超大、超深基坑（矿坑）变形监测总结
最近虽然很忙，但还是要先开个头，写一写这个精密测量的案例。
其实，准确的来说，应该不叫基坑，应为矿坑。
说它大，有多大？说它深？有多深？
有这么大：长、宽约400米，深度约100米，目的是在要这里建造一个水上乐园，史称“冰雪世界”。是湘江新区设立以来的亮眼工程。
本例监测的目的，是对基坑周边边坡实施变形监测，水平位移精度需要达到1-2mm，垂直位移精度需达到0.5mm及以下。 该项目已完成，总结对如此大范围的基坑监测精度如何达到。
为什么说不叫基坑而叫矿坑？因为严格来讲，虽说他是天然的，其实不是，这个坑其实是上世纪的一个水泥厂采石基地，是一个开采矿坑，因此是对废弃的基坑的利用。
还记得“人名的名义”中沙瑞金和李达康踩着单车，说李达康利用一个有着三百多年开采历史的煤矿矿坑，进行开发区的建设，与此雷同。
这在当今国内，属于唯一一个（据说上海也有一个比这个规模大一点但是停止开发了），在全球好像也仅此一处。因此，吸引了英国的Discover频道全施工过程跟踪采访。第一个采访的对象，就是监测工作。
在这里，我不是当然不是施工放样，是第三方监测，也就是变形监测，属于精密测量范畴。
本项目监测的主要工作：项目施工期对矿坑边坡进行全方位的变形监测。
这个项目，从2014年开始，到2018年结束，最终的监测报告，有一千余页，监测人员，送走一批又一批。
项目早已完成，在国内很难再有比这个更大的基坑了，以此作为一个总结，仅供公司内部沟通、交流。
这个项目总的思路是：将原有的矿坑边坡、坑底进行修复，在H=16m的边坡处，开挖出一个岩质平台，将一个超大型钢结构房屋直接放置在这个岩质平台上。
当然，由于跨度太大，中间会有很多钢结构的支撑。这个钢结构的房屋，会承载诸多功能，最主要是就是室内冰雪游乐场，往下，则是水上乐园。
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变形监测项目
矿坑边坡修复设计单位为中科院武汉岩土所，牛的不行的单位，所以项目之初经常与这些博士打交道。监测项目设计上主要分为：水平位移、竖向位移、深层水平位移、锚索应力监测、地下水位监测。
对于这种项目，变形的主要目的主要有二：1是对边坡施工期的变形监测，以确保施工期的边坡安全性；2是岩质边坡的变形观测。
重点在于第2点，对于岩质边坡的变形监测，主要是边坡顶的水平位移、边坡中部的水平位移监测，还有就是H16m平台的垂直位移监测，这三项，是本项目实际的监测核心。
在最初的监测方案评审中，专家组成员沈蒲生教授（泰斗级）就提出：我们的岩质边坡、16m平台，是确保工程安全的基础保障，不仅仅只考施工期的四五年时间，50年后怎么办？100年后怎么办？
这是直指核心，也是监测的的核心。在这里，本文主要阐述岩质边坡、16m岩质平台的监测。
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变形监测控制网方案（平面）
项目基本为圆形，基坑西侧为大山，比较稳定，东侧不远处为湘江，无法更远布设稳定点位，南北侧均为施工区域。
平面控制网的布设方案，首先考虑的是精度，相对监测精度。当时能够的利用的仪器主要有徕卡TS30（0.5″、0.6mm+1ppm）全站和天宝R8 GNSS接收机。
最终选择的是采用TS30的三角网，原因如下。
天宝R8、徕卡TS30为GNSS和全站仪的顶级产品，怎么做就靠自己的方法了。
采用R8布设平面控制网的主要优势是可以把基准点布设在很远的山里，不必考虑通视情况，也便于点位的长期观测，能够对布设在施工区域的监测点进行及时的加密和恢复观测，这是它的优势，也最满足规范要求。
而且，如果这样做，在规范上，在安监站的检查上也是最没有漏洞的。当时，已经跑遍周边3公里范围内的有利地形，包括高层建筑屋顶。
但是最大的问题是，GNSS的相对精度不高，R8为当时最顶级，但是根据我在洞庭湖大桥做了50小时的分时段观测静态网，其精度也只是呵呵。
其实，万米高空你要他的测距精度达到一两毫米，确实太难为他了。
还是那句话，GNSS静态网只适合于大范围的首级控制网，对于小范围及精密监测网，未必。
最终，采用的是全站仪边角网。
边角网的选点其实异常艰难，很难选，沿着周边选点、找点是一个长期的过程，前前后后经历了一个多月才弄出个基本来。由于时间太久，部分照片难以寻找。
网形很简单，但是煞费苦心，需要考虑的方方面面太多了。K1、K2是位于施工区域的工作基点，也就是二级网，从命名上可以看出，这两个点是先布设的。
为什么先布设工作基点？不是一般要求逐级布网、分级控制吗？因为，现在业主基本是要求跑步进场，你得先布设几个工作基点，开始测数据了再说。
（电子温度计，精密测角必备）
Z11、Z12位于居民区内，远离开挖区，短期来看肯定是稳定的，至于长期，比如五年之后、五十年之后，那这份工作也不是我来做，当前也没法考虑，但是是可以移交的。
Z11、Z12为在地面打的不同304钢测钉，选点的地方不会有重车经过，也没有埋设观测墩，既然是精密测量，为何不埋设观测墩？首先居民区内你能埋吗？
再者这两个点基本几个月才会测量一次，使用频率不高，没有必要搞观测墩，更重要的，我有原装徕卡基座，对中精度没有问题。
Z11-Z12两点是不通视，实在是没有办法通视，但这并不影响。
但是K1、K2还是搞了观测墩，因为使用频率太高了，也需要减弱仪器对中误差（原装徕卡的光学基座你很难校准对中误差）。
Z11、Z12是作为基准网的，两点间并不能通视，K1、K2是作为工作基点的，相互通视，组成了如上网形。总的思路，是首先确认Z11、Z12这两个点是不动的，只能这样了。
K1位于冠梁上方的喷浆小边坡上，地面材质硬化，K2同样，但是正好位于基坑的阳角处。基于这个情况，基本可以判断：K1只会有沿至Z11方向的位移，不会产生至K2方向的位移，K2两个方向都会产生变形，但可以通过至其他三个点的方向修正变形量。
初步一看，这个网形实在是很普通、很一般，但实则，每个点只要动了都能能发现，而且能够恢复。实则非常强悍，但致命弱点是，若这四个点同时发生同一个方向的整体位移那怎么办？那表示基坑也随着整体一起变化了，那我还需要考虑的这么远、这么深吗？显然不需要。
这个测法就比较简单了，充分利用这台顶级全站仪的测距优势，进行多时段往返测距，精度达到1mm还是比较容易做到。
这个1mm就是基本保障，对于短期内（半年），这个岩质边坡动了1mm肯定能监测出来，对于长期，2mm的变形量肯定可以监测出来。只有知道这个底，你才敢给业主汇报的确动了多少，而不是测量误差。在这里，作为设计方的武汉岩土所对我们是非常认可的。
在日常监测中，监测基点会经常被毁，但是，K1、K2是不会被毁的，这个区域也提前和业主、监理、施工单位打了招呼，这两个点的通视也比较好，可以作为日常在往下一级发展所用。
上图只是工作中某一个时间段的网形，有的点基本就是用一两个月。至于下一级的工作基点，什么后方交会、多点联网观测后平差等等，各种方法全都用上，哪种能解决问题就用哪个，非常灵活。
整个项目施工期间，对K1、K2点的反监测，其实这这两个点的变形就是1-2mm左右，是可以通过Z11、Z12来很快修正的，说明这种布设，满足施工期的精密变形监测，完全满足，虽然它看起来不那么规范。
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变形监测控制网方案（高程）
高程监测方案，相对来说就简单很多，一般只要找到地面稳固的点就行，再配合现在的高精度数字水准仪，精度很容易上来，但是这里不然。
由于要考虑长达四五年的施工，基坑深度达100m，埋设在开挖深度3倍之外，基本没有很好的地方，最终，选择点最远点距离基坑达1000m，而且不会有车经过，除非人为破坏，否会一直存在。由于基准点布设的多，即使部分点被毁，恢复起来也不费事。
仪器是天宝dini03，这没什么好说的，问题是，近两公里的水准路线长，如何实现达到1mm下的相对精度，是需要考虑的。
现场实际上只有16m岩质平台的沉降监测变形精度需要做到0.5mm以下，而这个变形又是需要长期监测的过程。同样分两级布设网，总体思路与平面网一直。
总共布设了8个基准点，至于工作基点，现场灵活布置。工作基点的观测，其实远比二等水准观测数据量大，主要是分时段多次观测，难度不大。
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变形监测方案（水平位移）
写到这里，其实篇幅已经够长了，要省一省，要不没法往下阅读。
水平位移监测的项目主要分为岩质边坡和普通施工边坡和盖梁，这里主要讲要求更高的岩质边坡位移监测。
由于是岩质边坡，当时是石头，而且是很大一块的石头，埋点直接电锤打孔把连接杆埋上去就完了，观测时在装上镜头。围着整个基坑埋设，总共埋设了18个点，16m平台埋设了17个点。
这35个点，是边坡施工期的监测重点，因为在施工期会对原本稳定的边坡造成扰动，你一惊动它，就破坏了它原本的平衡，说不定就会发生位移。
这个位移，在短时间内肯定是非常非常小的，难以察觉。但是进过我们长达四五年的监测，发现整体还是有一些小的变化，这是在施工期间，对于施工完成后稳定了，而且注水后也有一定的反压力，但是，上面的荷载也加重了，至于变形情况如何，期待后续单位继续监测。
至于水平位移监测方法，各种都尝试过，无人机摄影、三维激光扫描等手段，最终，还得最为传统的全站仪边角测法，虽然没有办法达到工业级超高精度，但是，1mm的精度还是可以达到的。
毕竟，观测边长一般都有两三百米，要做到也是需要下狠功夫。但是，除此之外，我还想不到比这更高精度的办法了。
就不要谈什么自动化监测了，你做不到，你以为搞个观测墩架台全站仪，搞个多测回测角软件自动化观测把数据传输回去就完了？即使你测再多测回也无济于事，我们需要的，是长期的变形量，并不需要连续观测。
水平位移的监测坐标系统，没有采用常规的独立正南正北独立坐标系，而是采用与施工方一直的坐标系统，目的是保持与施工方的有效沟通，便于施工过程中对于变形位置的准确描述。
因为本项目本就是一个圆形，而且你细看都是奇形怪状的，你根本无法直接用+- x或者y的方法来求得变形量，只能根据每个点的位移方向来计算变形量，在内业数据处理是比较麻烦的。
除了这个边坡，在基坑东侧还需要修建一座桥梁，桥梁的桩基就是落在岩质边坡上，其中有一段，中间长期渗水，内部溶洞较多，需要对边坡的中部实施变形监测。
现场根本没有办法做点，业主要求爬上去做点装镜头，谁敢去？只能采用免棱镜观测，监测按断面来布设，每个断面布设上、中、下三个点。
在测站、监测点都没有办法做点的情况下，如果实施对每个点的精准监测？我可以，有兴趣的可以加微信群私聊。
位移监测工作量非常大，主要原因是基坑太大了，绕一圈都有一公里多，控制点多、监测点也多，但是基本上也是分批观测的，比如分为岩质边坡区和施工边坡区，对于精度方法也合适的调整，做到不浪费精度，能够起到变形监测的精度即可。
但是根据每日平差的数据及总体变形趋势来看，精度还是非常可观的。普通边坡的水平位移精度基本达到了2mm以下，岩质边坡的水平位移精度基本达到了1.5mm以下，你要知道，这是在视距有两三百米的情况下的日常监测。
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变形监测方案（垂直位移）
对于普通的边坡和岩质边坡，即使高差大一点、距离远一点，只要把水准点做到位、多观测几站，没啥问题。
但是有两个难题，一是普通边坡被修成了台阶形式，有五六个台阶环于整个AB区，这些台阶之间非常陡峭，水准仪标尺无法直接下去，除非在边坡中间打两个转点，一个还下不去，这就非常麻烦。
第二个麻烦更大，16m台阶时候最大的台阶，要下到这个台阶去监测布设在上面的水准点，从坡顶布设水准仪下去，根本不可能，你下不去，太陡峭了，怎么办？
首先考虑的16m平台的垂直位移监测。
想了很多办法，最终只能几何水准+三角高程的办法，几何水准复测将水准点测至边坡顶，平台上17个点间高差用水准仪往返观测，从边坡顶至平台的高差，用三角高程。
这样子组合观测精度能达到多少呢？根据对监测数据平差计算和长期分析，0.5mm的总体精度没有问题，虽然不是很高，但很不错了。
几何水准+三角高程+几何水准的组合方式，是最后没有办法的办法，如果用纯几何水准，0.3mm是可以的，只能这样吧。
在对地面的变形监测中，在长达几年的数据整体观察，出现了下沉、上浮的现象。
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变形监测数据处理及报告的编制
数据部分，全站仪是没有多测回测角功能的（好像没有），不仅如此，开始以为没法传输数据，一直都是手记数据内业再输入，搞了大量的无用功，后面才到销售商那里装了数据传输软件、写了数据格式才搞定。
平面、高程数据由于全部是组合观测，分情况是采用统一联合平差或是分次独立平差，但总的来说，你只能采用严密平差，难道，你直接测坐标和高程？那就不叫精密测量了，精度也无法达到。
关于监测报告，这个真是头痛，当时，还没有运用Excel VBA来编制专用程序实现报告一键输出，当时全部是数据在excel处理，报表粘贴在word的方式，太原始了，也耗费了大量的精力。
写在最后