位移测量

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位移测量范文第1篇

【关键词】FPGA 光栅信号 Verilog 辨向电路 计数电路

1 概述

光栅位移传感器是基于光栅莫尔条纹信息变换原理的模C数传感器[1]，光栅信号由于不受时间影响、抗干扰力强等优点，光栅传感器位置测量技术在医疗设备、精密现代化加工设备等方面得到了广泛的应用。目前光栅位移测量系统方案主要包括：光栅位移信号处理电路（滤波、降噪等）、控制单元、LCD显示电路及功能键。这些方案实现的方法各不相同，也各有不足[2，3]。例如：刘翠玲，赵权等人[2]提出运用单片机作为处理芯片，存在控制速度慢，精度低等不足；谢敏[3]提出使用一片FPGA芯片完成细分、辨向计数等功能，提高了数据处理的实时性，但存在人机界面不友好等不足。

针对目前光栅测量方案的不足，本文以FPGA为主芯片，采集光栅信号并对光栅进行细分，运用Verilog HDL语言对FPGA进行硬件编程，使FPGA实现细分、辨向、计数等功能，大大减轻单片机的负担，并运用单片机读取计数器的值并进行数学处理，使系统实现点、线、圆的测量等功能，最后用液晶显示屏显示结果或通过USB口将所测的元素上传到上位机后在屏幕上描绘出来，形成一个高速、人机界面友好、低成本、高精度的多功能测量系统，满足机床测量的需求。

2 系统总体设计

该测量系统选用低成本的新天光电50线/mm的光栅传感器，当它正常工作的时候，输出相差为900的TTL方波信号A+、B+和它的反信号A-、B-，以及R+和其反信号R-即参考点信号三组信号。

X轴、Y轴、Z轴分别连接3路光栅传感器，光栅传感器输出的三路信号经过FPGA里的四细分及辨向后，输出正向或反向脉冲信号并对其进行计数，然后单片机通过读取FPGA中数字量，并通过运算，得出光栅移动的位置，最后用LCD显示结果或通过USB口与PC机进行双向通讯。系统总体设计框图，如图1所示。

3 硬件设计

本系统硬件电路主要由光栅传感器、差分放大器MC3486、74HC14、LCD、单片机C8051F341和A3P030等组成。运用Flash架构FPGA的速度快、密度高、可在线修改等的特点，完成对光栅信号的处理，并实现对X轴、Y轴、Z轴光栅信号的细分、辨向、计数、位移测量的功能，其计数频率高达到200MHz，分辨率达26位。

3.1 FPGA模块设计

通过电子学细分提高光栅的精度，则必须要实现细分、辨向、计数的功能。本系统的设计主要是运用FPGA来实现细分、辨向和计数的逻辑电路，核心芯片采用的是actel公司的 A3P030，此芯片系统门电路多、运行速度极快、功耗低、掉电不易失、价格不错，克服了用DSP和单片机导致的运算速度慢的缺点。故常作为首选芯片。

3.1.1 四倍频细分原理

FPGA里的四细分电路的设计思路是：FPGA接收来自经过差分放大器、整形器后的2路相差900的A、B相信号，然后如果对A、B相信号的上升沿和下降沿都进行计数，从而实现四细分计数，使测量精度提高4倍。本文选用触发器D来获取A、B相信号的边沿脉冲，是因为D触发器的输出只有在时钟上升沿的时候才能随输入端D变化的特点。

3.1.2 辨向计数原理

D触发器能消除输入信号的尖脉冲影响，所以为了提高系统的抗干扰性能，选用经过第一个D触发器产生与时钟同步的信号A1、B1，再经过第二个D触发器产生与时钟同步的信号A2、B2。A2、B2与A1、B1分别延时一个时钟周期。

A1、B1是前一刻的状态，A2、B2是当前状态，分析A1、B1、A2、B2电平状态的关系可知：一个周期内，光栅正向运动时，A1B1A2B2电平值有（0010）、（1011）、（1101）、（0100）四个值，每发生一次这样的变化，可逆计数器进行加1；当光栅反向运动时，A1B1A2B2电平值有（0001）、（0111）、（1110）、（1000）四个值，每发生一次这样的变化，可逆计数器进行减1（四个状态前后相互关联，若状态不连续变化视为无效）。

将以上辑，运用Libero IDE软件、Verilog语言，实现辨向计数的功能。

3.1.3 FPGA软件程序设计

本系统设计的FPGA模块主要采用Verilog语言实现光栅信号的细分、辨向、计数、响应单片机发出测量的功能。其程序流程图，如图2所示。

3.2 单片机C8051F341模块设计

C8051F341单片机通过P0、P2口以读写控制线RD、WR与FPGA相连。通过访问外部寄存器的方式读写A3P030内部的辅助功能寄存器，以及读取计数寄存器的值并进行运算。（单片机按着坐标的顺序先发送X轴方向测得的数据，等 X轴的数据停止发送后，再发送Y轴的数据，最后发送Z轴的数据）。

3.3 通讯模块设计

本系统通讯模块设计采用SP3232E接收器能将单片机TXD脚传来的TTL电平转换成RS-232电平。T1IN脚接单片机的发送端即P1.1端口，PC机的RS-232的接收端口RD接T1OUT引脚。同时，R1OUT接单片机的接收端RXD1引脚即P1.0端口，PC机的RS-232的发送端TXD接R1IN引脚。

串口输出数据的协议设计如下：

GX±*********Y±*********Z±*********

（其中：G―传输这组数据的标志字，X、Y、Z―三个坐标数据标志字，±―数据的符号位，*―传输的具体数据（9个数据中包含一个小数点））。

4 测量原理

系统要测量的平面几何要素包括点、直线、圆的功能。本文综合运算能力及存储空间等因素考虑，曲线拟合算法采用经典的最小二乘法[4]。

4.1 线测量

线测量的功能是通过采集2-50个样点来测量一个线元素。当采集的样点多于2个时，系统会根据采集的样点求出一条最合适的直线。

假设所求的直线模型为：y=b0+b1x，利用n对观测值，求出回归系数b0，b1。采用最小二乘法，记

我们寻找使Q（b0，b1）达到最小值b0和b1。

假设光栅传感器在直线上采样30个点（用户可以设置采样的点数），运用MATLAB将这些点拟合成一条直线：y=2.7843+1.238x。拟合直线图，如图3所示。

4.2 圆测量

测量圆可通过在圆周上采集3-50个样点来测得。当采集的样点数多于3个时，系统会根据采集的样点数据求出一个最合适的圆。假设光栅传感器在圆上采集的一些点。运用MATLAB拟合出这个圆的模型，如图4所示。

4.3 实现方法

系统测量点、线、圆的功能主要运用keil软件编程，按测量键选择进入相应测量界面，单片机检测按键功能，然后调用相应的子程序。

5 结束语

针对本文设计采用FPGA对光栅进行细分，使其精度提高了4倍进行验证。利用仿真软件Libero IDE进行逻辑综合、布局布线、时序仿真测试，系统时钟约束设置为50MHZ，数据的时间说明情况如图10所示。以X[1]值为例，它的需求时间为20.764ns，到达时间为15.716ns，时间充裕量为5.048ns。说明该系统设计满足需求。

选取标准值为35.375mm的圆规，运用本文设计的光栅位移测量系统对该圆规的直径进行测量，得到所测的圆直径结果为35.378mm，偏差为+0.003mm。说明此系统的设计满足精度要求。

参考文献

[1]王庆有.光电技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2]刘翠玲，赵权，刘天亮.基于AT89C52的多路智能测控仪[J].仪表技术与传感器，2006（01）：15-17.

[3]谢敏.基于FPGA的多路光攀据采集系统[D].合肥：合肥工业大学，2013：9-22.

[4]Xu Guowang，Liao Mingchao.A variety of methods of fit circle[J].Journal of Wuhan Polytechnic University，2002（04）：104-105

作者简介

汤攀（1990-），女，重庆市人。硕士学位。现为贵州大学计算机科学与技术学院研究生在读。主要研究方向为嵌入式应用技术。

位移测量范文第2篇

关键词：基坑监测工程位移测量技术重要性

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：

引言

随着高层建筑的不断增多，施工难度及要求越来越高，周边建筑物及深基坑施工安全也显得越来越重要。因此，在基坑施工过程中，要对基坑支护桩的水平位移进行全面的监测，变形监测的目的是要掌握变形体的实际性状，科学、准确、及时的分析和预报变形体的变形状况，对工程建筑物的施工和运营管理极为重要

1.基坑变形监测的重要性和必要性

理论、经验和监测相结合是指导基坑工程的设计和施工的正确途经，对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以前的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。开展基坑变形监测的重要性主要体现在几个方面。

1.1掌握基坑变形程度 根据监测得到的数据，可以及时了解基坑及周边建筑物和设施在施工过程中所受的影响及影响程度，发生的变形及变形程度，为施工单位提供变形系统资料，方便施工单位安排施工方案和进度。

1.2提供实时动态信息 基坑开挖过程中，由于各种因素的影响，基坑和周边建筑物和设施一直处于不稳定状态，并且其变化和变形无规律可循，这就必须靠施工现场的监测数据来了解基坑的实时变化，为施工单位提供动态的监测数据，方便施工单位安排施工方案和进度。

1.3发现和预报险情，根据很多已发生的基坑安全事故的工程分析、统计可知，几乎所有事故的发生都是由于施工单位对基坑施工过程中的监测工作的不重视，从而造成较严重的工程事故，甚至造成人员伤亡事故。分析研究监测数据，可及时发现和预报险情及险情的发展程度，为设计方改进设计方案和施工方采取安全补救措施提供可靠依据。

2.监测内容

2.1 周围环境监测

周围环境监测主要包括：邻近构筑物、地下管网、道路等设施变形的监测，邻近建筑物的倾斜、裂缝和沉降发生时间、过程的监测，表层和深层土体水平位移、沉降的监测，坑底隆起监测，桩侧土压力测试，土层孔隙水压力测试，地下水位监测。具体监测项目的选定需要综合考虑工程地质和水文地质条件、周围建筑物及地下管线、施工连受和基坑工程安全等级情况。

2.2 支护体系监测

支护体系监测主要包括：支护结构沉降监测，支护结构倾斜监测，支护体系应力监测，支护结构顶部水平位移监测，支护体系受力监测，支护体系完整性及强度监测。

3.监测仪器

通常情况下，基坑的监测是需要借助一些设备的，一般使用的仪器主要包含以下几种：

3.1 测斜仪：该仪器主要用在支护结构、土体水平位移的观测中。

3.2 水准仪和经纬仪：该设备主要用在测量地下管线、支护结构、周围环境等方面的沉降和变位。

3.3 深层沉降标：用于量测支护结构后土移的变化，以判断支护结构的稳定状态。

3.4 土压力计：用于量测支护结构后土体的压力状态是主动、被动还是静止的，或测量支护结构后土体的压力的大小、变化情况等，来检验设计中的判断支护结构的位移情况和计算精确度。

3.5 孔隙水压力计：为了能够较为准确的判断坑外土体的移动，可用该仪器来观测支护结构后孔隙水压力的变化情况。

3.6 水位计：为了检验降水效果就可以采用该仪器来量测支护结构后地下水位的变化情况。

3.7 钢筋应力计：为了判断支撑结构是否稳定，使用该设备来量测支撑结构的弯矩、轴力等。

3.8 温度计：温度对基坑有较大影响，为了能计算由温度变化引起的应力，则需要将温度计和钢筋应力计一起埋设在钢筋混凝土支撑中。

3.9 混凝土应变计：要计算相应支撑断面内的轴力，则需要采用混凝土应变计以测定支撑混凝土结构的应变。

3.10 低应变动测仪和超声波无损检测仪：用来检测支护结构的完整性和强度。

无论是哪种类型的监测仪器，在埋设前，都应从外观检验、防水性检验、压力率定和温度率定等几方面进行检验和率定。应变计、应力计、孔隙水压力计、土压力盒等各类传感器在埋设安装之前都应进行重复标定；水准仪、经纬仪、测斜仪等除须满足设计要求外，应每年由国家法定计量单位进行检验、校正，并出具合格证。

由于监测仪器设备的工作环境大多在室外甚至地下，而且埋设好的元件不能置换，因此，选用时还应考虑其可靠性、坚固性、经济性以及测量原理和方法、精度和量程等方面的因素。

4.监测点布置

4.1基准点布设及技术要求

4.1.1本次变形监测基准点:在施工区50m～100m外不受施工影响的稳定区域，采用深埋钢管水准基点标石方法，布设4个基准点；采用混凝土浇筑的方法布设4个～6个强制观测墩。

4.1.2基准点应设置在变形区域以外、位置稳定、易于长期保存的地方，并应定期复测。变形测量基准点的标石、标志埋设后，应达到稳定后方可开始观测。稳定期应根据观测要求与地质条件确定，不宜少于15d。

4.1.3监测期间先将基准点进行联测，然后再进行观测。

4.2变形监测点布设及工作量

本工程基坑的安全等级为一级，本监测工程按照一级基坑进行监测。考虑到监测目的和支护设计要求，确定监测的主要对象有:

4.2.1地表沉降观测点。根据设计要求沿基坑周边每间隔约40m布置一条地表沉降监测线，每条监测线依据设计要求分别布置2个～5个地表沉降监测点，共布置79个点。

4.2.2边坡坡顶位移和沉降监测点的埋设。基坑边坡顶部的水平位移与垂直位移观测点应沿基坑周边布置，在每边的中部和端部均应布置监测点，其监测点的间距不宜大于20m。为了便于对基坑进行监测，在离开边坡顶部20cm的地方采用洛阳铲人工钻进1．5m深的钻孔，灌注混凝土，并设置观测标志。

4.2.3基坑边坡深层水平位移监测。分别在基坑边坡顶部埋设测斜管，要求避开土钉设置，平面不大于50m的位置埋设测斜管。

4.2.4土钉内力监测。按照设计要求在土钉中设置102根应力计，测定土钉的受力状况，土钉测力计布设在土钉主筋上。

4.2.5周边构筑物监测。根据本工程场地条件，在基坑的影响范围内，根据设计要求布设观测点。

5.结语

总之，随着建筑物高度的不断增加，基坑深度也越来越深，施工难度更加复杂化，同时深基坑工程变形监测作为信息化施工的重要手段之一，也开始成为深基坑工程施工过程中必不可少的组成部分。因此，深基坑的变形监测将更为重要，要不断改善监测方法、监测的内容和提高精度，确保基坑施工的安全和稳定。

参考文献：

1.《建筑变形测量规范》JGJ8-2007

2.《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497-2009

位移测量范文第3篇

[关键词]变形监测 水平位移监测 基坑

引言

目前建筑物水平位移监测应用较多的方法有：视准线法和交会法。利用经纬仪或准直仪等光学仪器，在两个基准之间建立一个基准面，以该基准面为依据,测定出各个观测点的水平位移量,称为视准线法。视准线法可分为角度变化法(即测小角法)和移位法(活动标牌法)两种。如图1，测小角法就是利用精密经纬仪精确测定基线 与置镜点 到观测点 的连线 两视线之间的微小角度变化 ，通过公式 来计算位移变化。活动标牌法就是将活动标牌分别安置在各观测点上观测时使标牌中心在视线内，观测点对于基准面的偏离值可以在活动标牌的读数尺上直接测定。

交会法是利用两个基准点和变形观测点，构成一个三角形，测定这个三角形的一些边角元素，从而求得变形观测点的位置，进而计算出位移变化量的方法。前方交会法可用作拱坝、曲线桥梁、高层建筑等的位移监测。

1． 小角法

如图2所示，在基坑一定距离以外建立基准点，水平位移监测点的布设应尽量与基准点在一条直线上。具体操作时,沿监测点与基准点连线方向在一定远处(100～200m)选定一零方向，测定一定时间内，观测点与基准点连线与零方向间角度变化值，根据 ( 为观测点 至基准点的距离)计算基坑水平位移。此方法简单易行，便于实地操作，但需场地较为开阔，基准点应建立在离基坑一定距离以外，不受基坑开挖影响。

小角法测位移时基准点和水平位移监测点分布图：

在困难条件下基坑水平位移监测，以一条边为例，如图5，选定 、 两点为零方向，一般 、 可选为一定距离处清晰且固定的物体。在基坑监测中，需要测定的是与基坑边相垂直的位移。所以，零方向点与基准点应尽量处于平行于基坑边的直线上，从而 点位移可通过测定角度 的变化测出。

监测时，先测定角度 的大小 ,方向各观测点与基准点 的连线与 的夹角，以及 方向各观测点与 的连线与 的夹角。二次监测时,由于 点位移到 ，测定角度 的大小为 ,与第一次 相比将会有一定变化，设其变化为 ，如图6所示。

此时垂直于基坑边且离 点 处，作一标志 ,则 点即为 点首次观测时的位置。以 为基准点，分别测定 方向上各观测点与 的连线与 的夹角,与第一次测的角比较，利用小角法公式就可计算出观测点偏移量，同理可测定 方向上各点的位移量。为了推求公式中的 ，可在首次监测完成后，在垂直基坑边而离 点2cm处,定一点 ，测定角 的大小，设其与 的差为 ,则根据 ，可求得 。以后各期监测步骤都与二期相同,可以作为常量而采用首次求得的 值。因为测定的 点位移方向是一直垂直于基坑的，所以 值大小不会改变。

2．前方交会

前方交会多用于较大范围内的地表移动和大坝的变形观测。所采用的标志仍为前述的观测墩和觇标。

设已给定的建筑物变形测量坐标系统。 ， 为交会基线点，其坐标为 、 基线长 ，方向 观测角 ， ，如图7所示。

这样传统的计算方法可用下列简化方法代替：

当为前方交会角时， (3-33)

当为单三角形时，r角为经图形条件平差的数值

(3-34)

(3-35)

则 点的水平位移可按下式求得：

（1） 沿建筑物纵轴的方向位移量

(3-36)

（2） 沿建筑物横轴的方向位移量

(3-37)

式中

由于变形观测本身是一相对比较量，所以既不需要建立国家统一的坐标系统，又没有必要对基线测定提出过高的精度要求。

3． 自由设站法测定水平位移

该方法的思路：

如图8所示，已知 , 点的坐标，通过观测边长 、角度 、 来求出 点的坐标。然后观测 长度和角 读数来求出1点的坐标，同理2、3点的坐标可求的。

4． 观测点设站法

该方法的思路：

如图9所示， 、点是工作基点， 点是观测点， 、 分别是每期观测角度， 、 分别是观测点 分别到 、 工作基点的距离。

位移测量范文第4篇

关键词：基坑水平位移监测；自动化监测；常规监测；监测方法

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

近些年，随着现代化进程的推进，高层建筑、桥梁基础、过江隧道、过街通道、地下立交、地铁车站和区间隧道等工程大量涌现，特别是高层建筑为了满足抗震和抗风等结构要求，基坑开挖深度越来越大。这些基坑工程在开挖深度、平面尺寸、荷载条件、土体性质、施工环境、使用领域等方面各具特点，基坑变形监测成为工程建设中必不可少的重要环节。

基坑水平位移传统的监测方法是采用高精度电子全站仪进行基准线法或极坐标法等，此方法虽然技术可靠、精度高，但它是一种非连续的、劳动强度非常大的人工观测方法。本文介绍了一种基坑水平位移变形自动化监测方法，该监测方法特点是全自动无人值守，全天候不间断，实时高精度监测及预警实时自动连续的监测预警技术。此项技术已经成功应用于天津南开区东马路仁恒深基坑开挖过程中帽梁水平位移的监测。

2 监测原理

2.1 水平位移自动化监测方法

采用菲涅尔波带板激光准直测量法。图1所示为水平位移实时自动监测及预警系统的概念图，该系统主要由氦氖激光器、菲涅尔波带板、CCD传感器、GPRS模块、计算机等部分组成。系统的工作原理为：在水平位移点上设置菲涅尔波带板，在不受水平位移影响的地方安置激光器和CCD传感器，激光器发出的激光束应大致垂直于水平位移的方向，激光束经菲涅尔波带板衍射后成像在CCD传感器的视场中，在CCD的视场中放置一承像面，当发生水平位移时，波带板的位置也随之变化，这时由CCD传感器获取的承像面上的激光衍射光斑的坐标值会出现偏差，此偏差值由与CCD相连的计算机采集后，再根据激光器、波带板、CCD三者的位置关系，以及波带板的焦距等参数， 推算出波带板处的水平位移量，最后用GPRS模块将水平位移量通过GSM无线通信网传输到预警中心。

平位移实时自动监测及预警系统 图1

2.2水平位移常规监测方法

围护桩帽梁顶水平位移监测采用电子全站仪（如图2所示）基准线法和极坐标法同时进行观测。基准线法指的是沿基坑边建立基准线，基准线的两端点按照两级控制的原理设置。首级控制点为基准原点，一般布设在工地现场以外不受基坑位移影响的地方；第二级控制点为工作基点即基准线的两端点，一般布设在工地现场内且受位移影响相对很小的地方，实际布设时，对于矩形基坑，工作基点常布设在矩形凹角上。测量时，首先用基准原点检测工作基点，如果工作基点有位移，则对其坐标进行修正，然后用工作基点监测布设在帽梁上的水平位移点。首次测量时，采用坐标法测定工作基点和测点的初始坐标。每次观测时，在基准线的一端安置电子全站仪，照准基准线的另一端，然后将基准线投射到水平位移点的旁边，通过量取水平位移点离开基准线的水平偏距，并从两次观测所得水平偏距之差，即可得知两次期间水平位移点的位移量。极坐标法是利用起算点坐标和实测的边长夹角，解算出每个待测点的绝对坐标，进而求出每个测点的变化矢量。

图2

3 工程实例

3.1 工程概况

本工程位于天津市南开区东马路与水阁大街交口，本工程东边距离仁慈堂约14米,北边距离水阁大街约35米，西边距离东马路约8米，南边为仁恒二期工程。该工程由仁恒发展（天津）有限公司开发。本工程整个地块呈L型，基坑开挖深度约21米，局部电梯井和集水井开挖深度达约24米，基坑周边长度约为520米，基坑开挖面积约13000m2。本工程支护总体采用钢筋混凝土灌注桩支护，设置四道水平支撑体系，大部分位置采用Φ1300@1500钢筋混凝土灌注桩，靠近保护建筑仁慈堂一侧采用Φ1500@1700钢筋混凝土灌注桩。根据工程要求需设置36米以上的超深止水帷幕，在基坑西、北、东三侧靠近，周边有道路和重点保护建筑，采用较为可靠的TRD工法（等厚水泥土地下连续墙工法），南侧靠近二期场地范围，采用三轴止水帷幕。止水帷幕深度36.5米。基坑开挖深度深，基坑工程安全等级为一级，监测工作十分重要。

3.2 监测点布设

监测点的布置应能反映监测对象的实际状态及变化趋势；监测标志应稳固、明显、结构合理，监测点的位置应避开障碍物，便于观测；同时布设监测点考虑到自动化监测的成本。遵循以上要求，该工程共布设8个监测点，如图3所示。

监测点布设平面位置示意图图3

3.3监测技术措施

根据《建筑变形测量规程》（JGJ／T8－97）的规定以及该工程的实际情况，对其采用一级精度监测，对于水平位移监测点，其误差不超过±1mm。为了确保监测成果的质量，除按上述的技术要点进行监测外，还必须采取如下的技术措施：

(1)两检校:

1）对所用的仪器在监测过程中作定期检定和校正；

2）对每个基准点和工作基点作定期的检测和修正。

(2)四固定:

1）所用仪器设备要固定；

2）监测人员要固定；

3）监测的条件、环境基本相同；

4）监测的方法、路线、镜位及程序要固定。

3.4监测成果表

自动化和常规监测成果表 表1

3.5监测数据分析

2012年11月30日自动化和常规水平位移监测数据（表1）来看，二者之差最大为1mm（2测点）；2012年12月30日自动化和常规水平位移监测数据（表1）来看，二者之差最大为2mm（1测点）；2013年1月30日自动化和常规水平位移监测数据（表1）来看，二者之差最大为-2mm（4测点）；这说明此监测方法测量精度是满足要求的。

4结论

（1）本文介绍的基坑帽梁水平位移变形的全新自动监测方法，是确保其施工质量和施工安全、实现其真正的信息化施工的重要手段。

（2）该监测方法特点是全自动无人值守，全天候不间断，实时高精度监测及预警实时自动连续的监测预警技术。

（3）从此次试验所得数据来看，该监测方法与常规的电子全站仪测量基坑帽梁水平位移方法相比，说明此监测方法测量精度是满足要求的。可以推广应用于深基坑开挖等其他类似工程施工的安全监测中，从而可以大大降低劳动强度，提高监测效率。

参考文献

[1] GB50497-2009 建筑基坑工程监测技术规范[S].

位移测量范文第5篇

关键字：地铁；明挖基坑；围护桩；深部水平位移；监控量测

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：

1 基坑深部水平位移测试原理

基坑深部水平位移测试采用测斜仪, 它可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器。测斜仪分为活动式和固定式两种, 在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。活动式测斜仪按测头传感元件不同, 又可细分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服加速度计式四种。

基坑变形观测通常采用滑动式测斜仪，主要由测斜管、探头、电缆和主机四部分组成。工程应用时，首先在土体( 桩体) 中预埋测斜管，土体( 桩体) 发生变形后，整个测斜管也产生相应变形，测斜探头滑轮顺槽逐点测试，从而可精确测出水平位移量。根据位移量的大小，做出预报，指导施工。

2 海事大学地铁站明挖基坑测斜监测技术

2.1工程概况

海事大学站设在黄浦路与凌南路交口南侧道路下，沿黄浦路敷设，车站主体基本为南北走向。车站中心里程为DK19+765.165。

海事大学站设计范围包括自车站起点里程DK19+644.965至车站终点里程DK19+819.965总长175.0m之间的站厅、站台、出入口通道及风道的建筑设计部分。

本站为地下双层岛式站，覆土厚度约3.2m。地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站总长175m，标准段宽18.5m，海事大学站站台宽度为10m，计算站台长度118m。

车站主体的二层框架结构的基坑采用φ1000@1400mm钻孔灌注桩（外设止水帷幕）加内支撑作为基坑支护结构，桩顶设冠梁，坑内降水。沿基坑竖向设4道钢支撑，第一道支撑设在冠梁上，其它三道钢支撑通过钢围檩分别设在结构-4.0m、-9.0m及14.5m。基坑平面内一般采用对撑，在端部与角部采用斜撑。

2.2 测点布置

沿海事大学地铁车站围护结构每隔15m设一个测斜管，深度与钻孔灌注桩的钢筋笼相当，平行于黄浦路方向双侧各布置12个，垂直方向双侧各布置3个，累计布置26个测斜管。

2.4 监测方法

（1）、测斜管的安装。测斜管采用绑扎方法固定在钢筋笼上，一起吊入孔中。在进行测斜管管段连接时，必须将上下管段的滑槽对准，使测斜管的探头在管内平滑移动。为了防止砼浆进入管内，还应对接头密封处理。

（2）、测试过程。深部水平位移监测采用TFL-CCX-D1移动式测斜仪，移动式测斜仪量程±30°，辨率为2″，线性±0.025%，精度5″。不锈钢连接杆与滑轮组件连接后，安装在带导槽的测斜管中与测斜管一起移动，以监测基坑的水平位移。配合自动化数据采集设备，通过对量测仪器轴线与铅垂线之间的夹角变化量进行分析，进而计算出基坑不同高处的水平位移。

（3）、监测频率。深部水平位移监测在围护结构施工期间每周监测2次，坑内降水每3天监测1次，基坑开挖每天1次，浇筑底板后每3天1次，拆除支撑期间每天1次。

3 监测分析

3.1 基坑降水对桩体水平位移的影响

为了避免地铁海事大学站基坑开挖过程中产生流沙、管涌，防止基坑壁土体的坍塌，保证基坑坡面及坡底的稳定，在基坑开挖前采用了无隔水帷幕轻型井点降水法，降水过程中，对桩体水平位移进行了监测，由CXE03桩体深部水平位移曲线可以看出，基坑降水对桩体深部位移影响不同，浅部（12m)影响较小，最大深部水平位移为0.5mm，约为浅部的三分之一。

基坑降水能够引起土体的瞬时沉降、固结及土体流变产生的二次固结，根据土体有效应力原理，土体的总体应力为土体骨架应力和孔隙水压力，当降水后，原由孔隙水承担的压力转移到土体骨架的有效应力，使桩周土有效应力增大，并因固结产生显著下沉，对桩体产生了侧向负摩擦阻力和荷载，导致了桩体不同程度的变形。基坑降水周期较短，降水后，桩体上部土体失水固结较下部充分，故桩体下部水平位移较小。

CXE03桩体深部水平位移曲线表明基坑降水尽管导致桩周土的固结沉降并对桩体产生变形，约为基坑开挖诱发桩体变形10%。因此，当基坑开挖时，应采取一定的降水措施。

3.2、基坑开挖对桩体水平位移的影响

当基坑开挖到4m时，桩体4.0m位置的的水平位移由1.16mm增加到4.23mm，增加幅度为2.33倍。桩体0.5m位置的的水平位移由6.9mm增加到7.8mm，为施工当前位置的1.05倍。桩体1.0m位置的的水平位移由5.6mm增加到7.4mm，为施工当前位置的2.12倍。桩体1.5m位置的的水平位移由5.5mm增加到7.2mm，为施工当前位置的1.79倍。桩体2.0m位置的的水平位移由6.9mm增加到8.49mm，为施工当前位置的1.51倍。桩体3.0m位置的的水平位移由2.20mm增加到5.47mm，为施工当前位置的2.93倍。随着基坑开挖深度的增加，桩体深部水平位移逐渐在增大，最大水平位移为12.19-14.53mm，并施工开挖阶段水平位移站全部水平为移动的60%-80%。基坑开挖对上部桩体的水平位移影响较为明显，较为开挖的桩体影响较小，对开挖面以下影响范围大约在1-2m，基坑开挖导致开挖面突然卸载，桩及桩周土瞬间处于不平衡状态，导致桩体及桩周土的变形增加。在基坑开挖时应及时对开挖基坑壁进行支护，并进行及时桩体水平位移监测能够实现基坑信息化施工。

3.3、钢支撑支护对桩体水平位移的影响

大连地铁海事大学车站基坑开挖过程中，进行了3次钢支撑支护，分别在桩体的4.0m，9.0m及14m位置。为了便于分析，绘出4.0m支撑附近位置桩体3.0m至5.0m位置水平位移曲线见图7所示。4.0m位置的桩体架设支撑时水平位移为1.67mm，为3.0m位置桩体架水平位移的72%，为5.0m位置桩体架水平位移的327.45%，主体施工结束以后4.0m位置的桩体水平位移为9.2mm，为3.0m位置桩体架水平位移的61.3%，为5.0m位置桩体架水平位移的69.9%。由此可见钢支撑对控制桩体水平位移具有显著的作用。

4结束语

通过对大连地铁海事大学地铁站基坑施工的监测分析，该基坑的降水、围护及支护方案满足基坑稳定性的要求，证明了基坑设计和基坑施工的合理性。

大连地铁海事大学地铁站基坑施工过程中的桩体深部位移监测表明，基坑降水、基坑开挖、主体施工（含拆除支撑）等工序对基坑土体及围护结构水平位移都有重要的影响，其中基坑开挖的影响最为明显，约占整体水平位移的60-80%，在基坑信息化施工过程中，围护桩的深部水平位移监测是一个关键性指标。在基坑开挖时应及时对开挖基坑壁进行支护。

钢支撑对控制桩体水平位移具有显著的作用，对局部软弱地层等不良地质条件应及时架设钢支撑，能够有效地控制基坑围护结构及基坑壁变形，避免灾难性基坑事故的发生。

参考文献：

[1]Finno RJ, Bryson LS. Response of building adjacent to stiff excavation support system in soft clay [J]. Journal of Performance of Constructed Facilities, ASCE, 2002, 16(1):10-20.