童鵬程 （中鐵四局集團建筑工程有限公司，安徽 合肥 230022）

隨著城鎮(zhèn)化的快速推進，緊臨城市干道和既有建筑物的深基坑越來越多的出現(xiàn)，深基坑的安全與穩(wěn)定更加重要，采用傳統(tǒng)測量儀器人工監(jiān)測，已經(jīng)無法實時反映深基坑施工變形情況。利用信息網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化的技術(shù)，可以實現(xiàn)深基坑施工過程中的實時自動化變形監(jiān)測。

1 工程概況

武漢市軌道交通7號線瑞安街配套綜合開發(fā)建設(shè)項目位于武漢市武昌區(qū)。項目分為A、B兩個地塊，分別采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系圍護結(jié)構(gòu)，其中A地塊基坑開挖面積3481.89m2，開挖深度約14.0m，B地塊基坑開挖面積約7017.34㎡，開挖深度約10.9m。兩個基坑開挖深度大，地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等情況復(fù)雜。

2 深基坑監(jiān)測現(xiàn)狀與不足

目前，國內(nèi)深基坑監(jiān)測主要是通過設(shè)定監(jiān)測項目的累計變形值及單次變化速率控制值，超過控制值及時通報施工、設(shè)計等相關(guān)單位采取必要的應(yīng)對措施。采用的技術(shù)方法主要是利用人工操作傳統(tǒng)的測量儀器獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)簡單的分析對比，判斷基坑變形是否達到預(yù)警值，卻未將監(jiān)測數(shù)據(jù)與基坑周邊施工環(huán)境相結(jié)合進行分析。

采用傳統(tǒng)測量儀器監(jiān)測的方法存在很多不足之處，可以概括為以下3個方面：①現(xiàn)場全人工采集數(shù)據(jù)，監(jiān)測效率慢；②缺乏高素質(zhì)技能人才儲備，既懂工程結(jié)構(gòu)，又懂工程測量的是少之又少；③數(shù)據(jù)分析處理還是以人工為主，缺少監(jiān)測數(shù)據(jù)分析預(yù)測軟件。

3 網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測的方法

3.1 監(jiān)測原則

根據(jù)地質(zhì)勘察資料、設(shè)計及施工方案，結(jié)合施工現(xiàn)場土體狀況及周邊環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施等結(jié)構(gòu)物變化的網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測，正確指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免事故發(fā)生。

3.2 測點布置

測點布設(shè)位置及密度應(yīng)與基坑開挖順序、被保護建筑物的位置及特性相配套。監(jiān)測點應(yīng)充分結(jié)合基坑監(jiān)測等級、基坑設(shè)計參數(shù)特性和基坑施工參數(shù)特性進行合理布置，特別是基坑圍護體側(cè)邊中部、陽角處、受力（或變形）較大處應(yīng)布置測點，重點區(qū)域應(yīng)加密監(jiān)測點（見圖 1、圖 2）。

圖1 A地塊測點布置示意圖

圖2 B地塊測點布置示意圖

3.3 監(jiān)測部位與監(jiān)測元器件

3.3.1 圍護體頂部水平位移監(jiān)測

基坑開挖期間，為掌握圍護體頂部的位移信息，布設(shè)水平位移監(jiān)測點，擬采用拉線式位移計，安裝方法如下：在所測位置砌兩個水泥墩，與支護結(jié)構(gòu)頂部表面保持平行，一端固定位移計本體，一端固定鋼絲端。通過對鋼絲長度調(diào)節(jié)觀察讀數(shù)儀讀數(shù)，將儀器大致拉伸至滿量程1/2左右（保證能夠測量拉伸或壓縮兩個方向的變形，見圖3）。

圖3 拉線式位移計布點示意圖

3.3.2 深層水平位移監(jiān)測

土體開挖會使圍護體兩側(cè)受力不均，產(chǎn)生壓力差，從而引起圍護體的變形。利用滑輪式固定測斜儀（見圖4）探頭深入圍護體內(nèi)部，通過測量預(yù)先埋在圍護體內(nèi)部測斜管的變化情況反映出圍護體各深度上的水平位移情況。

圖4 測斜儀及其連接鋼圖

3.3.3 支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力測點主要選擇基坑維護結(jié)構(gòu)受力較大處，在起主要控制作用的斷面處焊接鋼筋計（見圖5），同時要考慮鋼筋計監(jiān)測軸力時的全面性和代表性。

圖5 鋼筋計安裝圖

3.3.4 周圍建筑物沉降、傾斜監(jiān)測

基坑土體開挖會對基坑外一定范圍內(nèi)建筑物造成影響，如建筑物變形過大，將導(dǎo)致該建筑物不能正常、安全使用，故需對建筑物進行沉降和傾斜監(jiān)測。將靜力水準儀（見圖6）和傾角儀（見圖7）安裝在被監(jiān)測建筑物上即可實時監(jiān)測。

圖6 靜力水準儀安裝示意圖

圖7 傾角儀示意圖

3.3.5 裂縫監(jiān)測

基坑開挖前應(yīng)記錄監(jiān)測建筑物、道路等對象已有裂縫的分布位置和數(shù)量，測定其走向、長度、寬度等情況，監(jiān)測標志應(yīng)具有可供量測的明晰端面或中心。裂縫計（見圖8）可用于混凝土凝固后結(jié)構(gòu)體伸縮縫的位移測量。

圖8 靜力水準儀安裝示意圖

3.3.6 無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

整個基坑監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（見圖9）將預(yù)先埋設(shè)或安裝的監(jiān)測元器件分別聯(lián)通，共分為三級：一級網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場工作站內(nèi)的服務(wù)器和收發(fā)器組成；二級網(wǎng)絡(luò)由分布在基坑與工作站中間的若干中繼器組成；三級網(wǎng)絡(luò)由分布在基坑內(nèi)部各個監(jiān)測點的采集器組成。

圖9 基坑監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖

受無線傳輸距離及無線信號強度影響，二級網(wǎng)絡(luò)中的每個中繼器默認與較近的采集器通信，以增強通信的穩(wěn)定性、可靠性。當中繼器發(fā)生故障，或者中繼器與采集器之間因新建筑阻擋導(dǎo)致通信中斷時，系統(tǒng)自動切換相鄰的中繼器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而增強系統(tǒng)抗干擾能力。

4 監(jiān)測平臺

監(jiān)測平臺將現(xiàn)場各監(jiān)測元器件采集器采集的數(shù)據(jù)收集、匯總，并通過相關(guān)軟件進行處理、分析及預(yù)測，上述內(nèi)容是系統(tǒng)平臺的核心應(yīng)用功能（見圖10）。主要包括原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的篩選、變形數(shù)據(jù)計算，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及短時預(yù)測，支持現(xiàn)場施工監(jiān)測的要求。

圖10 監(jiān)測平臺工作示意圖

4.1 變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

4.1.1 測點趨勢分析

用來查看各個監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢走向并生成測點數(shù)據(jù)趨勢圖，根據(jù)其規(guī)律走向，分析是否存在潛在隱患以及根據(jù)測點趨勢走向圖可作未來預(yù)測性分析。

4.1.2 斷面趨勢分析

看各個斷面監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢走向。根據(jù)測點趨勢圖研究該斷面的數(shù)據(jù)規(guī)律走向，分析該斷面各個測點趨勢走向是否存在規(guī)律或潛在聯(lián)系，以便為后期監(jiān)測提供有力的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測項目監(jiān)管及科學(xué)化分析。

4.1.3 多測點數(shù)據(jù)融合

將多個測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成曲線在一個平面圖中顯示，可用來查看多個測點之間的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢，觀察各個監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行對比。

4.1.4 測點關(guān)聯(lián)性分析

查看多個測點之間的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢，觀察各個監(jiān)測點數(shù)據(jù)判斷多測點是否有存在變化關(guān)聯(lián)。

4.2 變形趨勢短期預(yù)測分析

由于變形體機理的復(fù)雜性和多樣性，對變形分析與建模理論和方法的研究，需要結(jié)合地質(zhì)、力學(xué)、水文等相關(guān)科學(xué)的信息和方法，引入數(shù)學(xué)、數(shù)字信號處理、系統(tǒng)科學(xué)以及非線性科學(xué)的理論，采用數(shù)學(xué)模型來逼近、模擬和揭示變形體的變形規(guī)律和動態(tài)特征。系統(tǒng)采用多元線性回歸方法及Kalman濾波算法實現(xiàn)變形數(shù)據(jù)的短期預(yù)測，并輸出監(jiān)測項目的下一監(jiān)測時刻的預(yù)測值。

4.3 智能化預(yù)警

在施工過程中，為了能及時反饋監(jiān)測結(jié)果，預(yù)警基坑施工中潛在的風險，該平臺可以實現(xiàn)基坑現(xiàn)場聲光預(yù)警、短信預(yù)警及3D圖形化可視預(yù)警研究，

5 監(jiān)測成果分析對比

5.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

現(xiàn)選取離基坑最近的建筑物沉降人工監(jiān)測累計值與自動監(jiān)測累計值對比（見表1），再選取基坑南側(cè)維護體頂部水平位移人工監(jiān)測累計值與自動監(jiān)測累計值對比（見表2）。

人工監(jiān)測與自動監(jiān)測累計沉降值對比 表1

人工監(jiān)測與自動監(jiān)測累計水平位移值對比 表2

通過對比可以發(fā)現(xiàn)采用靜力水準儀自動監(jiān)測的累計沉降值與采用電子水準儀人工監(jiān)測的累計沉降值，及采用位移計自動監(jiān)基坑頂部水平位移累計值與采用全站儀人工監(jiān)測的水平位移累計值存在的差別非常小，完全可以替代人工監(jiān)測。

5.2 存在優(yōu)勢

采用網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測可以提高深基坑的監(jiān)測效率，特別是在極端氣象條件下或臨邊危險位置，人工無法監(jiān)測時，系統(tǒng)可以實時自動發(fā)出監(jiān)測數(shù)據(jù)。另外，平臺系統(tǒng)可以自動對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，并生成監(jiān)測位置的變化趨勢。

6 結(jié)論

在深基坑監(jiān)測過程中，通過對深基坑網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析對比可知，在建筑、道路、管網(wǎng)等密布的復(fù)雜施工環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)自動化監(jiān)測完全能夠滿足深基坑監(jiān)測的各項要求，從而提高深基坑監(jiān)測的實效性、精確性。

GB50497-2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.