基坑工程现场监测技术及监测方案优化的研究

文章编号：１００５－６０３３（２００７）１１－０２０６－０３

ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００７年第１７卷第１１期

收稿日期：２００６－１２－１８

基坑工程现场监测技术及监测方案优化的研究

宋

臻１，２，于明阳３，成继宏４

（１．青岛理工大学土木工程学院，山东青岛，２６６０７１；２．青岛建设集团公司，山东青岛，

２６６０７１；３．青岛建设集团零零一工程有限公司，山东青岛，２６６００１；４．青岛建设集团置业

有限公司，山东青岛，２６６０１１）

摘

要：介绍了基坑工程现场监测的内容、监测方法和监测方案的优化，为基坑工程的

施工质量的控制提供了依据。

关键词：基坑工程；监测技术；监测方案优化中图分类号：ＴＵ４７３．２

文献标识码：Ａ

近年来，随着我国经济水平和城市建设的迅速发展，开发和利用地下空间日显重要。国内兴建了许多大型地下设施，如城市地铁、地下商场、污水处理工程、过江隧道工程等。伴随着深基坑工程规模和深度的不断加大，开挖深度超过１０ｍ的基坑已属常见，地铁车站的开挖深度达２０大量深基坑工程的出现迫切需要监测技术理论的进一步提高，深基坑ｍ。

工程正确、科学的监测设计，配合切实有效的信息化施工管理，对确保基坑支护结构和环境安全及加快工程建设进度至关重要。

２．１．１围护结构

围护结构的主要监测内容：围护结构完整性及强度监测；围护结构

顶部水平位移监测；围护结构倾斜监测；围护结构沉降监测；围护结构应力监测。

２．１．２周围环境监测

倾斜和裂缝发生时间周围环境的监测主要包括：邻近建筑物沉降、

及发展过程的监测；邻近构筑物、道路、地下管网等设施变形监测；表层土体沉降、水平位移以及深层土体分层沉降和水平位监测；桩侧土压力监测；坑底隆起监测；土层孔隙水压力测试；地下水位测试。

１基坑工程现场监测的主要目的

根据监测结果，发现可能发生危险的先兆，判断工程的安全性，防止

２．２２．２．１

基坑工程监测技术及方法围护与支撑结构监测

（１）围护结构顶部水平位移监测。围护结构顶部水平位移是围护结

工程事故和环境事故发生，采取必要的工程措施；以工程监测的结果指导现场施工，确定和优化施工参数，进行信息化施工；检验工程勘测资料的可靠性，验证设计理论和设计参数的正确性。

构变形最直观的体现，因此，围护结构顶部水平位移的监测也就成了深基坑监测工作中最重要的一个监测项目。

（２）围护结构倾斜监测。围护结构倾斜监测一般用测斜仪进行。根据围护结构受力特点及周围环境等因素，在关键地方钻孔布设测斜管，用高精度测斜仪进行监测，以根据围护结构在各开挖施工阶段倾斜变化，及时提供围护结构沿深度方向水平位移随时间变化曲线。目前工程中使用最多的是滑移式测斜仪。

２

２．１

基坑工程现场监测技术

国内的基坑工程现场监测内容

基坑开挖期间施工现场监测的内容分为两大部分，即支护结构本身

（围护结构）的稳定性和相邻环境（周围环境）的变化。的季节性指标，即得２００６年各季度客流量的最后预测值。

４

人次）６６０１．９５×１０（

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!题。但是在数据处理过程中的舍弃及建模过程中对于环境、飞机状况等

各方面对预测影响的忽略，都使得模型的计算结果存在一定的误差。

参考文献

［１］

第四季度

潘红宇．时间序列分析［Ｍ］．北京：对外经济贸易大学出版社，２００６：韩亮，杨月凤．高速公路旅客流动分析［Ｊ］．长安大学学报，２００２，２２

（责任编辑：刘翠玲）

２００６年全年的客流量为ｙ２００６＝１６００．６２＋１６８８．０５＋１５２９．８５＋１７８３．４３＝

表６

年季

２００６年各季度客流量的预测值

第二季度

第三季度

第一季度

３９－５６．［２］（５）：９５－９７．

２００６１６００．６２１６８８．０５１５２９．８５１７８３．４３

５结语

模型建立在大量数据分析的基础上，并对数据进行了必要的处理，

───────────────

第一作者简介：毛志敏，男，１９８５年１月生，现为湖南商学院信息与计算科学专业２００３级在读本科生，湖南省长沙市湖南商学院３０２信箱，

提高了检验的精确性。模型的通用性较强，不但适用于航空旅客人数增长的随机预测建模，还适用于其他诸如景区旅客人数的预测等实际问

４１０２０５．

ＴｈｅＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅＲａｎｄｏｍＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｕｍｂｅｒＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆＡｉｒＰａｓｓｅｎｇｅｒｓ

ＭＡＯＺｈｉ－ｍｉｎ，ＷＡＮＧＹｏｎｇ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｏｎｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆａｉｒｐａｓｓｅｎｇｅｒｓｉｎｔｈｅｌａｓｔｆｅｗｙｅａｒｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅａｓｏｎｆｏｒｅｃａｓｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｓｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆａｉｒｐａｓｓｅｎｇｅｒｓａｔｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｉｎｔｈｅｎｅｘｔｆｅｗｙｅａｒｓ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ａｖｉａｔｉｏｎ；ｐａｓｓｅｎｇｅｒ－ｆｌｏｗ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ｓｅａｓｏｎｆｏｒｅｃａｓｔｍｅｔｈｏｄ

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宋臻，于明阳，成继宏基坑工程现场监测技术及监测方案优化的研究本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ科技研讨

（３）围护结构沉降监测。用精密水准仪按常规方法对围护结构关键部位进行沉降监测。

（４）围护结构应力监测。围护结构应力监测就是用钢筋应力计对桩身钢筋和锁口梁钢筋中较大应力断面处应力进行监测，以防围护结构的结构性破坏。

（５）支撑结构应力监测。支撑结构受力监测就是对锚杆和钢筋混凝土及钢筋内支撑受力状况进行监测。对锚杆施工前应进行锚杆现场拉拔试验，以求得锚杆容许拉力。施工过程中用锚杆测力计监测锚杆实际受力情况，对铜管支撑可用压应力传感器或应变计等监测其受力状态变化。

预警值的规定多为最大允许位移或变形值，如表１是上海市基坑设计规程规定的各级基坑变形的设计和控制值。

表１

安全等级级墙顶位移／ｍｍ墙体最大位移／ｍｍ地面最大沉降／ｍｍ最大差异沉降

基坑工程变形监控允许值一级

二级

三级

监控值设计值监控值设计值

３０６０３０

５０８０５０

６０９０６０

１００１２０１００

按二级基坑的标准，当环境条件许可时可适当放宽

６／１００００１２／１０００

２．２．２周围环境监测

（２）经验类比值。经验类比值是根据大量工程实践经验积累而确定（１）邻近建筑物沉降和倾斜监测。观测点布置应根据建筑物体积、结构、工程地质条件、开挖方案等因素综合考虑，一般在建筑物角点、中点及周边设置，每栋建筑物观测点不少于８个，观测方法和观测精度与一般沉降观测相同。

（２）邻近建筑物裂缝监测。对观测裂缝统一编号，每条裂缝至少应布设两组（两侧各一个标志为一组）观测标志，裂缝宽度数据应精确至０．１

ｍｍ，一组在裂缝最宽处，另一组在裂缝末端进行测绘。

（３）邻近道路、管钱变形监测基坑开挖过程中，应同时对邻近道路、管线等设施进行水平位移和沉降观测，基坑开挖时水平方向影响范围为１．５倍～２倍开挖深度，因此用于水平位移及沉降的控制点一般应设置在基坑边２．５倍～３．０倍开挖距离以外，水平位移控制点后方向可更远一些。

（４）地下水位测试。一般通过监测井监测，监测井布置较为随意，只要设置在止水帷幕以外即可。监测井不必埋设很深，井底标高一般在常年水位以下４ｍ～５ｍ即可。

（５）土体分层沉降和水土压力测试。应布置在围护结构体系中受力有代表性的位置，土体分层沉降和空隙水压力计测孔应紧邻围护桩墙埋设，土压力盒应尽量在施工围护桩墙时埋设在土体与围护桩墙的接触面上。

（６）土体回弹。深大基坑的回弹量对基坑本身和邻近建筑物都有较大影响，因此需做基坑回弹监测。在基坑中央和距坑底边缘１／４坑底宽度处及特征变形点必须设置监测点，方形、圆形基坑可按单向对称布点，矩形基坑可按纵横向布点，复合矩形基坑可多向布点，地质情况复杂时可适当增加点数。

（７）环境监测。环境监测的范围是基坑开挖３倍深度以内的区域，建筑物以沉降观测为主，测点应布设在墙角、桩身等部位，应能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。

２．３基坑工程现场监测的要求２．３．１

基坑的变形监测

为监测深基坑工程施工质量与边坡稳定性，为验证有关基坑工程设

计理论与设计参数的准确性提供技术数据。由于变形监测方法简单，在实际工程中应用最广泛。

２．３．２水平位移的观测方法

观测水平位移的方法是根据现场条件及观测仪器而定，常用的方法

有方向线法（简称照准线法或视准线法）、三角测量法、导线测量法、前方交会法、小角度法等。

２．３．３基坑监测的要求

在基坑工程中，基坑工程的监测应与施工过程密切配合，根据施工速

度，对监测到内力或变形的绝对值及变化速率进行认真分析，根据需要调整监测的时间间隔，必要时进行跟踪检测。应将检测结果及响应的施工工序、工况记录及时提供给施工管理人员。当监测数据超过警戒指标时，应不失时机地采取相应的技术措施。对重要而复杂地工程，应选择适当范围进行信息化施工。在施工监测中，运用反分析方法优化后续施工。

在基坑工程中，确定各监测项目的警戒线和允许值是一项十分严肃的工作。它不仅是设计计算的重要基础，同时也是确定合理施工流程、保证周围环境安全的主要依据。监测项目的警戒值应根据基坑自身的特点、监测目的、周围环境的要求，结合当地工程经验并和有关部门协商综合确定。

确定预警值的方法主要有３种。

（１）参照相关规范和规程的规定值。我国各地方标准中对基坑工程

的预警值，如基坑内降水或基坑开挖引起的基坑外水位下降不得超过

１０００ｍｍ，每天发展不得超过５００ｍｍ；基坑开挖中引起的立柱桩隆起或沉降不得超过１０ｍｍ，每天发展不得超过２ｍｍ。

（３）设计预估值。基坑和周围环境的位移与变形值是为了基坑和周围环境的安全需要在设计和监测时严格控制的，而围护结构和支撑的内力、锚杆拉力等，则是在满足以上基坑和周围环境的位移与变形控制值的前提下由设计计算得到的，因此，围护结构和支撑内力、锚杆拉力等应以设计预估值为确定预警值的依据，一般将预警值确定为设计允许最大值的８０％。

３施工监测方案的优化

工程实践中，对施工监控量测方案作优化考虑，对基坑支护动态施

工的顺利实现有较大的意义。在对监控量测方案作优化考虑时，应遵循以下原则：一是监测项目的选择应有利于对基坑支护的稳定性和周围地层变形的安全性进行全面有效的分析；二是监测断面及其测点的设置应满足动态施工足够数量的分析断面和测试数据；三是有利于提高采集数据的精确度，以提高分析判断的准确性。

３．１监测项目的选项原则

基坑工程的现场监测主要包括对支护结构的监测、对周围环境的监

测和对岩土性状受施工影响而引起变化的监测，其监测项目如下：支护结构顶部水平位移监测；支护结构倾斜监测；支护结构沉降观测；支护结构应力监测；基坑开挖前应进行支护结构完整性检测；邻近建筑物的沉降、倾斜和裂缝的发生时间和发展过程的监测；邻近构筑物、道路、地下管网设施的沉降和变形监测；对岩土性状受施工影响力引起变化的监测，包括对表层沉降和水平位移的观测以及深层沉降和倾斜的监测；桩侧土压力测试；基坑开挖后的基底隆起观测；土层孔隙水压力变化的测试；地下水位监测；肉眼巡视与裂缝观测。

３．２监测断面及其测点的设置

设计计算通常都针对某一断面的受力变形状态建立计算过程和公

式，因而对基坑工程的施工采用动态施工与监测技术时，必然要求设置数量足够的和有代表性的监测断面，并通过合理布置测点使其可提供数量足够的监测数据。

３．３监测数据的可靠性与精度控制

影响量测数据的可靠性与精度的因素很多，其中有的无法避免，有

的则可采取措施予以防止或减小其影响。

３．３．１可靠性控制

影响监测数据可靠性的主要因素是仪器和人员两个方面，为确保监

测数据的可靠性，可从３个方面入手：一是监测系统需要采用可靠的仪器，—般而言，机测试仪器的可靠性高于电测式仪器，所以如果使用电测式仪器则通常要求具有目标系统或与其他机测式仪器互相校核；二是应在监测期间内保护好测点；三是监测人员要具有监测经验和责任心，当发现量测数据异常时，应及时进行复测，开加密量测的次数，防止虚假数据出现。

３．３．２精度控制

读数误差有系统误差、仪表读数误差和出错等，其中系统误差可予

以修正，错误可通过仔细操作和校核防止。以下假设读数误差是由仪表读数误差引起，以此讨论减小误差的途径。

经研究表明，这类误差的影响程度通常取决于仪表读数误差与量测值的比值，即相对误差的量值：量测的绝对值较大时，由此引起的计算误

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科技情报开发与经济

文章编号：１００５－６０３３（２００７）１１－０２０８－０２

ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００７年第１７卷第１１期

收稿日期：２００７－０１－２９

自适应滤波在噪声抵消中的应用

刘晓庆，熊晓燕

（太原理工大学机电所，山西太原，０３００２４）

摘

要：介绍了自适应噪声抵消的工作原理，并对算法的选择进行了简单论述，说明了

选择ＬＭＳ算法的原因，并进行了仿真。

关键词：自适应滤波；噪声抵消；ＬＭＳ算法；计算机仿真中图分类号：ＴＮ７１３；ＴＰ３９１．９

文献标识码：Ａ

在机械故障诊断中，由于传感器采集的信号通常包含有背景噪声，所以常常需要从实测的工程信号中提取出所需要的故障信号。在一些情况下，自适应滤波技术是一种有效的方法，即利用一组与背景噪声相关而与待提取故障信号无关的信号来抵消实测工程信号中的背景噪声，从而提高信噪比，提取出淹没在背景噪声中的故障信号。通常，自适应滤波器是根据预测误差的某一代价函数来调节滤波器的权系数，使得此代价函数达到最小。

１自适应噪声抵消原理

自适应消噪技术的基本原理见图１。图１中两个传感器分别拾取两

经和主输入Ｓ＋ｎ０相减，便得到系统的输出ｃ＝Ｓ＋ｎ０－ｙ。如果ｎ０＝ｙ，则系统的输出就是有效信号Ｓ；当ｎ０与ｙ十分接近时，则系统的输出等于有效信号Ｓ与残余干扰量ｎ０－ｙ之和。为了使此残余干扰量达到最小，将系统的输出反馈到自适应滤波器，用自适应滤波算法随时调整滤波器的权值，使系统的总输出功率达到最小。

假设：（１）信号Ｓ、噪声ｎ０均为统计驻定（即统计特性不随时间而变化，也称平稳过程），且均值为零；

（２）信号Ｓ与噪声ｎ０，ｎ是统计独立的，即Ｅ〔Ｓｎ０〕［Ｓｎ］＝０；＝０，Ｅ［２］［３］［４］［５］［６］

陈忠汉，程丽萍．深基坑工程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９：

个信号，传感器１拾取的信息作为主输入，它除了接收到信号Ｓ外，还收到一个与信号不相关的噪声ｎ０，即输入为Ｓ＋ｎ０，组成对消器的原始输入。传感器２拾取的信息作为参考输入，用作噪声补偿。传感器２中的有效信息很微弱，可忽略不计，而主要包含与主噪声ｎ０有关的噪声ｎ（这种相关度越强，滤波效果就会越好）。要保证这一点，只要适当地选择传感器的位置即可。

图１中用作噪声补偿的参考输入ｎ进入自适应滤波器后的输出ｙ，差将较小，反之则较大。由此可见对动态施工与监测技术，主要应注意在位移量或应力值等较大的位置上接受量测信息。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２３９－２８０．

４深基坑监测的意义

深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和监测相结合

刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，龚晓南，高有潮．深基坑工程设计施工手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业唐益群，叶为民．深基坑工程施工中几个问题的探讨［Ｊ］．施工技术，赵锡宏，陈志明，胡中雄，等．高层建筑深基坑围护工程实践与分析

（责任编辑：戚米莎）

１９９７：１９０－２１４．出版社，１９９８：２１８－２６０．（１）：４３－４７．２００２，３１

［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９６：１２３－１５２．

是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析和预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境———地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，以便及时采取安全补救措施。

参考文献

［１］

余志成，施文华．深基坑支护设计与施工［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２：２１７－２５０．

───────────────

第一作者简介：宋

臻，男，１９７４年１０月生，１９９７年毕业于青岛理

工大学，现为青岛理工大学土木工程学院２００４级在职硕士研究生，工程师，青岛建设集团公司总承包事业部，山东省青岛市南海支路５号３楼，

２６６０７１．

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＦｉｅｌｄＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ

ＰｉｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｃｈｅｍｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ＳＯＮＧＺｈｅｎ，ＹＵＭｉｎｇ－ｙａｎｇ，ＣＨＥＮＧＪｉ－ｈｏｎｇ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｃｈｅｍｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｅｓｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

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