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摘要：随着大直径盾构隧道的不断增多，盾构始发和接收端深大基坑工程逐渐增多，深大基坑在施工过程中往往含有许多不确定因素，尤其是在城市内施工的深大基坑，对周围环境、附近建筑物、地下设施变形要求严格，因此必须对深基坑进行变形监测，以保证深基坑施工的安全和质量，本文以扬州瘦西湖隧道工程深基坑监测技术为例，对深基坑监测技术进行阐述。
关键词：深大基坑；基坑变形监测
Deep foundation support construction monitoring technology
Kong Yuqing
Abstract: With the increasing of large diameter shield tunnel, shield launching and receiving end of deep foundation pit engineering is gradually increasing, deep foundation pit during the construction process often contain many uncertain factors, especially in the city of construction of deep foundation pit, on the surrounding environment, nearby buildings, underground facilities deformation of strict, so it must be on the deep foundation pit of deformation monitoring of deep foundation pit, in order to ensure the construction safety and quality, this paper takes Yangzhou Slender West Lake tunnel deep foundation pit monitoring technology as an example, on the deep foundation pit monitoring technology is analyzed.
Key word：Deep foundation pit；Deformation monitoring
基坑监测是深基坑变形监测的主要手段，主要通过对围护结构及周边环境的监测，为工程建设风险管理提供支持，通过监测工作、安全巡视和监测管理服务工作，较全面地掌握各工点的施工安全控制程度，为风险管理提供基础数据，对施工过程实施全面监控和有效控制管理；提供精确的监测数据和相关分析资料，为处理风险事物和工程安全事故防范提供重要参考依据；积累资料和经验，为今后的同类工程设计提供类比依据。
第一章监测目的、范围及测点的布设
一、监测目的
对基坑围护体系和周围环境的变形及应力应变情况进行监控，为工程动态化设计和信息化施工提供所需的数据，从而使工程处于受控状态，确保基坑及周边环境的安全。
二、监测范围及内容
根据本工程监测技术要求和现场施工具体情况，本监测方案工程按以下要求进行：
1、以该工程基坑施工区域周围2倍基坑开挖深度范围内地下管线、周边土体和基坑围护结构本身作为本工程监测及保护的对象。
2、基坑周边2倍開挖深度范围内的土体地面沉降比较明显地反映出基坑围护结构的变形情况和周边环境受基坑影响变形趋势，故环基坑周围垂直基坑走向要布设若干组地表沉降监测断面。
3、设置的监测内容和监测点必须满足本工程设计和符合有关规范规程的要求，并能全面反映本工程施工过程中周围环境和基坑围护体系的变化情况。
4、监测过程中，采用的监测方法、监测仪器及监测频率符合设计和规范要求，能及时、准确地提供数据，满足信息化施工的要求。
5、监测数据的整理和提交满足现场施工的要求。
以基坑围护施工和开挖施工为监测工作的重点阶段，应根据施工工况，适当加密监测频率。根据相关规范及设计的要求，本次监测设置如下内容：
（1）巡视观察。
（2）基坑围护结构体系监测：a、围护墙（桩）顶水平位移及沉降监测；b、围护墙（桩）变形监测；c、钢支撑轴力监测；d、混凝土支撑轴力监测；e、基坑外水位监测；f、围护墙（桩）内力监测；g、土压力监测；h、孔隙水压力监测；i、底部隆起。
（3）周边环境监测:a、周边地表的沉降监测；b、周边建筑物沉降及变形监测；c、周边管线沉降监测。
三、监测方法、数据处理及测点的布设
1、监测控制网的布设
监测控制网主要用于围护墙顶的位移、基坑周边地表沉降、地下水位、围护墙体变形等方面的监测。监测控制网分两部分：
（1）平面控制网：用于各水平位移监测项目平面控制基准，由基准点与基点构成。平面控制基准点计划布设7个，编号为P1～P7，控制区域为整个监测区，为使测距、测角误差在横、纵坐标上均匀分布，网形为闭合导线网，建立独立坐标系。点位设在稳定、安全的地方，若现场有条件则设置强制对中观测墩。平面控制网按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等水平位移监测网技术要求观测。
（2）水准控制网： 用于各垂直位移监测项目（即沉降监测）的高程控制基准。水准控制点计划布设7个，编号为S1～S7。基准网观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）二等垂直位移监测网技术要求观测，根据《工程测量规范》（GB50026-2007）10.1.5节，监测基准网在建网初期每个月复测一次，三个月后每半年复测一次，当对变形监测结果发生怀疑时，随时检核基准网。控制点具体布设情况将在进场后根据现场条件进行布设。控制点采用深埋标石的方式进行埋设。
2、桩（墙）顶沉降监测
（1）观测方法及技术要求。桩顶沉降采用水准测量方法，使用拓普康DL-502电子水准仪（精度0.4mm/km）进行观测，该电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件。
监测点的观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等变形监测水准测量技术要求观测，观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。
（2）数据分析与处理。观测记录采用电子水准仪自带记录程序进行，观测完成后形成原始电子观测文件，通过数据传输处理软件传输至计算机，检查合格后使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点相对高程值。通过变形观测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。
（3）测点的埋设及布置。测点按监测设计图纸布点位置在基坑四周围护结构桩（墙）顶上设置，布置的原则为：测点应尽量布设在基坑圈梁、围护墙或地下连续墙的顶部等较为固定的地方，以设置方便，不易损坏，且能真实反映基坑围护结构桩（墙）顶部的变形为原则。
3、桩（墙）顶水平位移监测
（1）观测方法及技术要求。由于本工程基坑为超长基坑，因此围护桩（墙）顶水平位移采用分级分段独立监测，即选用部分监测点为工作基点，通过工作基点将基坑分为长度约60米至150米的区段，然后工作基点和各区段分级独立监测。
区段内的各监测点的监测，以工作基点为基准采用视准线小角法观测，使用全站仪或经纬仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度，从而得到前后两次的角度变化量，并按下式计算偏离值：
其中：Lp位移变化量；ap为角度变化量（"）；Sp为测点距监测基点的距离（mm）；ρ为角度常数（206265）。
图1-1 小角度法监测示意图
（2）数据分析及处理。采用分级监测情况下，各区段内的监测点最终变化量为相对于工作基点的变化量加上工作基点相对于控制点的变化量。
（3）测点的埋设及布置。桩顶水平位移监测点布置原则同桩顶沉降监测埋设原则，测点采用反光板进行照准。
4、围护墙变形监测
（1）观测方法及技术要求。监测仪器采用CX－3C型测斜仪以及配套PVC测斜管，监测精度可达到±0.01mm/500mm，探头抗震性达到50000g。
观测方法如下：a、用模拟测头检查测斜管导槽；b、使测斜仪测读器处于工作状态，将测头导轮插入测斜管垂直于基坑边的导槽内，从管口开始缓慢地下放至管底，同时每隔1.0m读一次数据，记录测点深度和读数。测读完毕后，拉上测斜仪，将测头旋转180°插入同一对导槽内，以上述方法再测一次，测点深度同第一次。
观测及数据采集技术要求如下：a、初始值测定。测斜管应在测试前5天装设完毕，在3～5天内用测斜仪对同一测斜管作3次重复测量，判明处于稳定状态后，以3次测量的算术平均值作为侧向位移计算的基准值；b、观测技术要求。测斜探头放入测斜管内应等候5分钟，以便探头适应管内温度，观测时应注意仪器探头和电缆线的密封性，以防探头数据传输部分进水。测斜观测时每1.0m标记，一定要卡在相同位置，每次读数一定要等候电压值稳定才能读数，确保读数准确性。
（2）数据处理及分析。测斜仪量测时，在竖向的各测点之间为成n个测段，每个测段的长度li（ li =1000mm）,在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi, 通过计算可得到这一区段的变位△i：
计算公式为：
某一深度的水平变位值δi可通过区段变位△i的累计得出，即：
设初次测量的变位结果为δi(0),则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值△xi即为：
相对初次测量时总的位移值为：
图1-2 测斜仪量测原理图
（3）测点埋设与布置。测斜管在基坑开挖1周前埋设，埋设时要符合下列要求：a、埋设前检查测斜管质量，测斜管连接时保证上、下管段的导槽相互对准顺畅，接头处密封处理，并注意保证管口、管底的封盖；b、测斜管长度与围护桩（墙）深度一致或不小于所监测土层的深度；c、埋设时测斜管保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。
5、围护桩（墙）钢筋内力监测
（1）监测方法。采用钢筋混凝土材料制作的围护桩（墙），其内力通常是通过测定构件受力钢筋的应力或混凝土的应变、然后根据钢筋与混凝土共同作用、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器（钢筋计）测定。本次监测采用GJJ型振弦式传感器及XP02振弦式频率读数仪进行数据采集。
（2）数据分析与处理。计算围护墙弯矩时，结构一侧受拉，一侧受压，相应的钢筋计一只受拉，另一只受压；测轴力时，两只钢筋计均轴向受拉或受压。由标定的钢筋应变值得出应力值，再核算成整个混凝土结构所受的弯矩或轴力：
弯矩：
軸力：
式中： 为弯矩（t•m/m）； 为轴力（t）； 、 为开挖面、背面钢筋计应力（kg/cm2）；
为结构断面惯性矩（cm4）； 为开挖面、背面钢筋计之间的中心距离（cm）； 、 为上、下端钢筋计应变（ ）； 为钢筋计标定系数（kg/ ）；、 为混凝土结构的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）；、 为钢筋计的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）。
（3）测点的安装与布置。围护墙内力监测点布置的原则为：测点应布置在受力、变形较大且有代表性的部位，竖直方向监测点应布置在弯矩较大处。
6、支撑轴力监测
支撑轴力的监测目的在于及时掌握基坑施工过程中，支撑的内力变化情况。当内力超出设计最大值时，及时采取有效措施，以避免支撑因为内力过大，超过材料的极限强度而导致破坏，引起局部支护失稳。
（1）观测方法及技术要求。钢支撑轴力监测采用FLJ型各种规格的轴力计，采用XP02振弦式频率读数仪进行读数，监测精度达到1.0%F•S，并记录温度；混凝土支撑轴力监测采用主筋绑扎GJJ型钢筋计，同样XP02振弦式频率读数仪采集，然后通过计算得出混凝土支撑的轴力。
（2）数据处理及分析。钢支撑轴力计的工作原理是：当轴力计受轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变了钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化，即可测出所受作用力的大小。一般计算公式如下：
式中： 为监测支撑轴力，单位（kN）;为轴力计标定常数,单位（kN/ ）；为轴力计监测自振频率，单位（Hz）； 为轴力计初始自振频率，单位（Hz）。
混凝土支撑轴力是通过测定构件受力钢筋的应力，然后根据钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器测定。当传感器外壳钢管受轴力作用后，引起钢弦张力变化，从而改变其自振频率，由频率仪测得钢弦频率变化，通过标定曲线即可计算得到钢筋所受应力的大小。钢筋混凝土支撑轴力的大小可以根据钢筋与混凝土的变形协调假定求算，计算公式如下：
式中：Pc——支撑轴力，单位kN;Ec,Et——混凝土和钢筋的弹性模量，单位MPa；δt——测得的钢筋应力，单位MPa；A，At——支撑截面面积和钢筋截面面积，单位0.1cm2。
（3）测点安装及布置。支撑轴力监测点的布置原则为：监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起关键作用的杆件上；钢支撑的监测截面根据测试仪器宜布置在支撑长度的1/3部位或支撑的端头；钢筋混凝土支撑的监测截面宜布置在支撑长度的1/3部位。
7、侧向土压力监测
地下水土压力是直接作用在支护体系上的荷载，是支护结构的设计依据，现场量测能够真实地反映各种因素对水土压力的综合影响，因此在工程界都很重视现场量测数据的收集和分析。
（1）监测仪器及方法。土压力采用土压力仪进行监测，本次监测采用振弦式土压力仪，土压力仪的一侧有一个与土相接触的面，该面受力时引起钢弦振动，通过钢弦振动频率的变化即可测出土压力的大小。接触面敏感程度较高，可感应土压力的细小变化。
（2）数据分析与处理。采用振弦式土压力仪监测土压力，土压力计算公式为：
式中： 为监测土压力，单位（kn）; 为土压力仪标定常数,单位（kn/ ）； 为土压力仪监测自振频率，单位（Hz）； 为土压力仪初始自振频率，单位（Hz）。
（3）测点的埋设与布置。围护桩（墙）侧向土压力监测点的布置应符合下列要求：a、监测点应布置在受力、土质条件变化较大或有代表性的部位；b、平面布置上基坑每边不宜少于2个测点。在竖向布置上，测点间距宜为2～5m，测点下部宜密；c、当按土层分布情况布设时，每层应至少布设1个测点，且布置在各层土的中部；d、土压力盒应紧贴围护墙布置，宜预设在围护墙的迎土面一侧。
本次监测土压力计采用在墙后或桩后钻孔、沉放和回填的方式。
8、孔隙水压力监测
（1）监测方法。水压力采用振弦式孔隙水压力计进行观测，其构造和工作原理与土压力仪相似，土体中的水压力传到薄板弹性元件上，弹性元件的变形引起钢弦张力的变化，从而根据钢弦频率的变化测得孔隙水压力值。
（2）数据分析与处理。采用振弦式孔隙水压力仪监测水压力，水压力计算公式为：
式中： 为监测水压力，单位（kN）; 为孔隙水压力仪标定常数,单位（kN/ ）； 为孔隙水压力仪监测自振频率，单位（Hz）； 为孔隙水压力仪初始自振频率，单位（Hz）。
（3）测点埋设与布置。孔隙水压力监测点宜布置在基坑受力、变形较大或有代表性的部位。监测点竖向布置宜在水压力变化影响深度范围内按土层分布情况布设，监测点竖向间距一般为2～5m，并不宜少于3个。
9、地下水位监测
基坑施工前有时需要人工降低地下水位，在天然水面和人工水面之间，排水会引起土体的孔隙水压力消散，有效应力增加，从而造成土体压缩，产生沉降；同时，人工水面以下，土层有效应力也会因水位变化而增加，引起土体沉降，这将引起周围一定范围内的地面下沉，甚至造成邻域内建筑物或构筑物的破坏。因此，地下水位变化是基坑施工过程中必须严密监测的一个关键性参数。
（1）监测方法及技术要求。地下水位观测设备采用SWJ-20型钢尺水位计，观测精度为5mm，其工作原理如下图所示为：水为导体，当测头接触到地下水时，报警器发出报警信号，此时读取与测头连接的标尺刻度，此读数为水位与固定测定的垂直距离，再通过固定测点的标高及与地面的相对位置换算成从地面算起的水位埋深及水位标高。
根据管顶高程、管顶与地面的高差，即可计算地下水位的高程和埋深。观测时对每个测孔连续进行独立3次观测，成果取均值。
（2）数据处理及分析。每次观测结束后，将观测数据和地面观测的孔口高程输入计算机进行统计整理，计算地下水位。水位观测成果报告中将包括以下内容：a、绘制地下水位与时程的关系曲线；b、提供观测点的位置、编号及观测时间等相关数据。
（3）测点的埋设与布置。地下水位监测孔主要布设在水位埋深较小、水位变化较大、地质条件相对复杂、结构沉降较大等部位，根据具体情况每个断面设置1组水位观测孔，每组对称2个观测孔，观测孔距离围护结构一般不小于10m，观测孔的位置都是选在便于长期保存和观测位置。
水位监测孔埋设采用钻机成孔，成孔后，将连接好水位观测管和滤管插入孔内，然后在孔壁与水位管之间填砂，管口处用粘土球或粘土封填。
10、地表沉降监测
地表沉降是基坑监测施工最基本监测项目，它最直接地反映基坑周边土体的变化情况。
（1）观测方法及数据采集。地表沉降观测采用水准测量方法，使用拓普康DL-502电子水准仪进行观测。数据观测技术要求为：监测点观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等变形监测水准测量技术要求观测，其技术要求及观测注意事项与桩（墙）顶沉降监测要求一致。
（2）数据处理及分析。数据处理及分析与桩（墙）顶沉降监测分析相同。
（3）测点布置原则。测点按设计图纸设计布点位置在受施工影响的地表设置，布置的基本原则为：基坑周边地表竖向沉降监测点的布置范围为基坑深度的1～3倍，监测剖面设在坑边中部或其他有代表性的部位，并与坑边垂直，监测剖面数量按照设计图纸执行。
（4）测点埋设及技术要求。基准点与工作基点与桩顶沉降监测共用，地表沉降监测测点应埋设平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清晰标记，方便保存。
11、坑底隆起监测
（1）观测方法及数据采集。坑底隆起观测采用收敛计量测开挖面至该断面混凝土支撑之间的距离变化，来计算该层土体开挖的隆起量。
每次测量时取下测杆保护帽，将收敛计用销子连接于基线两端的测杆上，张紧钢尺读数，重复三次度数应在±0.5mm内。
初次测量在钢尺上选择适当孔位，将钢尺套在尺架的固定螺杆上，孔位的选择应能使得钢尺张紧时能与数显仪顶端接触且读书在0～25mm范围内。拧紧钢尺压紧尺帽，并记下钢尺孔位读数。
再次测量，按前次钢尺孔位，将钢尺套在支架上固定螺杆上，按照上述相同的程序操作，得到测量值Rn 。按照下式计算变化值：
Un=Rn-R0
其中:Un为第n次测量的变化值；Rn为第n次测量时的读数；R0为初始测量值。
当测量的时间间隔比较大时换孔前不能测读时按照下式计算：
Uk=Rk-R0 +A0-Ak
其中：A0为钢尺初始孔位；Ak第k次测量时钢尺孔位。
（2）数据处理及分析。通过测得坑底相对于混凝土支撑的相对变化，在默认混凝土支撑与围护桩（墙）竖向变化一直的情况下，根据桩顶高程的变化量可以计算得坑底高程的变化量，即坑底隆起量。
（3）测点布置与埋设。坑底隆起监测点的布置安装设计图纸进行。混凝土上的测点采用钻孔埋设的方式，即在混凝土支撑下方使用电钻打孔，植入收敛钩，使用锚固剂固定；在基坑底部，在某层土体开挖后，土体设置固定墩，同样向上安装收敛钩。固定墩使用套筒进行保护，若测点被破坏，我方及时维修补点，及时观测，将本次变化量与上次累计变化量进行累加，以保证数据的连续性。
12、建筑物沉降观测
（1）观测方法及技术要求。建筑物沉降观测方法采用精密水准测量，技术要求同3.2.2要求。
（2）监测点的布设。本次监测区域内，苏果超市北侧建筑以及公交公司南侧建筑（甲方、监理办公室）为重点监测对象。测点标志采用将符合国家规范要求的隐蔽式沉降标，该沉降标长12cm，直径25mm，为正六棱形，标身有三道固定槽，在墙体打钻后，植入沉降标，采用粘结砂浆进行封闭，以保证牢固。观测标在非测量状态下，凸出墙面5mm以内，不影响房屋美观及使用。
（3）观测数据的分析。通过计算得到每幢别墅观测点的高程，然后计算分析其观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、沉降速率、斜率等；建筑物倾斜按下式计算：
式中： 为建筑物倾角，单位（°）；b为建筑物宽度，单位（m）； 为建筑物的差异沉降，单位（m）。
图1-3 建筑物倾斜计算示意图
四、现场巡视观察
经验表明，基坑工程每天进行巡视观察是不可或缺的，与其他监测技术同等重要。巡视内容包括支护桩墙、支撑梁、冠梁、腰梁结构及邻近地面、道路、建筑物的裂缝、沉陷发生和发展情况。
第二章监测技术要求
一、技术要求
（1）本工程应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。
（2）监测仪器的选型，要考虑最大可能需要的量程并根据基坑工程只在地下施工期内使用的性质选用满足安全监测要求、合适的仪器。
（3）仪器安装埋设前要进行检验和率定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。
（4）仪器埋设时，核定传感器的位置是否正确，埋设是否符合技术要求。
（5）所有监测点安装埋设完成后，及时绘制监测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测点被破坏。
（6）监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。监測数据未达到报警值期间，应向施工单位每周提交一次书面监测结果（包括每天的监测数据及周报），监测材料上应注明对应的施工工况及平面分布图等施工信息，便于相关各方分析监测结果所反映的情况。
（7）监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。
（8）对原始数据要进行分析，去伪存真后方可进行计算，并绘制观测读数与时间、深度及开挖过程曲线，按施工阶段提出简报。监测工作贯穿基坑工程始终，待全部资料备齐后，应提供完成电子版监测数据、监测时程曲线图及监测报告。
结束语
本文以瘦西湖隧道工程为例详细阐述了深基坑监测中各监测项目的技术方法，对深大基坑施工监测具有很强的指导意义。
参考文献
1、《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009
2、《工程测量规范》GB50026～2007
3、《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99
4、《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
5、《国家一、二等水准测量规范》GB12897-1991
6、《岩土工程勘察规范》GB 50021 2001
作者简介：
孔玉清 （1979.8—） 男本科学士工程师
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：深大基坑；基坑变形监测
Deep foundation support construction monitoring technology
Kong Yuqing
Abstract: With the increasing of large diameter shield tunnel, shield launching and receiving end of deep foundation pit engineering is gradually increasing, deep foundation pit during the construction process often contain many uncertain factors, especially in the city of construction of deep foundation pit, on the surrounding environment, nearby buildings, underground facilities deformation of strict, so it must be on the deep foundation pit of deformation monitoring of deep foundation pit, in order to ensure the construction safety and quality, this paper takes Yangzhou Slender West Lake tunnel deep foundation pit monitoring technology as an example, on the deep foundation pit monitoring technology is analyzed.
Key word：Deep foundation pit；Deformation monitoring
基坑监测是深基坑变形监测的主要手段，主要通过对围护结构及周边环境的监测，为工程建设风险管理提供支持，通过监测工作、安全巡视和监测管理服务工作，较全面地掌握各工点的施工安全控制程度，为风险管理提供基础数据，对施工过程实施全面监控和有效控制管理；提供精确的监测数据和相关分析资料，为处理风险事物和工程安全事故防范提供重要参考依据；积累资料和经验，为今后的同类工程设计提供类比依据。
第一章监测目的、范围及测点的布设
一、监测目的
对基坑围护体系和周围环境的变形及应力应变情况进行监控，为工程动态化设计和信息化施工提供所需的数据，从而使工程处于受控状态，确保基坑及周边环境的安全。
二、监测范围及内容
根据本工程监测技术要求和现场施工具体情况，本监测方案工程按以下要求进行：
1、以该工程基坑施工区域周围2倍基坑开挖深度范围内地下管线、周边土体和基坑围护结构本身作为本工程监测及保护的对象。
2、基坑周边2倍開挖深度范围内的土体地面沉降比较明显地反映出基坑围护结构的变形情况和周边环境受基坑影响变形趋势，故环基坑周围垂直基坑走向要布设若干组地表沉降监测断面。
3、设置的监测内容和监测点必须满足本工程设计和符合有关规范规程的要求，并能全面反映本工程施工过程中周围环境和基坑围护体系的变化情况。
4、监测过程中，采用的监测方法、监测仪器及监测频率符合设计和规范要求，能及时、准确地提供数据，满足信息化施工的要求。
5、监测数据的整理和提交满足现场施工的要求。
以基坑围护施工和开挖施工为监测工作的重点阶段，应根据施工工况，适当加密监测频率。根据相关规范及设计的要求，本次监测设置如下内容：
（1）巡视观察。
（2）基坑围护结构体系监测：a、围护墙（桩）顶水平位移及沉降监测；b、围护墙（桩）变形监测；c、钢支撑轴力监测；d、混凝土支撑轴力监测；e、基坑外水位监测；f、围护墙（桩）内力监测；g、土压力监测；h、孔隙水压力监测；i、底部隆起。
（3）周边环境监测:a、周边地表的沉降监测；b、周边建筑物沉降及变形监测；c、周边管线沉降监测。
三、监测方法、数据处理及测点的布设
1、监测控制网的布设
监测控制网主要用于围护墙顶的位移、基坑周边地表沉降、地下水位、围护墙体变形等方面的监测。监测控制网分两部分：
（1）平面控制网：用于各水平位移监测项目平面控制基准，由基准点与基点构成。平面控制基准点计划布设7个，编号为P1～P7，控制区域为整个监测区，为使测距、测角误差在横、纵坐标上均匀分布，网形为闭合导线网，建立独立坐标系。点位设在稳定、安全的地方，若现场有条件则设置强制对中观测墩。平面控制网按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等水平位移监测网技术要求观测。
（2）水准控制网： 用于各垂直位移监测项目（即沉降监测）的高程控制基准。水准控制点计划布设7个，编号为S1～S7。基准网观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）二等垂直位移监测网技术要求观测，根据《工程测量规范》（GB50026-2007）10.1.5节，监测基准网在建网初期每个月复测一次，三个月后每半年复测一次，当对变形监测结果发生怀疑时，随时检核基准网。控制点具体布设情况将在进场后根据现场条件进行布设。控制点采用深埋标石的方式进行埋设。
2、桩（墙）顶沉降监测
（1）观测方法及技术要求。桩顶沉降采用水准测量方法，使用拓普康DL-502电子水准仪（精度0.4mm/km）进行观测，该电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件。
监测点的观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等变形监测水准测量技术要求观测，观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。
（2）数据分析与处理。观测记录采用电子水准仪自带记录程序进行，观测完成后形成原始电子观测文件，通过数据传输处理软件传输至计算机，检查合格后使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点相对高程值。通过变形观测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。
（3）测点的埋设及布置。测点按监测设计图纸布点位置在基坑四周围护结构桩（墙）顶上设置，布置的原则为：测点应尽量布设在基坑圈梁、围护墙或地下连续墙的顶部等较为固定的地方，以设置方便，不易损坏，且能真实反映基坑围护结构桩（墙）顶部的变形为原则。
3、桩（墙）顶水平位移监测
（1）观测方法及技术要求。由于本工程基坑为超长基坑，因此围护桩（墙）顶水平位移采用分级分段独立监测，即选用部分监测点为工作基点，通过工作基点将基坑分为长度约60米至150米的区段，然后工作基点和各区段分级独立监测。
区段内的各监测点的监测，以工作基点为基准采用视准线小角法观测，使用全站仪或经纬仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度，从而得到前后两次的角度变化量，并按下式计算偏离值：
其中：Lp位移变化量；ap为角度变化量（"）；Sp为测点距监测基点的距离（mm）；ρ为角度常数（206265）。
图1-1 小角度法监测示意图
（2）数据分析及处理。采用分级监测情况下，各区段内的监测点最终变化量为相对于工作基点的变化量加上工作基点相对于控制点的变化量。
（3）测点的埋设及布置。桩顶水平位移监测点布置原则同桩顶沉降监测埋设原则，测点采用反光板进行照准。
4、围护墙变形监测
（1）观测方法及技术要求。监测仪器采用CX－3C型测斜仪以及配套PVC测斜管，监测精度可达到±0.01mm/500mm，探头抗震性达到50000g。
观测方法如下：a、用模拟测头检查测斜管导槽；b、使测斜仪测读器处于工作状态，将测头导轮插入测斜管垂直于基坑边的导槽内，从管口开始缓慢地下放至管底，同时每隔1.0m读一次数据，记录测点深度和读数。测读完毕后，拉上测斜仪，将测头旋转180°插入同一对导槽内，以上述方法再测一次，测点深度同第一次。
观测及数据采集技术要求如下：a、初始值测定。测斜管应在测试前5天装设完毕，在3～5天内用测斜仪对同一测斜管作3次重复测量，判明处于稳定状态后，以3次测量的算术平均值作为侧向位移计算的基准值；b、观测技术要求。测斜探头放入测斜管内应等候5分钟，以便探头适应管内温度，观测时应注意仪器探头和电缆线的密封性，以防探头数据传输部分进水。测斜观测时每1.0m标记，一定要卡在相同位置，每次读数一定要等候电压值稳定才能读数，确保读数准确性。
（2）数据处理及分析。测斜仪量测时，在竖向的各测点之间为成n个测段，每个测段的长度li（ li =1000mm）,在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi, 通过计算可得到这一区段的变位△i：
计算公式为：
某一深度的水平变位值δi可通过区段变位△i的累计得出，即：
设初次测量的变位结果为δi(0),则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值△xi即为：
相对初次测量时总的位移值为：
图1-2 测斜仪量测原理图
（3）测点埋设与布置。测斜管在基坑开挖1周前埋设，埋设时要符合下列要求：a、埋设前检查测斜管质量，测斜管连接时保证上、下管段的导槽相互对准顺畅，接头处密封处理，并注意保证管口、管底的封盖；b、测斜管长度与围护桩（墙）深度一致或不小于所监测土层的深度；c、埋设时测斜管保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。
5、围护桩（墙）钢筋内力监测
（1）监测方法。采用钢筋混凝土材料制作的围护桩（墙），其内力通常是通过测定构件受力钢筋的应力或混凝土的应变、然后根据钢筋与混凝土共同作用、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器（钢筋计）测定。本次监测采用GJJ型振弦式传感器及XP02振弦式频率读数仪进行数据采集。
（2）数据分析与处理。计算围护墙弯矩时，结构一侧受拉，一侧受压，相应的钢筋计一只受拉，另一只受压；测轴力时，两只钢筋计均轴向受拉或受压。由标定的钢筋应变值得出应力值，再核算成整个混凝土结构所受的弯矩或轴力：
弯矩：
軸力：
式中： 为弯矩（t•m/m）； 为轴力（t）； 、 为开挖面、背面钢筋计应力（kg/cm2）；
为结构断面惯性矩（cm4）； 为开挖面、背面钢筋计之间的中心距离（cm）； 、 为上、下端钢筋计应变（ ）； 为钢筋计标定系数（kg/ ）；、 为混凝土结构的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）；、 为钢筋计的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）。
（3）测点的安装与布置。围护墙内力监测点布置的原则为：测点应布置在受力、变形较大且有代表性的部位，竖直方向监测点应布置在弯矩较大处。
6、支撑轴力监测
支撑轴力的监测目的在于及时掌握基坑施工过程中，支撑的内力变化情况。当内力超出设计最大值时，及时采取有效措施，以避免支撑因为内力过大，超过材料的极限强度而导致破坏，引起局部支护失稳。
（1）观测方法及技术要求。钢支撑轴力监测采用FLJ型各种规格的轴力计，采用XP02振弦式频率读数仪进行读数，监测精度达到1.0%F•S，并记录温度；混凝土支撑轴力监测采用主筋绑扎GJJ型钢筋计，同样XP02振弦式频率读数仪采集，然后通过计算得出混凝土支撑的轴力。
（2）数据处理及分析。钢支撑轴力计的工作原理是：当轴力计受轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变了钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化，即可测出所受作用力的大小。一般计算公式如下：
式中： 为监测支撑轴力，单位（kN）;为轴力计标定常数,单位（kN/ ）；为轴力计监测自振频率，单位（Hz）； 为轴力计初始自振频率，单位（Hz）。
混凝土支撑轴力是通过测定构件受力钢筋的应力，然后根据钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器测定。当传感器外壳钢管受轴力作用后，引起钢弦张力变化，从而改变其自振频率，由频率仪测得钢弦频率变化，通过标定曲线即可计算得到钢筋所受应力的大小。钢筋混凝土支撑轴力的大小可以根据钢筋与混凝土的变形协调假定求算，计算公式如下：
式中：Pc——支撑轴力，单位kN;Ec,Et——混凝土和钢筋的弹性模量，单位MPa；δt——测得的钢筋应力，单位MPa；A，At——支撑截面面积和钢筋截面面积，单位0.1cm2。
（3）测点安装及布置。支撑轴力监测点的布置原则为：监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起关键作用的杆件上；钢支撑的监测截面根据测试仪器宜布置在支撑长度的1/3部位或支撑的端头；钢筋混凝土支撑的监测截面宜布置在支撑长度的1/3部位。
7、侧向土压力监测
地下水土压力是直接作用在支护体系上的荷载，是支护结构的设计依据，现场量测能够真实地反映各种因素对水土压力的综合影响，因此在工程界都很重视现场量测数据的收集和分析。
（1）监测仪器及方法。土压力采用土压力仪进行监测，本次监测采用振弦式土压力仪，土压力仪的一侧有一个与土相接触的面，该面受力时引起钢弦振动，通过钢弦振动频率的变化即可测出土压力的大小。接触面敏感程度较高，可感应土压力的细小变化。
（2）数据分析与处理。采用振弦式土压力仪监测土压力，土压力计算公式为：
式中： 为监测土压力，单位（kn）; 为土压力仪标定常数,单位（kn/ ）； 为土压力仪监测自振频率，单位（Hz）； 为土压力仪初始自振频率，单位（Hz）。
（3）测点的埋设与布置。围护桩（墙）侧向土压力监测点的布置应符合下列要求：a、监测点应布置在受力、土质条件变化较大或有代表性的部位；b、平面布置上基坑每边不宜少于2个测点。在竖向布置上，测点间距宜为2～5m，测点下部宜密；c、当按土层分布情况布设时，每层应至少布设1个测点，且布置在各层土的中部；d、土压力盒应紧贴围护墙布置，宜预设在围护墙的迎土面一侧。
本次监测土压力计采用在墙后或桩后钻孔、沉放和回填的方式。
8、孔隙水压力监测
（1）监测方法。水压力采用振弦式孔隙水压力计进行观测，其构造和工作原理与土压力仪相似，土体中的水压力传到薄板弹性元件上，弹性元件的变形引起钢弦张力的变化，从而根据钢弦频率的变化测得孔隙水压力值。
（2）数据分析与处理。采用振弦式孔隙水压力仪监测水压力，水压力计算公式为：
式中： 为监测水压力，单位（kN）; 为孔隙水压力仪标定常数,单位（kN/ ）； 为孔隙水压力仪监测自振频率，单位（Hz）； 为孔隙水压力仪初始自振频率，单位（Hz）。
（3）测点埋设与布置。孔隙水压力监测点宜布置在基坑受力、变形较大或有代表性的部位。监测点竖向布置宜在水压力变化影响深度范围内按土层分布情况布设，监测点竖向间距一般为2～5m，并不宜少于3个。
9、地下水位监测
基坑施工前有时需要人工降低地下水位，在天然水面和人工水面之间，排水会引起土体的孔隙水压力消散，有效应力增加，从而造成土体压缩，产生沉降；同时，人工水面以下，土层有效应力也会因水位变化而增加，引起土体沉降，这将引起周围一定范围内的地面下沉，甚至造成邻域内建筑物或构筑物的破坏。因此，地下水位变化是基坑施工过程中必须严密监测的一个关键性参数。
（1）监测方法及技术要求。地下水位观测设备采用SWJ-20型钢尺水位计，观测精度为5mm，其工作原理如下图所示为：水为导体，当测头接触到地下水时，报警器发出报警信号，此时读取与测头连接的标尺刻度，此读数为水位与固定测定的垂直距离，再通过固定测点的标高及与地面的相对位置换算成从地面算起的水位埋深及水位标高。
根据管顶高程、管顶与地面的高差，即可计算地下水位的高程和埋深。观测时对每个测孔连续进行独立3次观测，成果取均值。
（2）数据处理及分析。每次观测结束后，将观测数据和地面观测的孔口高程输入计算机进行统计整理，计算地下水位。水位观测成果报告中将包括以下内容：a、绘制地下水位与时程的关系曲线；b、提供观测点的位置、编号及观测时间等相关数据。
（3）测点的埋设与布置。地下水位监测孔主要布设在水位埋深较小、水位变化较大、地质条件相对复杂、结构沉降较大等部位，根据具体情况每个断面设置1组水位观测孔，每组对称2个观测孔，观测孔距离围护结构一般不小于10m，观测孔的位置都是选在便于长期保存和观测位置。
水位监测孔埋设采用钻机成孔，成孔后，将连接好水位观测管和滤管插入孔内，然后在孔壁与水位管之间填砂，管口处用粘土球或粘土封填。
10、地表沉降监测
地表沉降是基坑监测施工最基本监测项目，它最直接地反映基坑周边土体的变化情况。
（1）观测方法及数据采集。地表沉降观测采用水准测量方法，使用拓普康DL-502电子水准仪进行观测。数据观测技术要求为：监测点观测按《工程测量规范》（GB50026-2007）三等变形监测水准测量技术要求观测，其技术要求及观测注意事项与桩（墙）顶沉降监测要求一致。
（2）数据处理及分析。数据处理及分析与桩（墙）顶沉降监测分析相同。
（3）测点布置原则。测点按设计图纸设计布点位置在受施工影响的地表设置，布置的基本原则为：基坑周边地表竖向沉降监测点的布置范围为基坑深度的1～3倍，监测剖面设在坑边中部或其他有代表性的部位，并与坑边垂直，监测剖面数量按照设计图纸执行。
（4）测点埋设及技术要求。基准点与工作基点与桩顶沉降监测共用，地表沉降监测测点应埋设平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清晰标记，方便保存。
11、坑底隆起监测
（1）观测方法及数据采集。坑底隆起观测采用收敛计量测开挖面至该断面混凝土支撑之间的距离变化，来计算该层土体开挖的隆起量。
每次测量时取下测杆保护帽，将收敛计用销子连接于基线两端的测杆上，张紧钢尺读数，重复三次度数应在±0.5mm内。
初次测量在钢尺上选择适当孔位，将钢尺套在尺架的固定螺杆上，孔位的选择应能使得钢尺张紧时能与数显仪顶端接触且读书在0～25mm范围内。拧紧钢尺压紧尺帽，并记下钢尺孔位读数。
再次测量，按前次钢尺孔位，将钢尺套在支架上固定螺杆上，按照上述相同的程序操作，得到测量值Rn 。按照下式计算变化值：
Un=Rn-R0
其中:Un为第n次测量的变化值；Rn为第n次测量时的读数；R0为初始测量值。
当测量的时间间隔比较大时换孔前不能测读时按照下式计算：
Uk=Rk-R0 +A0-Ak
其中：A0为钢尺初始孔位；Ak第k次测量时钢尺孔位。
（2）数据处理及分析。通过测得坑底相对于混凝土支撑的相对变化，在默认混凝土支撑与围护桩（墙）竖向变化一直的情况下，根据桩顶高程的变化量可以计算得坑底高程的变化量，即坑底隆起量。
（3）测点布置与埋设。坑底隆起监测点的布置安装设计图纸进行。混凝土上的测点采用钻孔埋设的方式，即在混凝土支撑下方使用电钻打孔，植入收敛钩，使用锚固剂固定；在基坑底部，在某层土体开挖后，土体设置固定墩，同样向上安装收敛钩。固定墩使用套筒进行保护，若测点被破坏，我方及时维修补点，及时观测，将本次变化量与上次累计变化量进行累加，以保证数据的连续性。
12、建筑物沉降观测
（1）观测方法及技术要求。建筑物沉降观测方法采用精密水准测量，技术要求同3.2.2要求。
（2）监测点的布设。本次监测区域内，苏果超市北侧建筑以及公交公司南侧建筑（甲方、监理办公室）为重点监测对象。测点标志采用将符合国家规范要求的隐蔽式沉降标，该沉降标长12cm，直径25mm，为正六棱形，标身有三道固定槽，在墙体打钻后，植入沉降标，采用粘结砂浆进行封闭，以保证牢固。观测标在非测量状态下，凸出墙面5mm以内，不影响房屋美观及使用。
（3）观测数据的分析。通过计算得到每幢别墅观测点的高程，然后计算分析其观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、沉降速率、斜率等；建筑物倾斜按下式计算：
式中： 为建筑物倾角，单位（°）；b为建筑物宽度，单位（m）； 为建筑物的差异沉降，单位（m）。
图1-3 建筑物倾斜计算示意图
四、现场巡视观察
经验表明，基坑工程每天进行巡视观察是不可或缺的，与其他监测技术同等重要。巡视内容包括支护桩墙、支撑梁、冠梁、腰梁结构及邻近地面、道路、建筑物的裂缝、沉陷发生和发展情况。
第二章监测技术要求
一、技术要求
（1）本工程应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。
（2）监测仪器的选型，要考虑最大可能需要的量程并根据基坑工程只在地下施工期内使用的性质选用满足安全监测要求、合适的仪器。
（3）仪器安装埋设前要进行检验和率定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。
（4）仪器埋设时，核定传感器的位置是否正确，埋设是否符合技术要求。
（5）所有监测点安装埋设完成后，及时绘制监测点位置图，并加强对现场测点保护，以防监测点被破坏。
（6）监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。监測数据未达到报警值期间，应向施工单位每周提交一次书面监测结果（包括每天的监测数据及周报），监测材料上应注明对应的施工工况及平面分布图等施工信息，便于相关各方分析监测结果所反映的情况。
（7）监测数据如达到或超过报警值应及时通报有关各方，以期尽快采取有效措施保证本工程顺利进展。
（8）对原始数据要进行分析，去伪存真后方可进行计算，并绘制观测读数与时间、深度及开挖过程曲线，按施工阶段提出简报。监测工作贯穿基坑工程始终，待全部资料备齐后，应提供完成电子版监测数据、监测时程曲线图及监测报告。
结束语
本文以瘦西湖隧道工程为例详细阐述了深基坑监测中各监测项目的技术方法，对深大基坑施工监测具有很强的指导意义。
参考文献
1、《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009
2、《工程测量规范》GB50026～2007
3、《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99
4、《建筑变形测量规范》JGJ8-2007
5、《国家一、二等水准测量规范》GB12897-1991
6、《岩土工程勘察规范》GB 50021 2001
作者简介：
孔玉清 （1979.8—） 男本科学士工程师
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。