高精度监测技术在桥梁深基坑工程中的应用与优化

摘要：文章以某桥梁工程深基坑工程为研究对象，系统阐述了高精度监测技术在复杂施工环境下的应用策略与优化方法。通过布设支护结构变形、地下水位、周边建筑物沉降等多维度监测网络，结合实时数据采集与动态分析验证了监测体系的有效性，并针对施工风险提出优化措施，为类似工程提供参考。

关键词：高精度监测技术；桥梁；深基坑工程

1引言

随着城市化进程加速，地下空间开发已成为解决土地资源短缺的重要途径，然而深基坑工程在复杂地质条件与敏感城市环境下的施工风险日益凸显。某桥梁工程作为城市核心区的大型交通枢纽，其基坑深度达22.57m，采用“地连墙+内支撑”体系，邻近既有建筑物及密集交通干线，传统监测技术因精度低、时效性差等问题难以满足精细化管控需求。研究成果不仅可为类似复杂环境下的深基坑工程提供安全管控范式，对保障桥梁设施建设的可持续性具有重要意义。

2工程概况

某桥梁工程总长510.2m，地质条件方面，基坑穿越粉质黏土与砂层交替分布的软弱地层，地下水位埋深3.2～5.8m，渗透性较强，易引发流砂及基坑突涌风险。施工采用地连墙+内支撑体系，设置两道混凝土支撑，通过局部盖挖顺筑法协调明挖与暗挖工序，以减少对周边路面交通及既有建筑的影响[1]。

监测工作围绕工程安全与环境保护双重目标展开，重点控制支护结构水平位移≤30mm、竖向位移≤30mm，地下水位日变化幅度＜2000mm，邻近建筑物沉降量＜30mm。为实现精细化管控，项目布设了覆盖支护桩顶、土体深层、地下水位及周边环境的立体化监测网络，结合自动化采集系统与实时数据分析平台，构建了“监测-预警-响应”闭环管理体系。

3高精度监测技术方案

3.1监测仪器配置

为应对复杂地质条件与周边环境敏感性问题，项目构建了多维度、高精度的监测网络体系。监测仪器配置以智能化、自动化为核心，全站仪（天宝S9）采用GNSS与光学测量双模技术，实现支护桩顶水平位移与竖向位移的毫米级定位，其±0.5″角分辨率与0.8mm+1ppm测距精度可满足复杂工况下的动态监测需求；测斜仪（武汉基深CX-3C）通过0.1mm级测斜管埋设，实时捕捉土体深层水平位移变化，重点监测基坑底部土体隆起与剪切变形；水位计（GSJ-90）结合压力传感与浮子式双通道监测，实现地下水位波动的毫米级捕捉，有效预警突涌风险。监测仪器配置如表1所示。

3.2监测网络布局

在监测网络布局上，项目采用“点-线-面”立体化布设策略。沿基坑周边每隔15m布设一组支护桩顶测点（共60点），结合40组测斜孔（深度至基底以下5倍开挖深度）形成空间位移监测网；地面沉降监测点按20m间距加密至162点，重点区域（邻近建筑物投影区）进一步增设500个沉降监测点，形成5×5m网格化监测体系[2]。针对地连墙接缝渗漏风险，在关键部位布设渗压计与钢筋计，实时监测墙体应力与渗流场变化。

4实验分析与数据处理

4.1实验设备及仪器

研究依托高精度自动化监测系统开展数据采集，核心设备包括：配备GNSS模块与光学测角系统，测角精度为±0.5″，测距精度为0.8mm+1ppm，用于支护桩顶水平位移与竖向位移的动态监测，支持毫米级坐标解算；内置MEMS传感器，测倾斜精度0.1mm，通过测斜管埋设实现土体深层水平位移的全剖面监测[3]；基于LoRa无线传输技术，集成传感器网络与云端数据库，实现秒级数据回传与多源数据融合；包括水位计（GSJ-90）、倾角仪与温湿度传感器，同步采集地下水位、支护结构倾斜度及环境参数。

4.2实验方法

研究采用“监测-建模-反演”耦合分析方法：利用Kalman滤波消除传感器噪声，通过最小二乘平差法修正测斜管安装偏差；基于有限元软件（ABAQUS）建立基坑-地层耦合模型，输入实测土压力与水位数据，反演支护结构内力分布；采用灰色关联度模型（GRM）计算各因素对支护位移的关联度，公式（1）为：

4.3实验结果

4.3.1位移响应特征

支护结构水平位移-开挖深度关系如图1所示。

基于高精度监测数据绘制的支护结构水平位移-开挖深度关系曲线表明，随着基坑开挖深度的增加，支护桩顶水平位移呈现显著的非线性增长趋势。实测数据显示，主控点ZQS13△Y的水平位移累计值从开挖初期逐步增加，其变化规律与二次多项式拟合曲线（R=0.89）高度吻合。该结果表明，支护结构的变形并非均匀递增，而是存在明显的加速-减速阶段：在开挖深度小于15m时，位移增速较缓；当开挖深度超过18m后，位移增速显著加快，直至接近基坑底部时趋于稳定。值得注意的是，深层土体位移监测数据（TST26孔）显示，其峰值位移出现时间比地表位移滞后约15d，印证了土体固结效应的时滞性特征[4]。

4.3.2关键因素贡献度

关键因素贡献度分析表明：（1）施工荷载主导支护桩水平位移，与围檩应力监测值（σmax=21.5MPa）呈正相关；（2）降雨入渗通过改变土体含水率加剧孔隙水压力消散速率，导致水位日变幅波动扩大；（3）土体固结效应表现为深层位移的持续蠕变，需通过分级加载延缓变形速率。土体固结效应蠕变特性如图2所示。

4.3.3风险预警成效

基于支持向量机（SVM）构建预警模型，输入参数包括水位降幅、支撑轴力及土体含水率，模型准确率达92%。实际工程中，系统提前72h预警3起潜在险情，通过优化降水井抽排速率（降幅控制在800mm/d以内）与局部注浆加固，成功避免周边管线沉降超标。数据分析表明，高精度监测技术可将传统经验驱动的施工模式升级为数据驱动决策，为复杂环境下的深基坑工程提供可靠的安全保障。

5优化策略

5.1动态预警机制建立

分级预警系统如表2所示。

5.2施工参数优化

根据DSW系列测点监测数据，将原固定抽排速率（200m³/d）优化为分段控制模式——当水位降幅≤500mm/d时维持150m³/d的稳定抽排，当降幅＞500mm/d时采取阶梯式降速，并通过12h持续抽排与6h间歇相结合的模式精准控制水位日变幅[5]。在支撑预应力动态张拉方面，基于ZCL系列轴力计监测数据建立“监测-反馈-调整”闭环机制，通过分级加载与每分钟≤50kN的速率控制实现精准张拉，并利用液压千斤顶实时补偿应力松弛，误差补偿精度达±2kN。最终第二道支撑轴力均值控制在3367kN，基坑变形速率从0.18mm/d降至0.08mm/d，支撑体系稳定性提升52%[6]。

6结束语

研究针对某桥梁工程深基坑工程面临的复杂地质条件与敏感城市环境挑战，构建了基于高精度监测技术的数字化施工管理体系。研究验证了自动化预警模型（SVM算法）的有效性，其预测准确率较高，成功提前72h识别3起潜在险情，并通过降水速率分级调控与支撑轴力动态补偿，将基坑最大沉降量控制达标，显著降低了施工对邻近建筑物的影响。研究成果不仅为类似软土地区深基坑工程提供了“数据驱动决策”的技术体系，还推动了监测技术从单点测量向全景感知的跨越。

参考文献

[1]安邦超， 姜波， 罗谢辉， 曹俊. 深基坑开挖对邻近轨道运营交通结构的影响分析[J]. 交通科技， 2024， （06）： 109-115.

[2]汪乐， 马振旺， 赵进. 深基坑近距离环绕既有地铁桥桩施工关键技术研究[J]. 土工基础， 2024， 38 （06）： 942-946.

[3]丁海军， 陈勇， 王翔， 薛世珺， 倪文龙， 王涛. 非对称荷载下桥梁墩台深基坑支护结构变形特性的分析[J]. 四川水泥， 2024， （12）： 67-69.

[4]李嘉军， 刘满利. 城市桥梁承台超大深基坑钢板桩围堰施工技术研究[J]. 交通科技与管理， 2024， 5 （23）： 55-57.

[5]杨学标. 桥梁承台深基坑支护与动态监测技术研究[J]. 运输经理世界， 2024， （32）： 89-91.

[6]肖雄， 郭建新， 胡黎鹏， 易英杰. 府越路缆线型管廊深基坑围护结构设计[J]. 安装， 2024， （11）： 79-81.