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位移測量范文第1篇

【關鍵詞】FPGA 光柵信號 Verilog 辨向電路 計數電路

1 概述

光柵位移傳感器是基于光柵莫爾條紋信息變換原理的模C數傳感器[1]，光柵信號由于不受時間影響、抗干擾力強等優點，光柵傳感器位置測量技術在醫療設備、精密現代化加工設備等方面得到了廣泛的應用。目前光柵位移測量系統方案主要包括：光柵位移信號處理電路（濾波、降噪等）、控制單元、LCD顯示電路及功能鍵。這些方案實現的方法各不相同，也各有不足[2，3]。例如：劉翠玲，趙權等人[2]提出運用單片機作為處理芯片，存在控制速度慢，精度低等不足；謝敏[3]提出使用一片FPGA芯片完成細分、辨向計數等功能，提高了數據處理的實時性，但存在人機界面不友好等不足。

針對目前光柵測量方案的不足，本文以FPGA為主芯片，采集光柵信號并對光柵進行細分，運用Verilog HDL語言對FPGA進行硬件編程，使FPGA實現細分、辨向、計數等功能，大大減輕單片機的負擔，并運用單片機讀取計數器的值并進行數學處理，使系統實現點、線、圓的測量等功能，最后用液晶顯示屏顯示結果或通過USB口將所測的元素上傳到上位機后在屏幕上描繪出來，形成一個高速、人機界面友好、低成本、高精度的多功能測量系統，滿足機床測量的需求。

2 系統總體設計

該測量系統選用低成本的新天光電50線/mm的光柵傳感器，當它正常工作的時候，輸出相差為900的TTL方波信號A+、B+和它的反信號A-、B-，以及R+和其反信號R-即參考點信號三組信號。

X軸、Y軸、Z軸分別連接3路光柵傳感器，光柵傳感器輸出的三路信號經過FPGA里的四細分及辨向后，輸出正向或反向脈沖信號并對其進行計數，然后單片機通過讀取FPGA中數字量，并通過運算，得出光柵移動的位置，最后用LCD顯示結果或通過USB口與PC機進行雙向通訊。系統總體設計框圖，如圖1所示。

3 硬件設計

本系統硬件電路主要由光柵傳感器、差分放大器MC3486、74HC14、LCD、單片機C8051F341和A3P030等組成。運用Flash架構FPGA的速度快、密度高、可在線修改等的特點，完成對光柵信號的處理，并實現對X軸、Y軸、Z軸光柵信號的細分、辨向、計數、位移測量的功能，其計數頻率高達到200MHz，分辨率達26位。

3.1 FPGA模塊設計

通過電子學細分提高光柵的精度，則必須要實現細分、辨向、計數的功能。本系統的設計主要是運用FPGA來實現細分、辨向和計數的邏輯電路，核心芯片采用的是actel公司的 A3P030，此芯片系統門電路多、運行速度極快、功耗低、掉電不易失、價格不錯，克服了用DSP和單片機導致的運算速度慢的缺點。故常作為首選芯片。

3.1.1 四倍頻細分原理

FPGA里的四細分電路的設計思路是：FPGA接收來自經過差分放大器、整形器后的2路相差900的A、B相信號，然后如果對A、B相信號的上升沿和下降沿都進行計數，從而實現四細分計數，使測量精度提高4倍。本文選用觸發器D來獲取A、B相信號的邊沿脈沖，是因為D觸發器的輸出只有在時鐘上升沿的時候才能隨輸入端D變化的特點。

3.1.2 辨向計數原理

D觸發器能消除輸入信號的尖脈沖影響，所以為了提高系統的抗干擾性能，選用經過第一個D觸發器產生與時鐘同步的信號A1、B1，再經過第二個D觸發器產生與時鐘同步的信號A2、B2。A2、B2與A1、B1分別延時一個時鐘周期。

A1、B1是前一刻的狀態，A2、B2是當前狀態，分析A1、B1、A2、B2電平狀態的關系可知：一個周期內，光柵正向運動時，A1B1A2B2電平值有（0010）、（1011）、（1101）、（0100）四個值，每發生一次這樣的變化，可逆計數器進行加1；當光柵反向運動時，A1B1A2B2電平值有（0001）、（0111）、（1110）、（1000）四個值，每發生一次這樣的變化，可逆計數器進行減1（四個狀態前后相互關聯，若狀態不連續變化視為無效）。

將以上輯，運用Libero IDE軟件、Verilog語言，實現辨向計數的功能。

3.1.3 FPGA軟件程序設計

本系統設計的FPGA模塊主要采用Verilog語言實現光柵信號的細分、辨向、計數、響應單片機發出測量的功能。其程序流程圖，如圖2所示。

3.2 單片機C8051F341模塊設計

C8051F341單片機通過P0、P2口以讀寫控制線RD、WR與FPGA相連。通過訪問外部寄存器的方式讀寫A3P030內部的輔助功能寄存器，以及讀取計數寄存器的值并進行運算。（單片機按著坐標的順序先發送X軸方向測得的數據，等 X軸的數據停止發送后，再發送Y軸的數據，最后發送Z軸的數據）。

3.3 通訊模塊設計

本系統通訊模塊設計采用SP3232E接收器能將單片機TXD腳傳來的TTL電平轉換成RS-232電平。T1IN腳接單片機的發送端即P1.1端口，PC機的RS-232的接收端口RD接T1OUT引腳。同時，R1OUT接單片機的接收端RXD1引腳即P1.0端口，PC機的RS-232的發送端TXD接R1IN引腳。

串口輸出數據的協議設計如下：

GX±*********Y±*********Z±*********

（其中：G―傳輸這組數據的標志字，X、Y、Z―三個坐標數據標志字，±―數據的符號位，*―傳輸的具體數據（9個數據中包含一個小數點））。

4 測量原理

系統要測量的平面幾何要素包括點、直線、圓的功能。本文綜合運算能力及存儲空間等因素考慮，曲線擬合算法采用經典的最小二乘法[4]。

4.1 線測量

線測量的功能是通過采集2-50個樣點來測量一個線元素。當采集的樣點多于2個時，系統會根據采集的樣點求出一條最合適的直線。

假設所求的直線模型為：y=b0+b1x，利用n對觀測值，求出回歸系數b0，b1。采用最小二乘法，記

我們尋找使Q（b0，b1）達到最小值b0和b1。

假設光柵傳感器在直線上采樣30個點（用戶可以設置采樣的點數），運用MATLAB將這些點擬合成一條直線：y=2.7843+1.238x。擬合直線圖，如圖3所示。

4.2 圓測量

測量圓可通過在圓周上采集3-50個樣點來測得。當采集的樣點數多于3個時，系統會根據采集的樣點數據求出一個最合適的圓。假設光柵傳感器在圓上采集的一些點。運用MATLAB擬合出這個圓的模型，如圖4所示。

4.3 實現方法

系統測量點、線、圓的功能主要運用keil軟件編程，按測量鍵選擇進入相應測量界面，單片機檢測按鍵功能，然后調用相應的子程序。

5 結束語

針對本文設計采用FPGA對光柵進行細分，使其精度提高了4倍進行驗證。利用仿真軟件Libero IDE進行邏輯綜合、布局布線、時序仿真測試，系統時鐘約束設置為50MHZ，數據的時間說明情況如圖10所示。以X[1]值為例，它的需求時間為20.764ns，到達時間為15.716ns，時間充裕量為5.048ns。說明該系統設計滿足需求。

選取標準值為35.375mm的圓規，運用本文設計的光柵位移測量系統對該圓規的直徑進行測量，得到所測的圓直徑結果為35.378mm，偏差為+0.003mm。說明此系統的設計滿足精度要求。

參考文獻

[1]王慶有.光電技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]劉翠玲，趙權，劉天亮.基于AT89C52的多路智能測控儀[J].儀表技術與傳感器，2006（01）：15-17.

[3]謝敏.基于FPGA的多路光攀據采集系統[D].合肥：合肥工業大學，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

作者簡介

湯攀（1990-），女，重慶市人。碩士學位。現為貴州大學計算機科學與技術學院研究生在讀。主要研究方向為嵌入式應用技術。

位移測量范文第2篇

關鍵詞：基坑監測工程位移測量技術重要性

中圖分類號：TV551.4文獻標識碼：A 文章編號：

引言

隨著高層建筑的不斷增多，施工難度及要求越來越高，周邊建筑物及深基坑施工安全也顯得越來越重要。因此，在基坑施工過程中，要對基坑支護樁的水平位移進行全面的監測，變形監測的目的是要掌握變形體的實際性狀，科學、準確、及時的分析和預報變形體的變形狀況，對工程建筑物的施工和運營管理極為重要

1.基坑變形監測的重要性和必要性

理論、經驗和監測相結合是指導基坑工程的設計和施工的正確途經，對于復雜的大中型工程或環境要求嚴格的項目，往往難從以前的經驗中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現場監測。開展基坑變形監測的重要性主要體現在幾個方面。

1.1掌握基坑變形程度 根據監測得到的數據，可以及時了解基坑及周邊建筑物和設施在施工過程中所受的影響及影響程度，發生的變形及變形程度，為施工單位提供變形系統資料，方便施工單位安排施工方案和進度。

1.2提供實時動態信息 基坑開挖過程中，由于各種因素的影響，基坑和周邊建筑物和設施一直處于不穩定狀態，并且其變化和變形無規律可循，這就必須靠施工現場的監測數據來了解基坑的實時變化，為施工單位提供動態的監測數據，方便施工單位安排施工方案和進度。

1.3發現和預報險情，根據很多已發生的基坑安全事故的工程分析、統計可知，幾乎所有事故的發生都是由于施工單位對基坑施工過程中的監測工作的不重視，從而造成較嚴重的工程事故，甚至造成人員傷亡事故。分析研究監測數據，可及時發現和預報險情及險情的發展程度，為設計方改進設計方案和施工方采取安全補救措施提供可靠依據。

2.監測內容

2.1 周圍環境監測

周圍環境監測主要包括：鄰近構筑物、地下管網、道路等設施變形的監測，鄰近建筑物的傾斜、裂縫和沉降發生時間、過程的監測，表層和深層土體水平位移、沉降的監測，坑底隆起監測，樁側土壓力測試，土層孔隙水壓力測試，地下水位監測。具體監測項目的選定需要綜合考慮工程地質和水文地質條件、周圍建筑物及地下管線、施工連受和基坑工程安全等級情況。

2.2 支護體系監測

支護體系監測主要包括：支護結構沉降監測，支護結構傾斜監測，支護體系應力監測，支護結構頂部水平位移監測，支護體系受力監測，支護體系完整性及強度監測。

3.監測儀器

通常情況下，基坑的監測是需要借助一些設備的，一般使用的儀器主要包含以下幾種：

3.1 測斜儀：該儀器主要用在支護結構、土體水平位移的觀測中。

3.2 水準儀和經緯儀：該設備主要用在測量地下管線、支護結構、周圍環境等方面的沉降和變位。

3.3 深層沉降標：用于量測支護結構后土移的變化，以判斷支護結構的穩定狀態。

3.4 土壓力計：用于量測支護結構后土體的壓力狀態是主動、被動還是靜止的，或測量支護結構后土體的壓力的大小、變化情況等，來檢驗設計中的判斷支護結構的位移情況和計算精確度。

3.5 孔隙水壓力計：為了能夠較為準確的判斷坑外土體的移動，可用該儀器來觀測支護結構后孔隙水壓力的變化情況。

3.6 水位計：為了檢驗降水效果就可以采用該儀器來量測支護結構后地下水位的變化情況。

3.7 鋼筋應力計：為了判斷支撐結構是否穩定，使用該設備來量測支撐結構的彎矩、軸力等。

3.8 溫度計：溫度對基坑有較大影響，為了能計算由溫度變化引起的應力，則需要將溫度計和鋼筋應力計一起埋設在鋼筋混凝土支撐中。

3.9 混凝土應變計：要計算相應支撐斷面內的軸力，則需要采用混凝土應變計以測定支撐混凝土結構的應變。

3.10 低應變動測儀和超聲波無損檢測儀：用來檢測支護結構的完整性和強度。

無論是哪種類型的監測儀器，在埋設前，都應從外觀檢驗、防水性檢驗、壓力率定和溫度率定等幾方面進行檢驗和率定。應變計、應力計、孔隙水壓力計、土壓力盒等各類傳感器在埋設安裝之前都應進行重復標定；水準儀、經緯儀、測斜儀等除須滿足設計要求外，應每年由國家法定計量單位進行檢驗、校正，并出具合格證。

由于監測儀器設備的工作環境大多在室外甚至地下，而且埋設好的元件不能置換，因此，選用時還應考慮其可靠性、堅固性、經濟性以及測量原理和方法、精度和量程等方面的因素。

4.監測點布置

4.1基準點布設及技術要求

4.1.1本次變形監測基準點:在施工區50m～100m外不受施工影響的穩定區域，采用深埋鋼管水準基點標石方法，布設4個基準點；采用混凝土澆筑的方法布設4個～6個強制觀測墩。

4.1.2基準點應設置在變形區域以外、位置穩定、易于長期保存的地方，并應定期復測。變形測量基準點的標石、標志埋設后，應達到穩定后方可開始觀測。穩定期應根據觀測要求與地質條件確定，不宜少于15d。

4.1.3監測期間先將基準點進行聯測，然后再進行觀測。

4.2變形監測點布設及工作量

本工程基坑的安全等級為一級，本監測工程按照一級基坑進行監測。考慮到監測目的和支護設計要求，確定監測的主要對象有:

4.2.1地表沉降觀測點。根據設計要求沿基坑周邊每間隔約40m布置一條地表沉降監測線，每條監測線依據設計要求分別布置2個～5個地表沉降監測點，共布置79個點。

4.2.2邊坡坡頂位移和沉降監測點的埋設。基坑邊坡頂部的水平位移與垂直位移觀測點應沿基坑周邊布置，在每邊的中部和端部均應布置監測點，其監測點的間距不宜大于20m。為了便于對基坑進行監測，在離開邊坡頂部20cm的地方采用洛陽鏟人工鉆進1．5m深的鉆孔，灌注混凝土，并設置觀測標志。

4.2.3基坑邊坡深層水平位移監測。分別在基坑邊坡頂部埋設測斜管，要求避開土釘設置，平面不大于50m的位置埋設測斜管。

4.2.4土釘內力監測。按照設計要求在土釘中設置102根應力計，測定土釘的受力狀況，土釘測力計布設在土釘主筋上。

4.2.5周邊構筑物監測。根據本工程場地條件，在基坑的影響范圍內，根據設計要求布設觀測點。

5.結語

總之，隨著建筑物高度的不斷增加，基坑深度也越來越深，施工難度更加復雜化，同時深基坑工程變形監測作為信息化施工的重要手段之一，也開始成為深基坑工程施工過程中必不可少的組成部分。因此，深基坑的變形監測將更為重要，要不斷改善監測方法、監測的內容和提高精度，確保基坑施工的安全和穩定。

參考文獻：

1.《建筑變形測量規范》JGJ8-2007

2.《建筑基坑工程監測技術規范》GB 50497-2009

位移測量范文第3篇

[關鍵詞]變形監測 水平位移監測 基坑

引言

目前建筑物水平位移監測應用較多的方法有：視準線法和交會法。利用經緯儀或準直儀等光學儀器，在兩個基準之間建立一個基準面，以該基準面為依據,測定出各個觀測點的水平位移量,稱為視準線法。視準線法可分為角度變化法(即測小角法)和移位法(活動標牌法)兩種。如圖1，測小角法就是利用精密經緯儀精確測定基線 與置鏡點 到觀測點 的連線 兩視線之間的微小角度變化 ，通過公式 來計算位移變化。活動標牌法就是將活動標牌分別安置在各觀測點上觀測時使標牌中心在視線內，觀測點對于基準面的偏離值可以在活動標牌的讀數尺上直接測定。

交會法是利用兩個基準點和變形觀測點，構成一個三角形，測定這個三角形的一些邊角元素，從而求得變形觀測點的位置，進而計算出位移變化量的方法。前方交會法可用作拱壩、曲線橋梁、高層建筑等的位移監測。

1． 小角法

如圖2所示，在基坑一定距離以外建立基準點，水平位移監測點的布設應盡量與基準點在一條直線上。具體操作時,沿監測點與基準點連線方向在一定遠處(100～200m)選定一零方向，測定一定時間內，觀測點與基準點連線與零方向間角度變化值，根據 ( 為觀測點 至基準點的距離)計算基坑水平位移。此方法簡單易行，便于實地操作，但需場地較為開闊，基準點應建立在離基坑一定距離以外，不受基坑開挖影響。

小角法測位移時基準點和水平位移監測點分布圖：

在困難條件下基坑水平位移監測，以一條邊為例，如圖5，選定 、 兩點為零方向，一般 、 可選為一定距離處清晰且固定的物體。在基坑監測中，需要測定的是與基坑邊相垂直的位移。所以，零方向點與基準點應盡量處于平行于基坑邊的直線上，從而 點位移可通過測定角度 的變化測出。

監測時，先測定角度 的大小 ,方向各觀測點與基準點 的連線與 的夾角，以及 方向各觀測點與 的連線與 的夾角。二次監測時,由于 點位移到 ，測定角度 的大小為 ,與第一次 相比將會有一定變化，設其變化為 ，如圖6所示。

此時垂直于基坑邊且離 點 處，作一標志 ,則 點即為 點首次觀測時的位置。以 為基準點，分別測定 方向上各觀測點與 的連線與 的夾角,與第一次測的角比較，利用小角法公式就可計算出觀測點偏移量，同理可測定 方向上各點的位移量。為了推求公式中的 ，可在首次監測完成后，在垂直基坑邊而離 點2cm處,定一點 ，測定角 的大小，設其與 的差為 ,則根據 ，可求得 。以后各期監測步驟都與二期相同,可以作為常量而采用首次求得的 值。因為測定的 點位移方向是一直垂直于基坑的，所以 值大小不會改變。

2．前方交會

前方交會多用于較大范圍內的地表移動和大壩的變形觀測。所采用的標志仍為前述的觀測墩和覘標。

設已給定的建筑物變形測量坐標系統。 ， 為交會基線點，其坐標為 、 基線長 ，方向 觀測角 ， ，如圖7所示。

這樣傳統的計算方法可用下列簡化方法代替：

當為前方交會角時， (3-33)

當為單三角形時，r角為經圖形條件平差的數值

(3-34)

(3-35)

則 點的水平位移可按下式求得：

（1） 沿建筑物縱軸的方向位移量

(3-36)

（2） 沿建筑物橫軸的方向位移量

(3-37)

式中

由于變形觀測本身是一相對比較量，所以既不需要建立國家統一的坐標系統，又沒有必要對基線測定提出過高的精度要求。

3． 自由設站法測定水平位移

該方法的思路：

如圖8所示，已知 , 點的坐標，通過觀測邊長 、角度 、 來求出 點的坐標。然后觀測 長度和角 讀數來求出1點的坐標，同理2、3點的坐標可求的。

4． 觀測點設站法

該方法的思路：

如圖9所示， 、點是工作基點， 點是觀測點， 、 分別是每期觀測角度， 、 分別是觀測點 分別到 、 工作基點的距離。

位移測量范文第4篇

關鍵詞：基坑水平位移監測；自動化監測；常規監測；監測方法

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

近些年，隨著現代化進程的推進，高層建筑、橋梁基礎、過江隧道、過街通道、地下立交、地鐵車站和區間隧道等工程大量涌現，特別是高層建筑為了滿足抗震和抗風等結構要求，基坑開挖深度越來越大。這些基坑工程在開挖深度、平面尺寸、荷載條件、土體性質、施工環境、使用領域等方面各具特點，基坑變形監測成為工程建設中必不可少的重要環節。

基坑水平位移傳統的監測方法是采用高精度電子全站儀進行基準線法或極坐標法等，此方法雖然技術可靠、精度高，但它是一種非連續的、勞動強度非常大的人工觀測方法。本文介紹了一種基坑水平位移變形自動化監測方法，該監測方法特點是全自動無人值守，全天候不間斷，實時高精度監測及預警實時自動連續的監測預警技術。此項技術已經成功應用于天津南開區東馬路仁恒深基坑開挖過程中帽梁水平位移的監測。

2 監測原理

2.1 水平位移自動化監測方法

采用菲涅爾波帶板激光準直測量法。圖1所示為水平位移實時自動監測及預警系統的概念圖，該系統主要由氦氖激光器、菲涅爾波帶板、CCD傳感器、GPRS模塊、計算機等部分組成。系統的工作原理為：在水平位移點上設置菲涅爾波帶板，在不受水平位移影響的地方安置激光器和CCD傳感器，激光器發出的激光束應大致垂直于水平位移的方向，激光束經菲涅爾波帶板衍射后成像在CCD傳感器的視場中，在CCD的視場中放置一承像面，當發生水平位移時，波帶板的位置也隨之變化，這時由CCD傳感器獲取的承像面上的激光衍射光斑的坐標值會出現偏差，此偏差值由與CCD相連的計算機采集后，再根據激光器、波帶板、CCD三者的位置關系，以及波帶板的焦距等參數， 推算出波帶板處的水平位移量，最后用GPRS模塊將水平位移量通過GSM無線通信網傳輸到預警中心。

平位移實時自動監測及預警系統 圖1

2.2水平位移常規監測方法

圍護樁帽梁頂水平位移監測采用電子全站儀（如圖2所示）基準線法和極坐標法同時進行觀測。基準線法指的是沿基坑邊建立基準線，基準線的兩端點按照兩級控制的原理設置。首級控制點為基準原點，一般布設在工地現場以外不受基坑位移影響的地方；第二級控制點為工作基點即基準線的兩端點，一般布設在工地現場內且受位移影響相對很小的地方，實際布設時，對于矩形基坑，工作基點常布設在矩形凹角上。測量時，首先用基準原點檢測工作基點，如果工作基點有位移，則對其坐標進行修正，然后用工作基點監測布設在帽梁上的水平位移點。首次測量時，采用坐標法測定工作基點和測點的初始坐標。每次觀測時，在基準線的一端安置電子全站儀，照準基準線的另一端，然后將基準線投射到水平位移點的旁邊，通過量取水平位移點離開基準線的水平偏距，并從兩次觀測所得水平偏距之差，即可得知兩次期間水平位移點的位移量。極坐標法是利用起算點坐標和實測的邊長夾角，解算出每個待測點的絕對坐標，進而求出每個測點的變化矢量。

圖2

3 工程實例

3.1 工程概況

本工程位于天津市南開區東馬路與水閣大街交口，本工程東邊距離仁慈堂約14米,北邊距離水閣大街約35米，西邊距離東馬路約8米，南邊為仁恒二期工程。該工程由仁恒發展（天津）有限公司開發。本工程整個地塊呈L型，基坑開挖深度約21米，局部電梯井和集水井開挖深度達約24米，基坑周邊長度約為520米，基坑開挖面積約13000m2。本工程支護總體采用鋼筋混凝土灌注樁支護，設置四道水平支撐體系，大部分位置采用Φ1300@1500鋼筋混凝土灌注樁，靠近保護建筑仁慈堂一側采用Φ1500@1700鋼筋混凝土灌注樁。根據工程要求需設置36米以上的超深止水帷幕，在基坑西、北、東三側靠近，周邊有道路和重點保護建筑，采用較為可靠的TRD工法（等厚水泥土地下連續墻工法），南側靠近二期場地范圍，采用三軸止水帷幕。止水帷幕深度36.5米。基坑開挖深度深，基坑工程安全等級為一級，監測工作十分重要。

3.2 監測點布設

監測點的布置應能反映監測對象的實際狀態及變化趨勢；監測標志應穩固、明顯、結構合理，監測點的位置應避開障礙物，便于觀測；同時布設監測點考慮到自動化監測的成本。遵循以上要求，該工程共布設8個監測點，如圖3所示。

監測點布設平面位置示意圖圖3

3.3監測技術措施

根據《建筑變形測量規程》（JGJ／T8－97）的規定以及該工程的實際情況，對其采用一級精度監測，對于水平位移監測點，其誤差不超過±1mm。為了確保監測成果的質量，除按上述的技術要點進行監測外，還必須采取如下的技術措施：

(1)兩檢校:

1）對所用的儀器在監測過程中作定期檢定和校正；

2）對每個基準點和工作基點作定期的檢測和修正。

(2)四固定:

1）所用儀器設備要固定；

2）監測人員要固定；

3）監測的條件、環境基本相同；

4）監測的方法、路線、鏡位及程序要固定。

3.4監測成果表

自動化和常規監測成果表 表1

3.5監測數據分析

2012年11月30日自動化和常規水平位移監測數據（表1）來看，二者之差最大為1mm（2測點）；2012年12月30日自動化和常規水平位移監測數據（表1）來看，二者之差最大為2mm（1測點）；2013年1月30日自動化和常規水平位移監測數據（表1）來看，二者之差最大為-2mm（4測點）；這說明此監測方法測量精度是滿足要求的。

4結論

（1）本文介紹的基坑帽梁水平位移變形的全新自動監測方法，是確保其施工質量和施工安全、實現其真正的信息化施工的重要手段。

（2）該監測方法特點是全自動無人值守，全天候不間斷，實時高精度監測及預警實時自動連續的監測預警技術。

（3）從此次試驗所得數據來看，該監測方法與常規的電子全站儀測量基坑帽梁水平位移方法相比，說明此監測方法測量精度是滿足要求的。可以推廣應用于深基坑開挖等其他類似工程施工的安全監測中，從而可以大大降低勞動強度，提高監測效率。

參考文獻

[1] GB50497-2009 建筑基坑工程監測技術規范[S].

位移測量范文第5篇

關鍵字：地鐵；明挖基坑；圍護樁；深部水平位移；監控量測

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A 文章編號：

1 基坑深部水平位移測試原理

基坑深部水平位移測試采用測斜儀, 它可精確地測量沿垂直方向土層或圍護結構內部水平位移的工程測量儀器。測斜儀分為活動式和固定式兩種, 在基坑開挖支護監測中常用活動式測斜儀。活動式測斜儀按測頭傳感元件不同, 又可細分為滑動電阻式、電阻片式、鋼弦式及伺服加速度計式四種。

基坑變形觀測通常采用滑動式測斜儀，主要由測斜管、探頭、電纜和主機四部分組成。工程應用時，首先在土體( 樁體) 中預埋測斜管，土體( 樁體) 發生變形后，整個測斜管也產生相應變形，測斜探頭滑輪順槽逐點測試，從而可精確測出水平位移量。根據位移量的大小，做出預報，指導施工。

2 海事大學地鐵站明挖基坑測斜監測技術

2.1工程概況

海事大學站設在黃浦路與凌南路交口南側道路下，沿黃浦路敷設，車站主體基本為南北走向。車站中心里程為DK19+765.165。

海事大學站設計范圍包括自車站起點里程DK19+644.965至車站終點里程DK19+819.965總長175.0m之間的站廳、站臺、出入口通道及風道的建筑設計部分。

本站為地下雙層島式站，覆土厚度約3.2m。地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，車站總長175m，標準段寬18.5m，海事大學站站臺寬度為10m，計算站臺長度118m。

車站主體的二層框架結構的基坑采用φ1000@1400mm鉆孔灌注樁（外設止水帷幕）加內支撐作為基坑支護結構，樁頂設冠梁，坑內降水。沿基坑豎向設4道鋼支撐，第一道支撐設在冠梁上，其它三道鋼支撐通過鋼圍檁分別設在結構-4.0m、-9.0m及14.5m。基坑平面內一般采用對撐，在端部與角部采用斜撐。

2.2 測點布置

沿海事大學地鐵車站圍護結構每隔15m設一個測斜管，深度與鉆孔灌注樁的鋼筋籠相當，平行于黃浦路方向雙側各布置12個，垂直方向雙側各布置3個，累計布置26個測斜管。

2.4 監測方法

（1）、測斜管的安裝。測斜管采用綁扎方法固定在鋼筋籠上，一起吊入孔中。在進行測斜管管段連接時，必須將上下管段的滑槽對準，使測斜管的探頭在管內平滑移動。為了防止砼漿進入管內，還應對接頭密封處理。

（2）、測試過程。深部水平位移監測采用TFL-CCX-D1移動式測斜儀，移動式測斜儀量程±30°，辨率為2″，線性±0.025%，精度5″。不銹鋼連接桿與滑輪組件連接后，安裝在帶導槽的測斜管中與測斜管一起移動，以監測基坑的水平位移。配合自動化數據采集設備，通過對量測儀器軸線與鉛垂線之間的夾角變化量進行分析，進而計算出基坑不同高處的水平位移。

（3）、監測頻率。深部水平位移監測在圍護結構施工期間每周監測2次，坑內降水每3天監測1次，基坑開挖每天1次，澆筑底板后每3天1次，拆除支撐期間每天1次。

3 監測分析

3.1 基坑降水對樁體水平位移的影響

為了避免地鐵海事大學站基坑開挖過程中產生流沙、管涌，防止基坑壁土體的坍塌，保證基坑坡面及坡底的穩定，在基坑開挖前采用了無隔水帷幕輕型井點降水法，降水過程中，對樁體水平位移進行了監測，由CXE03樁體深部水平位移曲線可以看出，基坑降水對樁體深部位移影響不同，淺部（12m)影響較小，最大深部水平位移為0.5mm，約為淺部的三分之一。

基坑降水能夠引起土體的瞬時沉降、固結及土體流變產生的二次固結，根據土體有效應力原理，土體的總體應力為土體骨架應力和孔隙水壓力，當降水后，原由孔隙水承擔的壓力轉移到土體骨架的有效應力，使樁周土有效應力增大，并因固結產生顯著下沉，對樁體產生了側向負摩擦阻力和荷載，導致了樁體不同程度的變形。基坑降水周期較短，降水后，樁體上部土體失水固結較下部充分，故樁體下部水平位移較小。

CXE03樁體深部水平位移曲線表明基坑降水盡管導致樁周土的固結沉降并對樁體產生變形，約為基坑開挖誘發樁體變形10%。因此，當基坑開挖時，應采取一定的降水措施。

3.2、基坑開挖對樁體水平位移的影響

當基坑開挖到4m時，樁體4.0m位置的的水平位移由1.16mm增加到4.23mm，增加幅度為2.33倍。樁體0.5m位置的的水平位移由6.9mm增加到7.8mm，為施工當前位置的1.05倍。樁體1.0m位置的的水平位移由5.6mm增加到7.4mm，為施工當前位置的2.12倍。樁體1.5m位置的的水平位移由5.5mm增加到7.2mm，為施工當前位置的1.79倍。樁體2.0m位置的的水平位移由6.9mm增加到8.49mm，為施工當前位置的1.51倍。樁體3.0m位置的的水平位移由2.20mm增加到5.47mm，為施工當前位置的2.93倍。隨著基坑開挖深度的增加，樁體深部水平位移逐漸在增大，最大水平位移為12.19-14.53mm，并施工開挖階段水平位移站全部水平為移動的60%-80%。基坑開挖對上部樁體的水平位移影響較為明顯，較為開挖的樁體影響較小，對開挖面以下影響范圍大約在1-2m，基坑開挖導致開挖面突然卸載，樁及樁周土瞬間處于不平衡狀態，導致樁體及樁周土的變形增加。在基坑開挖時應及時對開挖基坑壁進行支護，并進行及時樁體水平位移監測能夠實現基坑信息化施工。

3.3、鋼支撐支護對樁體水平位移的影響

大連地鐵海事大學車站基坑開挖過程中，進行了3次鋼支撐支護，分別在樁體的4.0m，9.0m及14m位置。為了便于分析，繪出4.0m支撐附近位置樁體3.0m至5.0m位置水平位移曲線見圖7所示。4.0m位置的樁體架設支撐時水平位移為1.67mm，為3.0m位置樁體架水平位移的72%，為5.0m位置樁體架水平位移的327.45%，主體施工結束以后4.0m位置的樁體水平位移為9.2mm，為3.0m位置樁體架水平位移的61.3%，為5.0m位置樁體架水平位移的69.9%。由此可見鋼支撐對控制樁體水平位移具有顯著的作用。

4結束語

通過對大連地鐵海事大學地鐵站基坑施工的監測分析，該基坑的降水、圍護及支護方案滿足基坑穩定性的要求，證明了基坑設計和基坑施工的合理性。

大連地鐵海事大學地鐵站基坑施工過程中的樁體深部位移監測表明，基坑降水、基坑開挖、主體施工（含拆除支撐）等工序對基坑土體及圍護結構水平位移都有重要的影響，其中基坑開挖的影響最為明顯，約占整體水平位移的60-80%，在基坑信息化施工過程中，圍護樁的深部水平位移監測是一個關鍵性指標。在基坑開挖時應及時對開挖基坑壁進行支護。

鋼支撐對控制樁體水平位移具有顯著的作用，對局部軟弱地層等不良地質條件應及時架設鋼支撐，能夠有效地控制基坑圍護結構及基坑壁變形，避免災難性基坑事故的發生。

參考文獻：

[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.