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支撑技术 基于测量机器人的地铁施工中深基坑变形监测方法刘宗运（中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队）【摘要】为保证地铁施工深基坑施工作业的安全，提高深基坑施工效率，文章以某地铁深基坑施工项目为例，采用测量机器人技术，实现了深基坑施工数据的自动化采集、处理和传输。最后结合实际监测结果，分析了深基坑变形情况。研究结果表明，该项技术可以实现深基坑变形的自动化监测，能够为深基坑施工作业的开展提供参考。【关键词】测量机器人；地铁施工；深基坑变形监测中图分类号：TU753；U231.3 DOI：10.13655/ki.ibci.2024.02.011Deformation Monitoring Method of Deep Foundation Pit in Subway Construction Based on Measuring RobotLIU Zong-yun（Jiangsu Branch of China National Geological Exploration Center of Biuilding Materials Industry）【Abstract】In order to ensure the safety of deep foundation pit construction and improve the efficiency of deep foundation pit construction,this paper takes a subway deep foundation pit construction project as an example,and adopts the measuring robot technology to realize the automatic collection,processing and transmission of the construction data of deep foundation pit.Finally,combined with the actual monitoring results,the deformation of deep foundation pit is analyzed.The research results show that this technology can realize the automatic monitoring of deep foundation pit deformation,and can provide reference for deep foundation pit construction.【Keywords】survey robot;subway construction;deformation monitoring of deep foundation pit1 引言目前深基坑变形监测存在监测效率低、易受外部因素干扰、监测精度低等问题，无法满足地铁深基坑施工要求。而测量机器人集成了高精度的测角和测距系统，无论是监测精度还是监测工作效率，都比传统监测方式高，将其应用于地铁深基坑施工作业中对提高施工安全性具有重要意义。2 工程实例2.1 工程概况某地铁基坑施工项目东西长为3500m，南北长为90m270m，该项目包括A、B、C、D四个区块，其中D区块D1、D2基坑分布于隧道路线中线两侧位置。D2基坑与地铁隧道线之间的距离为170m，基坑最大开挖深度为5m，D2基坑与地铁线距离较远，对地铁建设工程影响较小；D1基坑处于地铁隧道线上方位置，故对地铁隧道建设工程影响较大。为保证地铁建设工作顺利开展，对D1基坑顶部水平位移（JC）、道路沉降监测（DC）、支撑应力监测（ZC）、立柱竖向位移（LZ）、管线沉降监测（1-1）。该工程采用从上至下的开挖方式，由于受施工空间和地质条件的限制，基坑开挖施工采用分段和分层方法，每段开挖长度不超过30m，分层开发深度不超过2m。详细施工工序如表1所示。表1 基坑施工工序施工工序123456开挖深度/m04.310.515.32121施工方案咬合桩施工第一次开挖，安装第一层支撑第一次降水，第二次开挖，安装第二层支撑第二次降水，第三次开挖，安装第三层支撑第三次降水，第四次开挖基坑底板及地下室施工阶段施工天数/d50243642351002.2 监测点位布设基准点布设于基坑监测范围50环之外，D1基坑40 支撑技术 监测区域外两侧共布设8个基准点；上行线和下行线分别布设8个基准点。基准点采用大棱镜，利用螺栓将其固定于隧道侧壁，为基准点监测数据准确性，需要定期对基准点进行调整1。基坑监测区域内每隔6m（5环）设置一个监测断面，基坑每个监测断面均布设4个监测点；基坑下行线和上行线分别设置32个监测断面，监测点数共128个；基坑水平直径腰点位置设置2个小棱镜，用于监测基坑水平和竖向位移；基坑底部左右两侧分别设置1个小棱镜，用于监测基坑沉降；立柱沉降和水平位移小棱镜设置20个；支撑应力小棱镜设置63个；管线沉降小棱镜设置15个。2.3 监测实施基坑变形监测数据由自动化数据采集系统实现，测量作业采用两台徕卡TM60精密监测机器人，以便于变形监测观测，在基坑混凝土支撑上设置对中观测墩，并安装观测仪器。基坑围护结构变形监测采用滑动式测斜仪进行观测，每个斜侧孔位均安装一台自动测斜仪。基坑坑外水位和支撑轴力采用无线通信传感器收集数据，每个混凝土支撑应力监测断面设置4个钢筋计。本次基坑监测项目传感器较多，为便于收集数据，在基坑四周安装4个数据采集箱2。3 监测数据分析3.1 基坑水平位移监测分析基坑顶部水平位移监测曲线分析，随着地铁基坑施工工作的开展，坡顶产生的向内水平位移增大，其中基坑北侧和南侧水平位移呈中轴线两侧水平位移减小，中轴线位置水平位移增大的变化趋势。通过分析北侧和南侧基坑水平位移发现，基坑北侧水平位移大于南侧位移，该情况可能是受施工现场地层分布和施工顺序影响3。基坑施工过程中首先从北侧开始施工逐渐向南侧基坑分段移动，因此基坑北侧位移变化时间较早，此外北侧围护结构放置时间较长，因此北侧围护结构位移量更大。基坑北侧位置 JC3 监测点水平位移最大，水平位移量为8.9mm，南侧位置JC15监测点水平位移最大，水平位移量为6.4mm，基坑南侧和北侧水平位移量均未超过预警值25mm，位移情况满足施工要求。基坑东侧和西侧坑顶水平位移情况与南侧和北侧变化基本一致。随着基坑施工工作的开展，东侧和西侧围护结构变形位移量逐渐增大，位移变化直至工序六开展中期阶段位移变化逐渐平稳。由于受地层分布和基坑开挖施工等因素影响，基坑西侧位置位移水平大于东侧位置4。基坑西侧坑顶最大水平位移量为JC20和JC21，水平位移量均为8.2mm；东侧坑顶最大水平位移为 JC7，水平位移量为7.1mm，东侧和西侧基坑坑顶最大水平位移量均未超过警戒值25nn，满足基坑施工要求。3.2 地表沉降监测分析基坑施工工作开展后，受被动和主动土层压力相互作用的影响，基坑围护结构呈现向基坑内位移的情况，导致基坑周围土体也出现位移，其中基坑北侧和东侧位置沉降变化较大。随着基坑开挖工作的开展，基坑北侧地表沉降变化量大于东侧，由于北侧为施工车辆通行主要道路，受到外部因素影响，基坑北侧沉降变化量较大。从北侧地表沉降变化来看，基坑北侧地表沉降中轴线沉降变化量较大，两侧位移沉降变化较小，呈现抛物线型规律；基坑东侧地表沉降呈现DC6DC10逐渐减小的变化趋势，东侧地表沉降变化呈现由北向南逐渐减小的趋势。基坑北侧和东侧在施工工序六阶段均逐渐趋于平稳5。3.3 管线变形监测分析基坑外管线变形监测分析，基坑外围护结构管线监测点4-2位置存在较大位移变化量，位移量逐渐向中轴线两侧位置减小。管线工序四、五、六阶段2-2监测点管线沉降位移和水平位移曲面呈现抛物线型，中轴线位置管线位移变化量较大，两侧位置位移变化量逐渐减小，该变化情况比较符合基坑沉降管线变形和空间效应形式。随着基坑开挖施工工作的开展，管线竖向和水平位移变化量逐渐增大，其中工序五阶段管线位移变化量较大，该施工阶段为基坑最后开挖阶段，由于基坑深度较大，支护措施不够完善，在前几阶段基坑开发施工过程中，基坑产生较大位移变化，因此导致管线出现较大位移变化。施工工序三阶段管线竖向变形变化量较大，该阶段基坑开挖施工地层主要为淤泥和填石，开挖施工作业和降水处理措施对周围土地扰动影响较大，因此导致管线监测点3-2、4-2、5-2出现较大的竖向位移变化。从以上监测结果来看，管线竖向和水平位移变化均小于警戒值120mm，但41 支撑技术 是部分区域管线沉降变化量大于20mm，在基坑开挖施工过程中需要对管线位移变化进行重点监控，避免管线破坏给施工单位带来巨大经济损失。3.4 支柱变形及支撑应力监测分析随着基坑开发施工工作的开展，支柱位移变化量逐渐增大，至工序六阶段位移变化逐渐稳定。由于受工序三阶段淤泥和填石岩土层体质影响，工序三阶段基坑竖向位移变化量最大。从图中可以看出，基坑支柱竖向位移变化量较大的监测点为LZ8，位移变化监测量为 5.2mm，该变化小于警戒值25mm，满足施工要求。基坑开挖施工过程中，基坑围护结构逐渐向基坑内位移，该位移变化产生的压应力对基坑支撑造成了挤压，导致基坑内支撑应力处于动态变化状态。表2所示基坑支撑应力监测结果，从表中可以看出，随着基坑开挖施工的开展，基坑支撑轴应力呈现逐渐增大的变化趋势。基坑底板施工阶段，基坑第一层内支撑西北侧位置ZC1-1支撑应力变化较大，西北侧支柱最大应力变化最大的监测点位ZC1-2，其支撑应力为-10930.60kN。基坑第三层支撑中心位置和东南位置支撑轴应力变化较大，该位置应力变化 最 大 的 监 测 点 为 ZC8-3，该 支 撑 轴 应 力 为-8808.93kN，基坑中心轴支柱最大应力变化监测点位ZC19-3，该支撑轴应力为-8827.56kN，从以上监测结果来看，所有支撑轴应力变化均小于预警值-13000kn，满足基坑施工要求。4 结语综上所述，本文以某地铁基坑施工工程为例，利用测量机器人对基坑施工过程中引起的管线位移、水平位移、支柱应力和变形、地表沉降在空间与时间上的变化规律进行监测。并与实际工程监测预警值进行对比分析，验证分析结果的合理性。基坑施工过程中，随着开挖作业的开展，基坑支柱应力和基坑变形逐渐增大，在空间上基坑围护结构地表沉降、水平位移、管线位移呈现中轴线位移变形变化量大，两侧位移变化量小的趋势。参考文献1 顾炜澄.串联TM50测量机器人在隧道变形监测中的应用J.地理空间信息，2022，20（10）：138-141.2 杨辉，贾彦昌，朱荣泽，闫竣杰.测量机器人自动化监测系统在顶管上跨地铁隧道工程中的应用J.长江信息通信，2022，35（9）：4-7.3 邹道磊，楚国天，代杰.拓普康MS05AXII测量机器人在基坑变形监测中的应用J.科学技术创新，2022（20）：161-164.4 张广源，盖忠奎，刘晗.测量机器人的基本开发及其数据处理研究J.测绘与空间地理信息，2022，45（6）：223-225+228.5 姜信东.测量机器人在地铁隧道自动化监测中的应用J.西部探矿工程，2022，34（2）：167-168+170.表2 基坑支撑应力监测结果 kN监测点ZC1-1ZC2-1ZC5-1ZC8-1ZC9-1ZC13-1ZC14-1ZC19-1ZC20-1ZC1-2ZC2-2ZC5-2ZC8-2ZC9-2工序二-8.73-19.79-12.67-4.12-8.00-3.55-11.65-11.92-10.11工序三-8.98-21.57-12.56-2.18-3.80-3.19-12.30-10.27-9.13-3063.77-3734.96-4423.70-3026.07-4032.26工序四126.75-7029.04-2886.77-2566.11-5476.81-1616.98-4095.64-4594.77-5127.42-5195.75-4587.83-5192.18-3394.99-4865.91工序五365.59-6929.88-2703.14-1332.09-4647.03-968.81-4021.45-4374.49-4124.01-6760.48-6246.11-6482.78-4511.58-7685.14监测点ZC13-2ZC14-2ZC19-2ZC20-2ZC1-3ZC2-3ZC5-3ZC8-3ZC9-3ZC13-3ZC14-3ZC19-3ZC20-3工序二工序三-2498.72-3662.37-4119.83-7193.58工序四-3951.05-4885.56-7025.32-7649.08-1453.01-1980.25244.75-856.77-155.490.000.04-3103.8059.47工序五-7608.84-8210.22-10930.6-9092.33-3329.22-7390.70-6569.22-8808.93-5924.73-2727.36-6693.31-8827.56-7334.7842