试析自动化监测系统在城市深基坑监测工程中的应用

试析自动化监测系统在城市深基坑监测工程中的应用

陈波

天津市市政工程设计研究院天津300200

摘要：城市深基坑监测工程中采用传统监测方法往往会遇到诸多困难，监测难度偏大且监测精度无法得到有效保障，因此目前基于多种类传感器融合的自动化监测系统应运而生，它可结合工程施工现场情况实现重新布网，优化提出新测量方式，从整体上控制网平差与多数据差分内容，时刻做到对监测系数据的有效改正与处理，同时实时发布监测数据与报警内容。本文中将主要尝试分析自动化监测系统的基本构成，并结合案例分析了该系统在监测工程实践中的具体技术应用。

关键词：城市深基坑监测工程；自动化；系统组成；网络布设；数据采集处理

自动化机监测系统在城市深基坑监测工程中应用广泛，因为它所采集监测的数据数据准确、及时可靠、可第一时间进行数据分析处理，全面提高工程施工效率，特别是能够自然适应当前极为复杂的城市地下管网系统。

一、我国城市深基坑监测工程的技术应用现状

在城市化发展的快速推动下，我国城市建设现代化水平越来越高，特别是高层建筑鳞次栉比、为城市现代化发展水平提高创造了有利环境。在建设高层建筑过程中，深基坑项目数量逐渐增多，且深基坑的开挖深度与面积也越来越深、越来越大。不过客观讲，城市深基坑监测工程所面临的施工建设环境非常复杂。例如施工现场周围所存在的大量不同类型的永久性建筑，包括附属建筑的各种地下管路通道等等，环境极其复杂多变，如果不能做到合理设计与正确施工必然会导致工程事故发生，严重影响其它周边建筑的正常使用及财产生命安全。

传统的建筑深基坑监测工程主要采用人工监测和预警，目的是为了及时发现深基坑施工安全隐患，切实保护深基坑及周边建筑物在施工期间的安全稳定。不过传统人工监测工程是存在各种缺陷问题的，例如它是需要较长的监测时间的，且监测反馈速度相对偏慢，在恶劣天气条件下甚至无法正常展开人工测量，对工程整体进度推进十分不利。但目前的自动化监测系统可解决上述问题，它固定设站且增加了监测观察频率与方式，有专门负责对数据进行集成化处理的软件平台，可实现对深基坑水平位移、沉降等等现象的监测，同时也能对锚索轴力、深层水位进行集合监测，而且该系统还配备了远程控制辅助系统，达到了全天候动态监测目的[1]。

二、自动化监测系统的基本构成

自动化监测系统中应该包含了数据采集系统、数据分析系统、数据处理成果发布系统三大项，它的主要结构构成如图1。

图1自动化监测系统功能结构构成示意图

自动化监测系统的数据采集系统中还包含了两个子系统：全站仪自动采集系统与数控自动采集系统。其中全站仪自动采集系统主要利用到了测量机器人，它负责某些坡顶位置的水平位移与竖向位移的数据观测，并能够自动采集对象数据，基本上还是要结合现场实际施工情况建立一套自动变形检测系统与永久观测站，并为观测站配置全站仪与主控计算机系统。目前大部分国内观测站所采用的是“全站仪+4D软件”进行综合化控制测量，所能提供的测量功能非常丰富，例如设立监测点并进行初次测量、定期测量和定期复测。而观测站中还专门配备了数控采集箱，配合软件可控制锚索应力，并深层次采集深基坑的地下水位数据与深基坑深层水平位移数据，最后将所采集数据实时传送到后方数据库中，确保后方数据处理中心与前方观测站同步展开监测工作。

数据分析系统专门负责自动化采集数据并加以分类、处理和计算。它专门采用到了Trimble4D软件专门对所采集到的全部数据进行分类规整，剔除系统数据粗差，并对基准点进行稳定性分析，最后测量数据并进行平差计算，将计算处理好的数据对应存储到SQLServer数据库中。

最后是成果发布系统，它其中包含了数据查询、视频管理、统计分析、预警预报等多个模块功能。其中的数据查询模块可对数据库中的相应数据进行调用调整，可实现对所监测数据的实时查询与统计分析。如果出现数据变化量超过报警值情况，预警预报模块会直接面向计算机系统、网页以及移动智能终端APP等多个位置发布报警信息。而视频管理模块则主要作为监测系统辅助，在系统管理现场负责安置操控所有监控摄像头，对现场施工情况进行实时监控，通过预警功能及时发生存在与施工现场的各种施工技术问题与安全管理问题[2]。

三、自动化监测系统在城市深基坑监测工程中的应用案例分析

（一）案例项目基本状况概述

某医院综合楼建筑要开展深基坑监测工程施工，项目中专门采用到了自动化监测系统应用技术。考虑到项目本身位于城市繁华地段区域，人流、车流量相对偏大，且各类城市市政管线密集分布，环境相当复杂，所以工程中开挖了东西方向长度为100.60m，南北方向宽度为62.20m，开挖深度为22.0m的深基坑，这也是当地为数不多超过20m开挖深度以上的深基坑，整个基坑侧壁均按照一级安全标准考量进行开挖。基坑支护方面则选择了上部放坡配合下部单排桩和预应力锚索的“三保险”支护形式。采用自动化监测系统的原因在于该项目中的部分监测点被建筑上部钢结构人行辅道所遮挡，无法完全提供监测作业面，所以整个人工监测工作是无法顺利开展的。因此工程中专门采用到自动化监测系统并对项目施工中的坡顶水平与竖向位移、周边建筑位移、周边道路位移、地基深层水平位移进行分析，同时还会监测施工中的锚索内力以及地下水位变化情况。

（二）案例项目施工技术要点分析

1自动化监测网络系统布设

首先对该医院综合楼建筑建立自动化监测网，考虑到其施工作业空间相对狭窄，要在监测网上设置至少3个固定棱镜基准点，并在基坑监测平面布设监测图。例如在该工程项目施工中就专门布设了坡顶水平位移以及竖向位移监测点（两处共用一点），顺基坑边坡顶部位置布设，所有布设点位距离基坑开挖上口线大约40cm位置，且测点间距为15m。整个工程共计布设20个L型棱镜监测点，且在监测点周边采用植筋方式沿综合楼建筑外侧再布设16个监测点（距离外墙15m以外位置）。另外沿基坑在深层水平位移、锚索内力监测、地下水位监测等等方面也布设了多个监测点，其中每一个监测点上都装设了渗压计、测斜传感器和锚索传感器。具体来讲还应结合现场实际情况进行埋设，利用数据连接线配合数据采集箱连接，最终实现基于不同位置、不同深度的数据内容有效采集。

2数据采集与处理

该工程施工中的数据采集与处理采用数控采集箱配合传感器有线连接，主要将所采集到的数据通过无线网桥通信技术远程回传到机房数据处理中心位置。期间所有的数据处理均采用Trimble4D软件，该软件能够将所采集到数据中的粗差内容自动剔除，再通过复测实施基准网稳定性分析，最后将平差处理所测量数据内容。整个项目采用到了单测站重复观测，并基于基准点测量坐标对初始坐标差值进行监测点有效修正。监测点修正工作中就包括了方位角差分修正、距离差分修正以及球气差修正3方面[3]。

3数据发布

经过处理后的数据要通过系统监测系统平台中的SQLServer数据库进行正常发布，该工程中专门采用到了SOA系统架构，系统中就包括了深基坑监测成果在线发布与预警报告，且系统还能够实现数据查询、分析、视频管理与报警设置等等重要模块。该工程主要通过该系统深度监测检测点的累积沉降量与每一次沉降量实际情况，同时系统还会为沉降过程自动绘制时间序列曲线图，可相对直观、动态的反映该工程项目中的深基坑动态变形状况。

总结：

总体而言，自动化监测系统在城市深基坑监测工程中应用广泛且功能强大，它可实现动态测量，且可有效规避外界中不同因素的严重干扰，时刻确保测量高精度，节约大量人力物力成本。在未来，它在城市化建设中必然会发挥更大作用。

参考文献：

[1]王鹏，王宇，胡文奎，等.自动化监测系统在城市深基坑监测工程中的应用[J].城市勘测，2017（6）：122-125.

[2]彭芳乐，贾建伟.城市深层地下空间利用模式及数字化研究[R]，2013.

[3]张明栋，张明智.紧邻深基坑的地铁结构变形监测体系的建立和工程应用[J].城市勘测，2016（6）：131-134.