1、1GPS 技术在房建工程基础开挖监测应用分析摘要：GPS 是为以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，且具有良好的抗干扰性和保密性。目前 GPS 已广泛应用于工程测绘领域。文章对 GPS 技术在建筑工程基抗开挖测量监测进行分析。 关键词：GPS 工程测量 基坑开挖 监测 前言 随着我国城镇化进程的发展，高层建筑物（ 超高层建筑物） 越来越多，为了提高土地的空间利用率和增强建筑物抗震、抗风能力，基坑的面积越来越大、深度越来越深，习惯上超过 5 m 称之为深基坑.目前，可查的已深达 30 多米.深基坑的开挖自然引起周边地物地貌的变形
2、，带来严重的安全隐患，甚至造成严重的工程事故.因此，作为规划测绘部门利用测量手段对深基坑进行监测是非常必要的。 1 深基坑工程支护结构变形监测的意义 在深基坑开挖的过程中，深基坑内外土体原来的静止状态被打破，应力状态的改变引起围护结构承受荷载，并导致支护结构和土体的变形.深基坑工程支护结构变形监测则是借助测绘工具测量支护结构桩墙顶的沉降和水平位移，特别是水平位移，当变化速率达到建筑基坑工程技术规范规定的相关允许值时，必须及时采取措施对周边建筑物和埋在地下的管线进行保护. 22 支护结构变形监测常规方法的不足 现行的深基坑支护结构变形监测的方法是沉降监测和水平位移监测分开实施. 2.1 沉降监测
3、主要采用精密水准测量 一般做法是在测区周边地貌稳定的地方布设 3 个（ 或以上） 水准基点，水准基点距基坑的距离大于基坑开挖深度的 5 倍以上，在支护结构的顶端布设水准观测点，定期进行水准观测，通过水准观测点高程的变化分析支护结构的沉降。 2.2 水平位移监测主要采用视准线法测量 采用视准线法测量需要沿基坑边线设置一条视准线，在该线的两端地貌稳定处分别布设 2 个工作基点，在基线上沿基坑边线按需要布设若干监测点（ 10 m 15 m 布设 1 个） ，观测时，可以利用全站仪监测出各测点的侧向水平位移. 基坑开挖期间每隔 2 d 3 d 监测 1 次，如果水平位移速率达到 5 mm /d 10
4、mm / d，需要每天监测 1 2 次. 一般情况，基坑工地区域较小，施工障碍纷杂，基坑边线也并非都是直线，采用视准线法会遇到诸多困难. 通过以上阐述可以看出，采用视准线法监测支护结构水平位移，即使采用前方交会法或利用全站仪测定监测点的三维坐标，也会因工地上的障碍物而影响监测工作的实施.而将支护结构变形监测分为沉降观测和水平位移监测，无疑增加了工作量和劳动强度。 3 GPS 实施变形监测的可行性分析 3.1 GPS 测量的特点 3相对于常规测量来说.GPS 测量主要有以下特点：一是测量精度高，在小于 50km 的基线上，其相对定位精度可达 ll0-6，在大于 l000km 的基线上可达 ll0
5、-8；二是测站间无需通视，GPS 测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便；三是观测时间短，在进行 GPS 测量时，静态相对定位每站仅需 20min 左右，动态相对定位仅需几秒钟；四是仪器操作简便，目前 GPS 接收机自动化程度越来越高，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录；五是全天候作业，GPS 卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响；六是提供三维坐标，GPS 测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。 3.2GPS 实施变形监测的可行
6、性 GPS 定位技术在测绘定位中已得到广泛的应用，它不仅操作简单、观测时间短，而且测点之间不需通视就可通过观测得到测点的三维坐标，使选点工作更加灵活。 更为可贵的是定位精度高，采用双频接收机布网观测，在基线长为 300 m 1 500 m 工程精密定位中，连续观测 1h 以上，通过基线向量网平差计算，就可得到平面位置误差小于 1 mm、高程误差达到 1 mm 的三位坐标。 目前，GPS 静态相对定位技术在地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等领域得到广发应用，并且比常规定位方法更容易实现监测工作的自动化。 4 GPS 实施变形监测的实施方案 4.1 缺少基准点的实施方案
7、4在测区周边，如果没有固定的基准点，可根据基坑大小及周边地物地貌特征，在基坑支护结构顶部布设若干监测点，在测区周边安全地带布设 2 3 个标石点作为以后观测的临时基准点，网点布设成边连式图形，采用 3 台套（ 为了缩短时间，也可采用多台套仪器观测） 双频接收机同步观测，每时段观测 1h，观测数据检核无误后，对基线网进行三维无约束平差（ 自由平差） ，可得到监测点属于 WGS84 坐标系统的坐标，坐标表现形式为 X = （ X，Y，Z） ，或者 X = （ L，B，H） ，H 为大地高程，与水准高程 H 水的关系为： （1） 其中， 为高程异常，通过公式（ 1） 可求监测点的水准高程； 监测点坐
8、标的两种表现形式可以通过公式（ 2） 和（ 3） 相互转化： （2） （3） 式中，a 为参考椭球的长半轴； b 为参考椭球的短半轴； e 为第一偏心率； 式中，X0 为赤道到地面点 p 在参考椭球上的投影点 p0 之间的子午线弧长； N 为卯酉圈半径； l 为 p0 点的经度 L 与投影带的中央子午线经度 l0 之差. 通过上述公式，就可以把监测点的三维坐标转换为相应的平面坐标和水准高程. 关于坐标转换的几点说明： 可以不进行坐标转换，后期对各监测点观测均采用三维无约束平差，第一次观测解算得到的临时基准点的坐标值可作为后期观测解算的起算坐标，自由平差后得到的坐标均为 5WGS84 坐标，可根
9、据不同时期监测坐标值直接计算同一点不同时间坐标位移变化量； 如需要转换，高程异常 可以通过高程拟合求得，也可以假定，因为 是常数，不会影响同一点不同时期的水准高程变化值； 以上坐标转换公式结构繁琐，但市场上出售的商用计算软件和 GPS 接收机随机解算软件都可以轻松实现坐标转换. 4.2 设有基准点的实施方案 基准点的布设要选在测区周围安全稳定的地点，为便于联测和基准点之间的检校，要埋设 3 个点以上，基准点到深基坑的距离要大于 5 倍基坑开挖深度. 布网时基准点和监测点统一布网，外业观测可按不设基准点的实施方案的外业观测来实施，观测数据检验无误后，按三维约束平差解算，各监测点得到的坐标与布设的
10、基准点坐标为同一坐标系统. 余下的工作同上. 5 结语 （ 1） 利用 GPS 对深基坑支护结构进行变形监测，不仅可以克服工程现场复杂环境带来的不便，而且可以更好地实现监测工作的自动化，为预测、预警分析提供更准确的观测数据； （ 2） 当深基坑支护结构周边布点个数较多时，会增加观测时段，延长观测周期. GPS 一机多天线技术正处于试验阶段，待技术完善并推广之后，在每个监测点上只需要安装天线，而不再需要安装接收机，8 个乃至 10 多个监测点共用一台接收机，可以解决上述问题，降低观测成本，实现变形监测的高度自动化. 参 考 文 献 61侯建国.变形监测理论与应用，测绘出版社，2008 2许绍铨.GPS 测量原理及应用（ 第三版） ，武汉大学出版社，2008
