自动化监测技术在基坑工程监测中的应用

自动化监测技术在基坑工程监测中的应用

王博

西北综合勘察设计研究院陕西西安710003

摘要：随着科学技术的发展，我国的自动化监测技术有了很大进展。将自动化监测技术应用在地铁基坑工程监测中，开发地铁基坑自动化变形监测系统，综合应用测量机器人与多类型传感器，实现对多个监测项目的数据实时采集、传输、处理及发布。结合工程实例，介绍了地铁基坑自动化变形监测工作的实施情况。自动化监测成果可真实反映地铁基坑变形情况，为地铁基坑安全施工提供可靠的保障。

关键词：地铁基坑;自动化;变形监测;测量机器人;传感器

引言

八十年代以来，施工期间监测贯穿了绝大多数的深基坑工程，通过对监测项目控制值的设定，来监测和保障基坑自身以及周边环境的安全和稳定。但目前大多数的基坑监测工程，能够真正实现信息化施工的基坑监测项目不多，大部分的基坑监测工作并不能体现最终的反馈作用;自动化监测技术不仅监测数据精确高，而且可以节省大量人力物力，可以克服外界环境和天气的影响，实现全天候自动监测。

1深基坑概述

基坑是指工程施工过程中，按照勘察设计图纸在基础设计位置向下开挖的地下空间，深基坑是指开挖深度超过5m，地下室超过3层，或深度虽未超过5m，但基坑周边地质复杂的工程。深基坑工程包括土方挖运、边坡支护、基坑排水等，是一项专业领域覆盖广、危险系数大、综合性强的工程。由于深基坑支护结构都是临时结构，故危险系数大，在设计施工方案时应充分考虑在施工过程中支护结构稳定性的监察问题，更应设计切实有效的应急措施。基坑工程综合性强，所需要的专业人才不仅懂得结构力学、土力学、测量勘探，还需具备一定的计算机技术和施工技术知识。基坑工程具有环境效应，在深基坑开挖过程中必然对周围建筑物、地下水位和土体产生影响，因此，在制定施工方案时应充分考虑这一点。

2自动化基坑监测流程

（1）外业监测数据采集。包括水平位移监测、竖向位移监测等内容，采用自动化监测系统可以对这些监测项目进行全天候实时监测，不需要耗费大量的人力和时间，系统会通过传感器将这些数据自动的采集出来，通过有线或无线的方式传递给计算机。（2）内业监测数据处理。利用符合需求分析的专业软件，自动化成果统计和模型预测系统，对外业数据进行自动化处理分析。（3）成果反馈。利用内业数据处理的成果，基于互联网的监测数据浏览、分析、预测，将成果快报、配套图件发送至平台，可以直观的反映出监测成果。

3自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用系统

（1）硬件系统。地铁基坑自动化变形监测系统的硬件系统主要由数据采集设备、现场控制箱以及远程数据中心三个部分组成。使用高精度的测量机器人以及固定式测斜仪、钢筋计、轴力计、水压力计等监测用传感器作为数据采集设备。将现场控制箱安放在地铁基坑不受施工影响的区域。控制箱中集成了工控机、传感器数据采集仪、数据传输模块以及电源等设备。为确保数据传输的稳定性，将测量机器人与工控机采用有线方式进行连接，各类型传感器同样采用有线方式与传感器数据采集仪对应端口相连接。工控机与传感器数据采集仪均与数据传输模块相连接，通过无线网实时将监测数据传送至远程数据中心的服务器，进行进一步的数据处理、分析与发布等工作。（2）软件系统。系统集成了三维位移监测、深层水平位移监测、支撑轴力监测、地下水位监测等功能，并将所有监测数据分项目进行管理。在现场进行设备安装调试时，可在系统中对各项测量参数进行设置，并测试数据采集是否正常。在进行日常的自动化监测工作时，软件系统可实时接收从施工现场远程传送回来的监测数据，进行进一步的处理及入库工作。同时将监测成果通过专用接口自动上传至“轨道交通工程建设安全风险监控与管理信息系统”进行发布。

4基准点、监测点及设备布设

（1）基准点布设。在基坑周围布设不少于2个全站仪后视基准点，且布置在基坑边坡变形影响范围之外的区域，以免受到基坑支护位移和护坡变形的影响，且要求基准点周围视野开阔，土层牢靠使基准点不宜随意移动。基准点每月应定时测定1次位置与稳定性，保证采集数据的准确性和分析结果的合理性。（2）监测点布设。①土体位移监测。土体位移监测是对基坑开挖以及支护体系土体在纵向发生的位移量进行监测，并掌控土体与基坑变化方向的动态信息。测斜孔是将高强度的PVC测斜管打入土体内部，且保证测斜管长大于测斜孔深度。测斜管内使用便于测斜仪探头滑轮顺利下方的十字滑槽，必须与基坑的边线垂直。测斜管上下端端口必须用专用的盖子密封好，防止水和砂石进入管内，在整个测斜管打入完毕后，立即加入黄沙等材料，并夯实表面覆盖土体，以确保监测点的安全性与稳定性。②应力器的布设。围护墙外侧土层给予的纵向荷载是由基坑围护墙及其支撑体系共同承受，当实际支撑轴力与理论设计支护轴力不符时，极易造成整个基坑支护体系的失稳，造成不可弥补的灾难。为了实时监测基坑支护的轴力是否达标，需对支护体系设置监测点，进行轴力监测。将轴力监测点安装在混凝土支撑构件中时，利用应力测试器进行支护体系轴力的测定，将应力器安装在钢管支撑上时，在钢管外表面焊上应变计，且与支撑方向平行，保证焊接平整、无孔洞和间隙。③地面监测点的布设。在地面开孔并打入直径不小于22mm的螺纹钢筋，为防止路面沉降带给测点的影响，需将螺纹钢筋打入混凝土地面下，在螺纹钢筋周围填入细砂土并夯实。在打入地面的螺纹钢筋上安装微型棱镜，为便于全站仪观测，棱镜至少高于地面5mm，并正对监测仪器，采取一定的保护措施，防止被破坏。布设周边建筑物监测点时，要将监测点设置在角点、大转角，新旧建筑物、高低建筑物等视野宽阔的地方，对于圆形、多边形的建筑多沿纵横轴线进行监测点的对称布置。（3）观测仪器的布设。对于全站仪布置时应有稳定的基础，浇筑全站仪基础前应先制作完毕带螺杆的钢筋笼，常使用长度为1m的8根螺杆与钢筋笼焊为一体，立杆底部与基础刚接，稳定相连，全站仪架在立杆顶部，在全站仪外建造保护箱以防止灰尘与水渍对全站仪的影响。

5自动化监测成效

基坑墙顶竖向与水平位移自动化监测与人工监测共用监测点位，在各基坑墙体深层水平位移、地下水位自动化监测点位附近1m范围内布设有传统人工监测点位。在基坑开挖期间对以上自动化监测项目选取监测点与对应的人工监测点进行成果对比。以人工监测成果作为真值，评价自动化监测成果的可靠性。基坑墙顶竖向与水平位移人工监测每天进行一次数据采集。基坑墙体深层水平位移人工监测使用测斜仪每天进行一次数据采集。自动化监测得到的水位值与人工测量得到的趋势一致，能可靠地反映地下水位的变化情况。

结束语

综上所述，地铁基坑自动化变形监测系统可实现对地铁基坑工程多项重点监测项目的数据自动化采集、传输、处理以及发布，综合运用高精度的测量机器人及监测用传感器，有效减少人工成本且可实时获得准确的监测成果，为地铁基坑工程安全施工提供了可靠保障。