基坑施工变形监测数据处理系统的设计
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１４ 铁道勘察 ２００８年第２期 基坑施工变形监测数据处理系统的设计 张银虎 孙伟玲 张金龙 （１．中铁工程设计咨询集团有限公司，北京１０００２０；２．中咨设计顾问有限公司，北京 １０００７０）
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｏｔｉｎｇ Ｇｒｏｏｖｅ
Ｚｈａｎｇ Ｙｉｎｈｕ Ｓｕｎ Ｗｅｉｌｉｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｊｉｎｌｏｎｇ 摘 要基坑施工变形监测项目多，观测数据量大。为了准确有效地进行数据处理和分析，及时掌 握基坑结构的变化情况，对基坑安全进行预报，建立一个基坑变形监测数据处理系统是十分必要的。结 合实际工程经验，论述了基坑施工变形监测数据处理系统的需求分析、结构设计、功能、特点等。
１ 概述 关键词基坑变形监测数据处理 系统
为了准确地掌握基坑特别是深基坑工程在施工过 程中的变形情况，需从基坑主体结构、围护结构、地下 水位和相邻环境四个方面对基坑进行全面的变形监 测。对于一般的基坑工程，施工变形监测的项目一般 包括基坑围护桩体水平位移监测、基坑围护桩顶水平 位移监测、基坑围护桩顶垂直位移监测、基坑外侧地表 沉降监测、基坑外侧土体水平位移监测、基坑外侧土体 分层沉降监测、基坑外侧深层水位监测、钢支撑轴力监 测、钢腰梁应力监测、立柱隆沉监测、基底回弹监测、基 坑底板沉降监测，以及相邻建筑物的沉降、倾斜、裂缝 监测和相邻地下管线位移监测等。 在基坑施工过程中，为了及时准确地测量基坑结 构和周围构筑物的状态，需要对每个监测项目进行周 期性观测。基坑施工之前，按一定密度布设监测点，并 进行初始周期的数据采集，建立监测点初始数据库。 基坑施工工作开展之后，按照一定的监测频率进行数 据采集和基坑状态分析。当基坑开挖到一定深度或者 基坑状态不稳定时，需要将监测频率提高，一般一天采 集一次监测数据，特殊情况下一天需多次采集数据。 根据工程变形监测的精度要求，对采集的观测数据进 行处理，以一定的变形分析模型为基础，分析基坑的变 形量、变形因素并对变化趋势进行预报。
收稿日期：２００８—０２—１４ 第一作者简介：张银虎（１９８１一），男，２００３年毕业于西南交通大学测绘 工程系，助理工程师。
在基坑变形监测过程中，监测项目多，监测数据量 大，数据采集后需要对监测数据及时地进行计算处理， 综合分析基坑的状态和变化趋势，发现并消除安全隐 患。同时，在计算变形和位移数据后，还需要对所有的 观测数据及分析数据进行安全有效的保存和管理，以 便于后期数据的查询和分析。传统监测数据的处理主 要由人工完成，监测报表用ｗｏｒｄ或Ｅｘｃｅｌ手工制作， 以简单的文档进行数据保存。监测数据处理效率低， 数据成果反馈不及时，不利于监测数据的分析和监测 预报，影响工程决策。同时，由于监测数据缺乏数据库 支持，数据查询和分析速度慢，查询和分析成果可视化 程度差，不直观。在这种情况下，为满足越来越多的大 型基坑工程监测的需要，建立一个基坑施工变形监测 数据处理系统是十分必要的。
２ 系统的结构和功能 针对基坑变形监测的特点，监测数据处理系统主 要分为监测数据管理、数据处理、数据查询分析以及成 果输出四个模块，系统结构如图１所示。 ２．１数据管理模块 监测数据管理采用工程化管理方法，针对每个监 测工程，建立不同的数据文件。数据和信息均以数据 库形式进行存储，按监测点名、监测周期建立数据索 引。在对监测数据进行计算、查询或分析时，统一从数 据库文件中调用数据。同时，所有的数据和信息文件 都可以进行实时地修改和更新。 （１）工程信息
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工程信息为监测项目的基本属性文件，主要包括 监测工程名称、工程地址、监测单位等工程基本概况。 （２）监测控制标准 监测控制标准文件包括监测项目的变形限值和警 戒值，是监测工程的基准文件。监测变形限值和警戒 值是控制监测指标是否超限的一个重要标准，对于保 证环境稳定及结构安全极为重要。根据工程项目的技 术设计要求和监测设计方案，输入每个新建监测工程 的变形警戒值和限值。 在监测数据处理时，输入观测数据，系统会实时将 观测数据与控制标准进行比对，当监测项目超过其警 戒值时，在监测数据表中进行红色标记报警。一旦出 现报警信息，应及时通知施工单位采取停止开挖、原位 回填、加固等应急措施，控制其变形发展。同时结合监 测数据分析原因，必要时调整施工及支护方案，直至基 坑变形速率下降至安全状态后方可进行下一步施工。 （３）监测数据输入 在本模块中可以进行监测点属性数据、监测基点 数据、监测点初始数据和监测点观测数据的输入和 修改。 ①监测点属性数据 监测点属性数据主要是对监测点布设情况进行 描述。 对于围护桩体水平位移监测点、基坑外侧土体水 平位移监测点、基坑￣＇Ｉ－Ｎ土体分层沉降监测点、基坑外 侧深层水位监测点和基底回弹监测点，主要是采用深 埋ＰＶＣ塑料管的布点方法，其属性数据采用表１的数 据结构。对于基坑外侧地表沉降监测点、基坑围护桩 顶水平位移监测点、基坑围护桩顶垂直位移监测点、立 柱隆沉监测点、基坑底板沉降监测点，相邻建筑物的沉 降、倾斜，裂缝监测点和相邻地下管线位移监测点，主 要是采用地表埋标的布点方法，其属性数据采用表２ 的数据结构。对于钢支撑轴力监测点和钢腰梁应力监 测点，采用在钢支撑及钢腰梁结构上焊接轴力计和应 变计的布点方法，其监测点属性数据结构宜用表３、表 ４格式的数据结构。 表１监测点属性数据结构ｆ一） （监测项目名称）属性数据 对应围护 设计深度 实际深度 监测点号 里程 布设日期 备注 桩号 ／ｍ ／ｍ 衷２监测点属性数据结构（二） （监测项目名称）属性数据 对应围护 相对基坑位嚣／ｍ 监测点号 里程 布设日期 备注 桩号 Ｎ侧 Ｓ侧 Ｅ侧 ｗ侧 表３监测点属性数据结构（三） 钢支撑轴力监测点属性数据 监测 里程 设计轴力 测线长度 标定 量程 点号 ／ｋＮ 仪器号 ，０ 备注 ／ｍ 系数Ｋ ／ｋＮ 表４监测点属性数据结构（四） 钢腰梁应力监测点属性数据 ②监测基点数据 基坑变形监测时，需要在远离基坑的地方布设一 定数量的监测基点（又称参考点）。监测基点一般包 括平面基点和高程基点，其作用是为测定基坑变形体 上监测点的绝对位移提供参考系，一般要布设在远离 基坑变形体的稳定地层或基岩上。监测基点需要布设 多个构成监测基点网，并定期进行复测检核，以便发现 受某种原因而发生位移变化的基点，进而及时地进行 监测基点数据的更新。 在监测工作开始之前，布设并测量监测基点网，将 监测基点成果数据输入到系统数据库。在监测过程 中，监测基点数据可以进行实时地输入和更新。 监测基点数据结构为： 监测基点点号测设日期坐标或高程点之记
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维普资讯 http://www.cqvip.com １６ 铁道勘察 ２００８年第２期 更新记录备注 ③监测点初始数据 监测初始数据是监测数据分析的基础数据。监测 点布设完成后，需要进行初始周期数据的采集和处理， 建立监测点的初始数据库。在监测过程中，监测点初 始数据可以进行实时输人和更新。 监测点初始数据结构为： 监测点点号测设日期监测周期初始数据 更新记录备注 ④监测点观测数据 根据监测方案，在基坑施工开始之后，按照一定的 监测频率对监测点进行周期性的数据采集。监测点观 测数据项目多，数据量大，数据管理和保存尤为重要。 对所有监测项目的观测数据，利用本模块可以进行实 时输人和修改。监测点观测数据的数据结构如表５所 示。另外，围护桩体水平位移监测点和基坑外侧土体 水平位移监测点采用测斜仪进行观测数据采集，其观 测数据结构宜采用表６的数据结构形式。 表５监测点观测数据结构（一） （监测项目）监测点观测数据 表６监测点观测数据结构（二） （监测项目）监测点观测数据 监测周期 监测点点号 观测日期 测孑Ｌ编号 测孑Ｌ深度 本次累计位移 备注 （监测点点号） （４）监测日志 监测日志采用文档形式进行编辑，用于记录基坑 监测过程中的一些工作信息，如基坑开挖深度、基坑降 水情况等工程施工概况，以及监测点布设进度、监测报 警信息等工程监测概况，进而为监测数据分析提供一 定的信息支持。 ２．２数据处理模块 基坑施工变形监测一般采用全站仪、水准仪、测斜 仪、频率接收仪、电测水位仪、分层沉降仪等测量仪器 进行监测点观测数据的采集。本模块可以进行边角网 数据、水准网数据、测斜数据，以及频率接收仪、电测水 位仪、分层沉降仪数据的处理。 （１）边角网数据计算模块 边角网数据计算可以进行全站仪导线网、边角网 的数据处理和平差以及监测数据人库。系统设计有常 规测量仪器的数据转换接口，可以直接将观测数据导 人。选择导线网或边角网观测模式，设定数据处理限 差，进行观测数据检查。数据检查合格后，从系统数据 库中调用监测基点文件，进行数据处理和网平差计算， 得到每个监测点的坐标成果。根据监测点点名进行数 据的分类，按监测项目将监测点观测数据保存到数据 库中。 （２）水准网数据计算模块 水准网数据计算模块可以进行水准网观测数据的 检查、平差计算以及监测数据人库。设置水准网限差， 将原始数据导人后进行数据检查和网平差计算，得到 监测点的高程值，并按监测项目进行数据分类保存到 监测数据库中。其中，土体分层沉降监测点和深层水 位监测点得到的是孔口高程，按“监测周期、监测点点 号、观测日期、孔口高程、备注”的数据结构进行数据 存储，以便进行下一步的数据计算。 （３）测斜数据计算模块 围护桩体水平位移监测点和基坑外侧土体水平位 移监测点采用测斜仪进行数据采集。利用测斜仪随机 软件导出原始观测数据，以表７的数据格式导人到系 统中，进行数据处理计算。
表７测斜原始观测数据 监测周期 监测点点号 观测日期 测孑Ｌ编号 测孑Ｌ深度 Ｕ＋ Ｕ一 备注
（监测点点号）
（４）频率水位和分层模块 在本模块下，可以进行频率仪观测数据、水位仪观 测数据和分层沉降仪观测数据的处理和数据入库。频 率仪主要用于钢支撑轴力、钢腰梁应力的数据采集，水 位仪和分层沉降仪用于深层水位监测点和土体分层沉 降监测点的数据采集。 ２．３数据查询与分析 （１）监测数据查询 通过调用监测数据库文件，可以进行以下几种数 据查询和比较，查询结果可以选择性地存储到数据 库中。 ①监测点观测数据查询； ②监测点累计变化量数据查询；
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