 ppm，測角 0. 5″。
2、控制精度的要求
平面控制網(wǎng)采用二級城市導(dǎo)線，其精度按照測量二級導(dǎo)線精度控制指標(biāo)執(zhí)行，具體為： 測角中誤差 ± 2"，點位中誤差 ±1 mm，邊長中誤差 1/1 000 mm。為了達到上述精度要求，監(jiān)測過程中原則上應(yīng)固定觀測人員及儀器，且必須保證每次測量成果嚴格平差。
3、假設(shè)坐標(biāo)系統(tǒng)的建立
以 SP05，SP06，SP07，SP08 為基準(zhǔn)點確定觀測基準(zhǔn)線，根據(jù)現(xiàn)場情況確定一基準(zhǔn)點為測站點。
4、基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性檢查
對基準(zhǔn)點初次觀測時，應(yīng)在確保基準(zhǔn)點布設(shè)完成且相對穩(wěn)定之后進行。在 SP07 點設(shè)站，SP03 點做后視并置零。具體步驟為： 首先，將全站儀照準(zhǔn) SP08 測得一組角度值； 然后順時針旋轉(zhuǎn)倒鏡照準(zhǔn) SP08； 再按逆時針旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn) SP03 點，又測得一組角度值。觀測完一個測回后，再次正鏡照準(zhǔn) SP03 并將角度盤值置為 60°，按同樣的方法完成一測回； 最后，把度盤讀數(shù)置為 120 完成一測回。平差這 3 個測回讀數(shù)求出 δSP07SP08，并以其讀數(shù)作為角度檢查的一個依據(jù)。照準(zhǔn)固定建構(gòu)物的某部分，通過測量記錄下方向值，作為檢查該基準(zhǔn)點的參考方向。分別對這 3 條基準(zhǔn)邊進行至少 3 測回的觀測，記錄下初始觀測的各邊長�？梢苑謩e在 SP07，SP03，SP08 設(shè)站測得各邊角值，使之構(gòu)成基準(zhǔn)網(wǎng)，通過每次檢查邊角的讀數(shù)來檢驗基準(zhǔn)邊的穩(wěn)定性，并可求出網(wǎng)型參數(shù)，以此來保證每次數(shù)據(jù)的真實可靠。
八、結(jié)束語
綜上所述，在深基坑測量的過程中我們要運用不同的技術(shù)和手段來提高變形測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
參考文獻
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