基坑变形监测中的数据处理与分析方法研究

基坑变形监测中的数据处理与分析方法研究

郎增东

江苏科信岩土工程勘察有限公司，江苏南京，211500

摘要：基坑变形监测在城市建设和地下工程中具有重要意义。本文针对基坑变形监测中的数据处理与分析方法展开研究，通过综述基坑变形监测技术和常用方法，深入探讨了监测数据的采集、处理以及案例分析。在数据处理方法方面，重点分析了数据预处理、分析建模和结果解释等关键步骤。结合实际案例，对基坑变形监测的监测方案设计、数据处理和结果分析进行了详细讨论，为基坑变形监测提供了有效的技术支持和应对措施。

关键词：基坑变形监测；数据处理；分析方法；监测方案

0 引言

随着城市建设的不断发展，地下空间的利用日益广泛，基坑工程在城市建设和地下工程中扮演着重要角色。然而，基坑施工过程中的变形和沉降问题一直是工程质量和安全的关键因素。因此，对基坑的变形进行及时、准确的监测和分析显得尤为重要。基坑变形监测涉及到大量的监测数据，如何有效地处理和分析这些数据成为当前研究的焦点。

1 基坑变形监测技术综述

1.1 基坑变形监测概述

基坑变形监测需要在基坑周边安装的传感器、监测设备以及数据采集系统，通过对土体位移、沉降、裂缝等变形参数的监测和分析，及时发现和评估潜在的安全隐患和工程质量问题。基坑变形监测概述涉及监测目的、监测对象、监测方法和技术手段等方面。其中，监测目的主要是为了掌握基坑施工过程中土体的变形情况，及时发现变形趋势，评估工程安全性。监测对象包括基坑周边土体、地下管线、建筑物等，需要对其进行全面、系统的监测。监测方法和技术手段包括传统的物理测量方法和现代化的监测技术，如全站仪、GPS定位、激光扫描等，以及数据采集与处理技术的应用，如实时数据传输、远程监控等。

1.2 常用的基坑变形监测技术及其原理

常用的监测技术主要包括全站仪监测、GPS监测、倾角传感器监测、水准仪监测等。全站仪监测是一种常用的基坑变形监测技术，其原理是通过光学测距原理和角度测量，实时测量基坑周边地点的三维坐标，从而确定土体的位移变化情况。GPS监测则利用卫星定位技术，实时获取基坑周边地点的精确坐标信息，可以有效监测土体的水平和垂直位移。倾角传感器监测则通过安装在地表或结构物上的倾角传感器，监测地表或结构物的倾斜情况，从而间接反映土体的变形状态。水准仪监测则是利用水准仪测量基坑周边地点的垂直高程，用于监测土体的沉降情况。这些监测技术的原理各有特点，但都能够提供准确的变形数据，为基坑施工的安全管理提供重要依据。同时，结合数据采集与处理技术，如实时数据传输和远程监控系统，可以实现基坑变形监测数据的及时采集、分析和共享，提高监测效率和准确性。

1.3 监测数据的采集和处理方法

基坑变形监测数据的采集和处理是确保监测系统能够准确、及时地获取基坑周边土体变形信息并对数据进行分析和处理的关键环节，具体流程如图1所示。监测数据的采集阶段需要精心设计和布置监测设备，主要包括全站仪、GPS接收器、倾角传感器、水准仪等。在采集数据之前，需要对监测点进行布设和标定，以确保监测点的准确位置和参考坐标。采集数据的过程通常分为定时采集和实时采集两种方式。定时采集是按照预定的时间间隔对监测点进行数据采集，通常使用自动化设备或人工操作完成。而实时采集则是利用传感器设备实时监测监测点的变形，并将数据通过有线或无线传输方式传输至数据处理中心。实时采集通常要求监测系统具备高精度、高灵敏度的数据采集能力，以实现对基坑变形的及时监测和预警。采集到的监测数据需要经过预处理和清洗，包括数据校正、异常值处理等，以确保数据的准确性和可靠性。采集到的数据将被传输至数据处理中心进行进一步的分析和处理。在数据处理阶段，常用的方法包括数据插值、拟合曲线、趋势分析等，以提取监测数据的变化规律和趋势。结合工程实际情况和监测要求，对监测数据进行分析和解读，评估基坑变形的程度和趋势，并提出相应的对策和建议[1]。同时，还需要将监测数据与实际施工过程相结合，进行综合分析和评价，为基坑工程的安全施工提供参考依据。

图1 监测数据的采集和处理流程

2 基坑变形监测数据处理方法

2.1 数据预处理

基坑变形监测中的数据预处理主要包括对原始数据进行清洗、校正和处理，以消除可能的误差和干扰，提高数据的质量和可信度。数据清洗，即剔除异常值和错误数据，采用统计学方法或专业领域知识进行数据的筛选和过滤，确保监测数据的准确性。数据校正，根据监测设备的特性和环境条件，对数据进行修正和校准，消除因环境变化和设备漂移引起的偏差。例如，对全站仪或GPS接收器采集的数据进行大地坐标转换或高程校正，以保证监测数据与实际情况的一致性。数据滤波和平滑处理，采用滑动平均、加权平均等滤波算法，平滑监测数据曲线，减小数据波动和噪声，提取数据的主要趋势和变化规律。数据对齐和同步处理，对不同监测点或监测设备采集的数据进行时间或空间上的对齐，确保数据的一致性和可比性。数据质量评估，利用统计学方法或质量指标对处理后的数据进行评估和验证，确定数据的可信度和适用性。

2.2 数据分析与建模

通过对基坑监测数据进行统计分析，包括描述性统计、相关性分析、频率分布分析等，以了解监测数据的基本特征和分布规律。利用时间序列分析等方法，对监测数据的变化趋势和周期性进行识别和分析，发现潜在的规律性变化。采用数据挖掘技术，对监测数据进行模式识别和特征提取，发现数据之间的内在关联和规律性，为后续建模提供依据。在建模过程中，常采用数学统计模型、机器学习模型等方法，通过对监测数据的拟合和预测，构建基坑变形的数学模型或预测模型，预测基坑未来的变形趋势和变化规律。同时，结合工程实际情况和监测要求，考虑影响基坑变形的各种因素，如地质条件、施工方式、周边环境等，建立综合的多因素模型，全面分析基坑变形的影响因素和机制[2]。还需要对建立的模型进行验证和评估，利用监测数据进行模型验证，评估模型的准确性和可靠性，为基坑工程的风险评估和安全管理提供科学支持。

2.3 结果解释与评估

通过对基坑变形监测数据分析得到的监测数据结果进行解读，包括基坑变形的实际情况、变形趋势和变形特征等。通过对数据结果的解释，可以全面了解基坑工程的变形状况，发现可能存在的问题和隐患。并对建立的数学模型或预测模型的结果进行评估，包括模型的准确性、稳定性和适用性等方面。通过与实际监测数据的对比分析，评估模型的预测效果和可靠性，发现模型存在的不足之处并提出改进建议。结合工程实际情况和监测要求，对基坑变形的影响因素进行分析和评估，考虑地质条件、施工工艺、周边环境等因素的影响，综合评价基坑变形的程度和危险性。根据结果解释与评估的分析，提出相应的对策和建议，包括调整监测方案、加强基坑支护、调整施工工艺等，以确保基坑工程的安全施工和管理。

3 基坑变形监测案例分析

3.1 城市地下停车场基坑监测案例概况

某城市地下停车场位于城市中心区域，周边环境复杂，土层结构复杂多变。监测方案设计包括对基坑周边的地质条件进行详细调查和分析，确定监测点的位置和布置方案，并选择合适的监测设备和技术手段进行监测。监测过程中采用了定时采集和实时采集相结合的方式，利用全站仪、倾角传感器等设备实时监测基坑周边土体的变形情况，并采集数据传输至数据处理中心进行分析和处理。

3.2 监测方案设计

针对城市地下停车场基坑监测，监测方案需要进行详细的地质条件调查和分析，包括地质勘测、钻孔取样等方法，以全面了解基坑周边土层情况。根据调查结果，确定监测点的位置和布置方案，涵盖基坑周边的关键区域和可能存在变形风险的地段。选择监测设备时，应考虑到监测精度和实时性要求，常用的设备包括全站仪、倾角传感器等。监测过程中，采用定时采集和实时采集相结合的方式，定时采集通过设置采集周期定期获取数据，实时采集利用传感器设备实时监测基坑周边土体变形情况。采集到的监测数据通过有线或无线方式传输至数据处理中心，进行进一步的分析和处理，以便及时发现异常情况并采取相应措施。

3.3 数据采集与处理

在监测过程中，采集数据之前，必须仔细设计监测点的位置和布置方案，涵盖基坑周边的关键区域和可能存在变形风险的地段。选择合适的监测设备和技术手段，如全站仪、倾角传感器等，确保监测精度和实时性要求。监测过程中采用定时采集和实时采集相结合的方式，定时采集通过设置采集周期定期获取数据，实时采集则利用传感器设备实时监测基坑周边土体变形情况。采集到的监测数据通过有线或无线方式传输至数据处理中心，进行进一步的分析和处理。在数据处理阶段，需要对采集到的原始数据进行预处理，包括数据校正、异常值处理等。采用如数据插值、拟合曲线、趋势分析等数据处理和分析方法，提取监测数据的变化规律和趋势[3]。结合工程实际情况和监测要求，对监测数据进行综合评估和解读，及时发现异常情况并提出相应的对策和建议，以保障基坑工程的安全施工。

3.4 结果分析与应对措施

基于对城市地下停车场基坑监测数据的分析，发现了一些变形异常情况，例如在基坑周边土体的沉降速率超过了设计范围，部分监测点出现了倾斜和变形。针对这些异常情况，需要及时采取相应的应对措施，以保障基坑工程的安全施工。通过对监测数据进行深入分析，确定变形异常的具体位置和范围，评估变形对工程安全的影响程度。根据分析结果，采取相应的工程措施，例如加固基坑支护结构、调整土体排水系统等，以减轻变形对基坑结构的影响。同时，建立定期监测和报告机制，对基坑周边土体变形情况进行持续跟踪和监测，及时发现和应对潜在的安全隐患。通过综合分析和有效的应对措施，确保基坑工程的安全施工和稳定运行。

4 结语

基坑变形监测是保障基坑工程安全施工的重要环节，而数据处理与分析是确保监测系统能够准确、及时地获取基坑周边土体变形信息并对数据进行深入分析和处理的关键步骤。本文对基坑变形监测技术的综述和数据处理方法进行了研究，深入探讨了监测数据的采集、预处理、分析、建模以及结果解释与评估等方面的关键技术和方法，为基坑变形监测领域的研究和实践提供了有益的参考和指导。在未来的工程实践中，将继续致力于基坑变形监测技术的创新和应用，不断提升监测系统的准确性、可靠性和实用性，为基坑工程的安全施工和可持续发展做出更大的贡献。

参考文献

[1]刘鹏鹏.基于基坑工程的变形监测点位测量精度研究[J].科技与创新,2023,(07):106-108.

[2]李会.基于模型数据与变形监测分析深基坑安全处理研究[J].工程机械与维修,2023,(01):291-293.

[3]邵艳坡,郭长恩.考虑锚索轴力的基坑变形监测数据处理方法[J].北京测绘,2022,36(12):1697-1702.

作者简介：郎增东（1994.09-），男，汉，安徽安庆，大专，助理工程师，研究方向：测绘。