建筑基坑監(jiān)測中RTK技術(shù)的運用

何西德

摘要：在現(xiàn)代基坑施工過程中，建筑基坑監(jiān)測是確保整個基坑施工質(zhì)量的重要保證措施，運用先進的科學(xué)技術(shù)對基坑工程進行監(jiān)測，對基坑發(fā)生的變形和引發(fā)的原因做出詳細的分析。RTK技術(shù)在基坑監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用是一項十分重要的技術(shù)應(yīng)用，以建筑基坑監(jiān)測為背景和RTK 技術(shù)應(yīng)用為主線，探究RTK 技術(shù)在基坑監(jiān)測中的應(yīng)用。加強RTK技術(shù)在基坑監(jiān)測工作的開展，通過對基坑監(jiān)測工作數(shù)據(jù)的分析，有效的避免基坑安全事故發(fā)生的概率，從而確?；庸こ痰馁|(zhì)量。

關(guān)鍵詞：RTK 監(jiān)測技術(shù)；建筑基坑監(jiān)測；技術(shù)應(yīng)用

1引言

城市現(xiàn)代化發(fā)展迅速，土地資源越來越少，城市空間變得擁擠，使得建筑不斷向空中和地下兩個方向延伸，因此基坑深度不斷加大。基坑工程具有隱蔽性、不可預(yù)見性、復(fù)雜多變性等危險性特點，基坑支護結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生過大沉降、變形、偏移等現(xiàn)象，損失將非常巨大，因此對建筑基坑工程的監(jiān)測是施工中必須高度重視的環(huán)節(jié)。在以前的基坑變形監(jiān)測中，主要采用水準(zhǔn)儀和全站儀等常規(guī)光學(xué)儀器進行監(jiān)測，觀測容易受到現(xiàn)場條件的限制，而且外業(yè)工作量大和內(nèi)業(yè)工作效率低，監(jiān)測數(shù)據(jù)還往往不準(zhǔn)，現(xiàn)在隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS RTK也逐漸在工程監(jiān)測領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

2 建筑基坑工程監(jiān)測的意義

建筑基坑在開挖基坑時，由于坑內(nèi)土石方的逐漸減少，使得圍護結(jié)構(gòu)因內(nèi)外壓力的不同產(chǎn)生位移差值，造成外側(cè)土體出現(xiàn)過大的變形，使建筑物發(fā)生傾斜或沉降，最終導(dǎo)致建筑物發(fā)生破壞，所以有必要對建筑物的變形進行工程監(jiān)測，建筑基坑的變形主要類型有：①基坑底部隆起，主要由于基坑底部的土體承載力不足、地面荷載較大，當(dāng)坑底下部有承壓水時，揚壓力使坑底土層突涌，發(fā)生管涌現(xiàn)象，還有當(dāng)基坑土體暴露時間過長，會產(chǎn)生過大的蠕變變形等一系列危險現(xiàn)象。②坑外地面水平位移，原因可能為基坑邊緣地面堆積土體或其他建筑材料，交通運輸、樁和墻的施工鉆孔開槽等因素。③坑外地面沉降，主要引發(fā)原因可能是支擋圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生過大的水平位移，還有就是錨桿鉆孔引起飽和砂土顆粒流失，基坑降水時坑底流土等現(xiàn)象的發(fā)生。④支擋結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，有豎向和水平位移兩種，主要原因是由于支護結(jié)構(gòu)的強度小，而結(jié)構(gòu)兩側(cè)的壓力差過大，使支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

基坑工程監(jiān)測是指基坑在開挖過程中，用精密的測量儀器和設(shè)備，對基坑支護結(jié)構(gòu)、地下水位的動態(tài)變化、地下管線設(shè)施的位移、現(xiàn)場周邊建筑物的傾斜沉降、土層孔隙水壓力、水文地質(zhì)等進行實時的動態(tài)監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，對支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、穩(wěn)定性做出正確的判斷，及時對基坑工程的施工方案與進度進行調(diào)整，使施工順利進行。基坑工程監(jiān)測的主要作用有：①通過基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)測理論，為基坑工程施工提供可靠的參考信息，確保工程的施工質(zhì)量和安全。②通過對基坑的全面監(jiān)測，可確保建筑物、周圍地下管線道路等不受影響和破壞。③通過監(jiān)測支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，控制支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證支護結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

3 RTK技術(shù)基本原理

RTK 技術(shù)實際就是載波相位差分技術(shù)的運用，英文名稱是 Real-timekinematic，屬于現(xiàn)代新興的 GPS 工程測量技術(shù)之一。GPS應(yīng)用于變形監(jiān)測的模式主要有周期性和連續(xù)性兩種。對于建筑基坑而言，在建筑物建設(shè)竣工為完成后，由于地下水位和地質(zhì)環(huán)境等因素引起建筑物的傾斜、沉降、偏移，會對安全性和耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此對于建筑基坑監(jiān)測來說，一般情況下采用連續(xù)性模式的監(jiān)測，使用固定的儀器，根據(jù)工程進展的情況動態(tài)的采集數(shù)據(jù)。連續(xù)性模式主要分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量兩種，在使用差分GPS靜態(tài)測量模式在測點測量時，有時候會用幾個小時甚至幾十個小時，耗費時間和資源，而且精度不高。實時動態(tài)測量模式工作效率高而且精度高，實時動態(tài)差分測量是基于載波相位觀測的實時動態(tài)定位技術(shù)，在指定坐標(biāo)系中，能夠動態(tài)地提供測站點的三維坐標(biāo)。

RTK技術(shù)主要是應(yīng)用基準(zhǔn)站，通過數(shù)據(jù)鏈將其收到的載波相位信號或差分改正信號傳遞給流動站，而流動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基站的信號，同時對GPS衛(wèi)星信號進行采集并實時處理，然后應(yīng)用固化軟件實現(xiàn)差分的準(zhǔn)確計算，從而精確地確定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系。但這種空間相對位置關(guān)系不是工程中使用的坐標(biāo)空間關(guān)系，因此還需要轉(zhuǎn)換觀測到的基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系，主要與高程坐標(biāo)和平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換有關(guān)，例如在平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中，可先將GPS的測量結(jié)果投影成平面坐標(biāo)，再利用已知的控制點，計算二維相似變換的參數(shù)。高程則可以采用二次曲面擬合或平面擬合模型，根據(jù)已知的水準(zhǔn)點計算出該測區(qū)待測點的高程是否異常，從而計算出待測點的高程。

4 RTK 技術(shù)應(yīng)用操作要點分析

4.1現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的處理

在現(xiàn)場觀測完成后，要及時的把觀測數(shù)據(jù)進行有效的處理，具體的操作是：在不同的觀測點所放置的觀測站中，為了得到觀測點相對基準(zhǔn)點的水平距離和高程距離，需要將其從基準(zhǔn)站中所傳輸?shù)妮d波相位信號以及所采集的衛(wèi)星信號，進行相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的強化處理。但是在監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的時候，應(yīng)該重點分析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換因素和數(shù)據(jù)采樣率帶來的觀測影響，例如在處理轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的時候，需要先考慮參數(shù)更換時的完整性、區(qū)域性、時間性等性質(zhì)，從而使觀測數(shù)據(jù)處理的誤差降到最低。在實際工程現(xiàn)場的觀測數(shù)據(jù)處理過程中，首先是利用基準(zhǔn)站，把接收到的衛(wèi)星信號和測站信息，利用數(shù)據(jù)鏈將信息傳遞到流動站，而流動站是通過無線電接收來自基準(zhǔn)站的信號，但在接收衛(wèi)星信號過程中，強化差分處理將對整周的未知數(shù)進行求解計算。再就是將流動站進行初始化，從而解出參考站和流動站之間的基線向量解，在求解坐標(biāo)系中得出流動站的坐標(biāo)，進而在求解之后進行各項參數(shù)的轉(zhuǎn)換。最終結(jié)合所觀測的數(shù)據(jù)做出有效的數(shù)據(jù)分析，判斷基坑所處的狀態(tài)，為基坑工程的施工提供可靠地信息。

4.2站點部署的要求

在建筑基坑工程監(jiān)測過程中，根據(jù)監(jiān)測重點對象的不同，對監(jiān)測站點進行合理的布置，使得監(jiān)測效果更加準(zhǔn)確，進而促進RTK 技術(shù)在工程監(jiān)測中的應(yīng)用。在確定基準(zhǔn)站位置時，要對基準(zhǔn)站以及流動站進行合理的選址，應(yīng)該根據(jù)接收到的衛(wèi)星信號，把基準(zhǔn)站和流動站盡可能地布置在基坑重點監(jiān)測部位的周邊，使部署的站點處于數(shù)據(jù)鏈覆蓋范圍之內(nèi)，增加監(jiān)測的精度。對地表的沉降進行監(jiān)測時，為了使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加有效，需要在基坑周邊的土體上進行針對性的站點設(shè)置。為了加強對基坑支撐圍護頂部位移的監(jiān)測，應(yīng)對測點的水平間距進行嚴(yán)格的控制，一般應(yīng)為 15-20 米，主要布置在陽角和基坑中部位移大的部位。在實際施工過程中，需要做好土釘、錨索、錨頭等內(nèi)力監(jiān)測儀器的設(shè)置，精度和數(shù)量應(yīng)結(jié)合實際需要并滿足規(guī)范要求。在基準(zhǔn)點架設(shè)完成確定之后，應(yīng)及時的安裝接收機，并確保電臺和接收機的安裝正確，還有與電源線的正確安裝等。在儀器開機之后，應(yīng)及時的對測量系統(tǒng)進行相關(guān)的設(shè)置，在系統(tǒng)設(shè)置過程中主要是為了得出轉(zhuǎn)換的參數(shù)，以及基準(zhǔn)站的現(xiàn)場地方坐標(biāo)，并做好無線電的設(shè)置和得出天線的高程信息，再設(shè)置流動站之后將其初始化。

5 結(jié)束語

在建筑基坑監(jiān)測中，為了保證基坑變形在合理的控制范圍之內(nèi)，必須強化建筑基坑監(jiān)測的重要性，結(jié)合 RTK 技術(shù)的原理，發(fā)揮RTK 技術(shù)作用。結(jié)合工程實際情況，從監(jiān)測方案設(shè)計、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、站點布置等方面進行分析，使RTK技術(shù)對大限度的應(yīng)用于基坑變形監(jiān)測，并使測量誤差降到最低范圍，從而使建筑物的施工質(zhì)量和安全得以保障。

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