测斜仪在南宁市青山路南湖连接线隧道深基坑监测工程中的应用

肖华杰

【摘要】 本文介绍了测斜仪的工作原理及其在基坑深层位移监测中的应用，总结归纳了基坑深层位移曲线有"V"型、"D"型、"B"型、"r"型和"钟摆"型等几种曲线，根据监测成果曲线，可以有效地对滑动面的位置、基坑稳定状况和发展趋势以及基坑失稳机制作出准确判断和超前预报，为基坑应急处理设计与施工提供重要的依据。

【关键词】测斜仪；基坑监测；深层位移；超前预报

1 引言

城市基坑已向着大面积、大深度方向发展，周边环境复杂，基坑监测在基坑信息化设计与施工中的作用也越来越大[1]；为了发现隐患，消除危害，及时有效地采取处理措施，在基坑开挖过程中，就必须对基坑进行实时监测[2]。基坑变形是地质结构及内外影响因素的综合反映，基坑变形监测是分析基坑变形动态特征的依据[3]，是基坑应急处理信息化设计与灾害预测预报的可靠技术保障。其中基坑深层位移监测是基坑变形监测的重要内容，对准确确定滑面位置，研究基坑稳定性和发展趋势，以及应急处理设计与施工提供重要依据[4][5]。

2测斜仪的工作原理

测斜仪是一种在钻孔中能来回移动，以测量不同深度水平位移（即挠度）的仪器。其工作原理是测量仪器轴线与原准线之间夹角的变化量，进而计算出岩、土体不同高程处的水平位移。在岩土体干钻钻孔（一般终孔孔径不少于110mm）内埋设一垂直并有四个导向槽的测斜管，当测头在测斜导管内自下而上以一定间距（0.5m）逐段滑动测量时，测头内的传感器敏感地反映出测斜导管在每一深度处的倾斜角度变化，按测点的分段长度，分别求出不同的高程处水平位移增量△di，即：；

由测斜管底部测点开始逐段累加，可得任一高程处的实际水平位移，即：=。

式中：△di为测量段内的水平位移增量；l为测量点的分段长度一般取0.5 m；为测量段内管轴线与铅垂线的夹角；为管子固定点的底端以上i点处的位移；n为测孔分段数目，n=H/0.5，H为孔深。

在测斜仪观测时.为了消除和减少仪器的零漂及装配误差等，应在位移的的正方向及测头掉转1800。以后的反方向各测读一次数，取正反两方向测读代数差的平均值为倾角值。

3测斜孔位移-深度曲线的特征类型及其意义

3.1 工程概况

南宁市青山路南湖连接线工程起于青山路，经南湖公园，止于园湖路，全线长1.25公里，其中主线隧道长879米，基坑最大开挖深度14m，基坑监测里程为K0+140～K1+010，长度共约870m，基坑主要的支护方式为放坡、排桩、土钉和钢支撑等。在基坑开挖过程中，根据监测到的基坑深层位移数据，对基坑变形的深度、稳定情况以及影响范围作出超前预报，并采取应急措施，防患于未然。测斜孔共布置16个，深度为21m，布置位置如图2所示。

图2 测斜孔布置图

3.2 位移-深度曲线的特征类型及其意义

该基坑深层位移监测结果显示，累积位移-深度曲线主要有"v"型、"D"型、"B"型、"r"型及"钟摆"型几种特征类型，每種曲线类型代表着基坑不同的变形特征。

（1）" V"型：曲线特点表现为，底部位移很小，而上部位移较大，中间没有较明显的波峰和波谷（滑动面），表明在基坑开挖过程中，随着开挖深度不断加深，基坑边坡在不断缓慢变形，但并没有形成统一滑动面而出现整体滑动。如7、8月份雨季期间S7、S9和S10等3个测斜孔，S7孔如图3，表明该段边坡在基坑开挖过程中还没有形成明显的滑动面，处于剪切蠕变阶段。

图3 S7孔位移-深度变化曲线

（2）"D"型：曲线只有一个较明显的位移突变点（滑面形成处），且滑面位置一般较深，滑面以上滑体有可能呈整体滑动。表明在基坑开挖过程中，基坑边坡不断发生变形，随着开挖深度不断加深，变形的能量不断积聚，位移开始出现突变，并有可能从位移突变处（滑动面）发生整体滑动。如2010年7月底期间的S6和S8两个测斜孔，如图3，在地面以下6.4～6.8m深度处出现明显的位移突变，孔口位移接近12cm，如不采取紧急加固措施，该段边坡有可能出现整体滑动，后因采取土钉、木桩和钢花管等紧急加固措施，边坡变形得到有效遏制，"D"型曲线也慢慢变成" V"型曲线（如图4）。

图4 S8孔位移-深度变化曲线

（3）"B"型：曲线有几个较明显的位移突变点（可能的滑面形成处），表明基坑在开挖过程中，基坑边坡出现间歇性的不连续变形，且位移突变点（可能的滑面形成处）随基坑开挖深度不断下移，边坡处于蠕变前移阶段，但并不会出现整体滑动。如S13、S14和S15三个测斜孔，S14的位移曲线如图5所示，在3.5 m和6.5m两处形成了较明显的位移突变点，但边坡整体稳定。

图5 S14孔位移-深度变化曲线

（4）"r"型：位移曲线显示在边坡较浅部位形成明显的位移突变点（可能的滑动面），且位移相对较大，而下部位移较小。表明基坑在开挖以后，边坡体受外界条件的影响（如暴雨），沿土体中某一软弱面发生浅层整体滑移。如S2测斜孔在2010年7月31日在地面以下2.5m处出现明显的位移突变点，如图6，该段边坡随后很快出现了浅层的塌滑。但由于滑动面较浅，滑动范围有限，只是局部范围内的塌滑，因此，并不会对周围建筑物造成不良影响。

图6 S2孔位移-深度变化曲线

（5）"钟摆"型：不同时刻的位移曲线在初测值两侧作小幅度摆动，摆动幅度一般小于20mm，在量测综合误差影响范围之内。表明监测孔附近滑体处于相对稳定状态，如S1、S3、S4、S5、S12和S16等测斜，其中，S4测斜孔的位移变化曲线图7所示。

图7 S4孔位移-深度变化曲线

4 结论

根据上述分析，可以得到以下几点结论：

1.测斜孔是监测基坑边坡深层位移特征的有效手段，它不仅能及时预报边坡变形到滑动面的发生、发展的过程，还能准确判断滑动面的位置以及滑坡的影响范围，以便及时采取合理有效的紧急加固措施，保证基坑的稳定。

2.基坑边坡深层位移有"v"型、"D"型、"B"型、"r"型和"钟摆"型等几种曲线形态，每种曲线形态可反映基坑边坡的变形发展过程以及边坡的变形性质。

3.在基坑边坡监测过程中，如出现"D"型和"r"型位移曲线，说明边坡有可能发生整体滑动，应迅速采取加固边坡的有效措施防止其发生整体失稳破坏。

4."D"型位移曲线的边坡滑动面一般较深；"r"型位移曲线的边坡滑动面一般较浅，且有可能快速失稳。

参 考 文 献

[1 ] 张倬元，王士天，王兰生. 工程地质分析原理（第二版） [M] . 北京：地质出版社，1994 ：78-85.

[2 ] 吕建红，袁宝远. 边坡监测与快速反馈分析[J ] . 河海大学学报，1999 ，27 （6） .

[3] 孙福，魏道垛. 岩土工程勘察设计与施工[M] . 北京：地质出版社，1998.

[4] 吴铭江， 陶记昆. 测斜管导槽的扭转问题[J]. 大坝观测与土工测试，1995， 19（ 3）：15-18.

[5] 杨敏等. 基坑工程中的位移范分析技术与应用[M]. 北京：工业建筑出版社，1998.