基于工程测量下的基坑变形观测技术方法研究

引言

随着城市化进程的持续推进，高层与超高层建筑项目以及地下空间开发工程数量不断攀升，基坑工程的建设也随之呈现出深度增加、周边环境更为复杂等特征。工程测量技术作为基坑变形观测的关键手段，通过对变形数据进行精确采集与深入分析，能够有效把握基坑变形的规律和发展态势，为施工决策提供有力的科学参考。对工程测量技术在基坑变形观测中的具体应用方法展开深入探究，对进一步完善监测体系、切实保障工程建设安全具有较为重要的现实意义。

1 基坑变形观测的内容与技术要求

1.1 主要观测内容

围护结构位移：一般需对围护墙（桩）顶部水平位移与垂直沉降进行监测，同时也可通过测斜管等手段获取围护结构深层挠曲变形数据。

坑底隆起：基坑开挖过程中，对坑底土体竖向变形的监测，有助于了解地基土回弹特性与支护结构受力情况。

周边环境变形：监测项目通常包含周边地表沉降、邻近建筑物沉降及倾斜、地下管线位移等，这些数据可为评估基坑施工对周边环境的潜在影响提供参考。

支护结构应力：借助应力计对锚杆（索）拉力、支撑轴力等参数进行监测，从而辅助判断支护体系的受力状态是否处于合理区间。

1.2 技术要求

精度设定：在常规工况下，水平位移观测精度宜控制在 ±2mm 以内，垂直沉降观测精度建议不超过 ±1mm ；对于周边存在历史建筑、地铁隧道等敏感区域的项目，精度指标可进一步优化至 ±0.5mm

观测频率：观测周期可依据基坑开挖深度与施工进度进行动态规划，基坑开挖阶段建议保持 1 次 /1-2 天的观测频率，开挖完成后可适当调整为 1 次 /3-7天；若监测过程中发现变形速率加快，可考虑增加观测频次，例如调整为每日观测1 次。

数据处理：观测数据宜在24 小时内完成处理与分析工作，若发现日变形量达到 3mm 等异常情况，可及时向施工单位反馈并启动预警机制。

2 工程测量技术在基坑变形观测中的应用方法

2.1 全站仪观测法

2.1.1 水平位移观测（极坐标法）

在基坑周边合理布设稳定的基准点与工作基点，借助全站仪对围护结构顶部观测点实施周期性测量。实际操作过程中，通常将全站仪架设于工作基点，以基准点作为定向参照，测定观测点的角度与距离，再通过极坐标原理计算其平面坐标。通过分析不同周期的坐标变化，能够得到水平位移量。该方法在实际应用中较为灵活，可适应多种基坑形状，倘若在观测前对仪器进行校准，并选择气象条件相对稳定的时段开展工作，有望进一步提高测量数据的准确性。

2.1.2 垂直沉降观测（几何水准法）

可以运用全站仪的三角高程测量功能，或者搭配水准仪进行沉降观测。先将基准点高程传递至工作基点，随后由工作基点对观测点高程进行测量，依据高程差值计算沉降量。对于精度要求较高的区域，二等水准测量是一种可行的选择，往返测较差控制在 ±4 √ Lmm（L 为测段长度，单位 km ）以内。在通视条件良好的情况下，全站仪三角高程法凭借其较高的测量效率，或许能够替代传统水准仪测量方式，为沉降观测工作带来一定便利。

2.2 GNSS 实时监测法

GNSS 技术基于卫星信号接收实现观测点三维坐标计算，通常可达成全天候、自动化的监测效果。在基坑周边合理布置 GNSS 基准站与流动站，将基准站设置于相对稳定区域，流动站安装在围护结构顶部或周边建筑物，采样间隔一般能够设为 1-10 秒。数据经无线传输至服务器后，通过专业软件解算，往往可生成实时位移曲线。

这种方法在大型基坑或地形复杂区域的监测中有一定适用性，通常能够克服通视限制，在深基坑（开挖深度 >15m ）及周边建筑物密集的场景中可能有较好表现。采用 RTK（实时动态）模式时，平面精度大概可达到 ±10mm ，若结合静态差分技术，精度或许能够进一步提升至 ±2mm 以内。借助GNSS 监测，有利于在一定程度上捕捉突发性变形，为应急处置提供数据参考。

2.3 测斜仪观测法

2.3.1 仪器类型与原理

滑动式测斜仪通常由测斜管、探头、电缆和读数仪构成。测斜管可提前埋设于围护墙（桩）或土体内部，其内壁设有互成 90^∘ 的导向槽。当探头沿导向槽下滑时，内置的加速度传感器能够对每 0.5m 或 1m 深度处的倾斜角度进行测量，进而通过积分计算得到不同深度的水平位移数据。

2.3.2 操作要点

在进行观测作业前，可考虑对测斜管的通畅情况以及探头的校准状态予以检查。测量过程中，将探头自测斜管底部匀速提升，并于各深度间隔记录相应读数为宜，一般建议进行两次往返测量，若两次测量差值超过 ±2mm ，或需进一步复核。通过对不同深度位移曲线的分析，有助于确定围护结构的最大变形位置。值得注意的是，当变形主要集中于坑底以上 3-5m 范围时，或许在一定程度上反映出支护结构存在受力不均衡的现象，可作为重点关注内容加以研判。

3 影响观测精度的因素与质量控制措施

3.1 主要影响因素

环境因素：温度变化或许会使仪器与观测点出现热胀冷缩现象，气压与湿度的波动有可能对 GNSS 信号接收及全站仪测距精度产生一定干扰；在强风天气条件下，仪器可能会因振动而致使测量结果出现偏差。

仪器因素：全站仪轴系存在的误差、测斜仪探头发生零漂，以及 GNSS 接收机的多路径效应等情况，都有可能在一定程度上影响数据的可靠性；倘若设备在长期使用后未能及时进行校准，误差或许会逐步积累。

操作因素：观测点标志若出现松动或被遮挡的情况，测量工作或许难以顺利进行；作业人员若在技能方面存在不足，例如全站仪瞄准不够精准、水准气泡未能准确居中，可能会导致人为误差的产生。

3.2 质量控制措施

基准点布设：从工程实践经验来看，将基准点设置在基坑影响范围外（一般大于 3 倍开挖深度）较为适宜，采用混凝土浇筑固定方式有助于增强其稳定性。同时，工作基点与基准点的联测工作可作为保障点位可靠性的有效措施。

仪器管理：对于全站仪、测斜仪等设备，按照检定规程进行定期校准可有效保证测量精度，校准周期建议不超过 1 年。针对 GNSS 接收机，实施天线高量测与相位中心改正操作，并在观测前开展静态观测比对工作，有助于进一步验证设备的运行状态。

观测流程规范：编制标准化作业指导书对规范观测流程具有重要意义，其中应涵盖观测前的设备检查（如全站仪圆水准器、水准管校准）、观测中的气象元素记录（温度、气压）以及观测后的数据复核等关键环节。当出现异常数据（如单次变形量超出 3 次平均值 2 倍）时，可考虑进行重新测量，从而提高数据的可信度。

结束语

工程测量技术为基坑变形观测提供了多种可选方案。全站仪在常规精度要求及作业灵活性方面具有一定适用性，GNSS 技术在动态监测与复杂地形条件下展现出独特优势，测斜仪对于深层位移的监测具备较高精准度，自动化监测系统则可有效改善监测工作的效率与及时性。展望未来，伴随北斗卫星导航系统精度的逐步提升以及物联网技术的持续发展，基坑变形观测有望朝着“高精度、实时化、智能化”方向迈进，从而为复杂地质环境下的基坑工程施工安全提供更为可靠的技术支持。

参考文献

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[2] 郑佳煌 . 基坑支护结构及周边建筑物变形观测技术研究 [J]. 工程建设与设计，2024（15）：64-66.

[3] 林培. 基于工程测量下的基坑变形观测技术方法研究[J]. 居舍，2020（15）：34.