梁位鴻

(廣東建青工程勘察設計咨詢有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引 言

在地下結構施工期間，深基坑工程是一項危險系數(shù)大、專業(yè)性強、系統(tǒng)性完整的工程[1]。目前施工現(xiàn)場的變形監(jiān)測仍較多采用人工監(jiān)測的方式，人力和時間成本耗費量較大，也無法有效保障變形監(jiān)測的連續(xù)性，監(jiān)測效果較差。而采用自動化監(jiān)測技術可以實現(xiàn)向信息化、自動化和數(shù)字化演變，也可以降低人工監(jiān)測的過程中常見的通視制約和環(huán)境因素制約的影響。

1 深基坑自動化監(jiān)測研究現(xiàn)狀

當前傳統(tǒng)的深基坑工程監(jiān)測以破壞變形為研究對象、以力學分析為研究方法，正在向以復雜問題為研究對象，以自動化監(jiān)測、仿真模擬技術等為研究方法演變。

目前針對深基坑工程的自動化監(jiān)測技術已有學者進行了一定的研究工作。曹冬冬[2]進行了多種深基坑工程自動化監(jiān)測的技術分析，包括全站儀、3D激光掃描和光纖傳感技術，同時對自動化監(jiān)測基準點和監(jiān)測點的設置進行詳細闡述。許余亮[3]以上海市楊浦區(qū)松潘排水系統(tǒng)改造工程的泵站深基坑工程為例，介紹了自動化監(jiān)測的目的和具體實施過程。

2 深基坑自動化監(jiān)測技術

2.1 自動化監(jiān)測優(yōu)勢

2.1.1 及時性

采用深基坑自動化監(jiān)測技術，當基坑監(jiān)測過程中出現(xiàn)任何異常時，可以及時有效地反饋到一線施工人員和管理人員，以便能夠及時采取有效的措施進行補救。

2.1.2 連續(xù)性

相對于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測需要換班交接，甚至可能出現(xiàn)監(jiān)測中斷等問題，自動化監(jiān)測可以保證24 h不間斷的系統(tǒng)性全方位的監(jiān)測，不受降雨降雪天氣影響，在極端的天氣情況下也可以進行監(jiān)測。

2.1.3 準確性

采用的監(jiān)測儀器精度高并且性能可靠，自動傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且生成表格，以曲線報表的形式展示監(jiān)測結果，可以大大減少人工，提升工作效率。另外，傳感器可以直接感知巖石、土體和結構的變形動態(tài)，數(shù)據(jù)更為精準。

2.1.4 延展性

自動化監(jiān)測體系中主要針對基坑的變形等，還可以延伸接入雨量計和壓力計等其他方面的監(jiān)測任務，對深基坑工程進行全方位無死角的立體監(jiān)測。

2.2 自動化監(jiān)測對象

結合工程自身特點，根據(jù)基坑的安全等級和環(huán)境等級對以下對象進行自動化監(jiān)測：

(1) 工程支護結構，包括圍護樁和各類支撐體系。

(2) 周圍巖土體，包括巖土體、地表沉降、深層水平位移和地下水位。

(3) 周邊環(huán)境，包括建筑物、構筑物和管線工程等差異性沉降及傾斜。

2.3 自動化監(jiān)測項目和設備

深基坑工程中針對的監(jiān)測項目和運用的監(jiān)測設備具體見表1。

表1 監(jiān)測項目與設備

2.4 自動化監(jiān)測流程

2.4.1 數(shù)據(jù)收集

利用數(shù)據(jù)傳感器來進行數(shù)據(jù)的采集工作，并利用無線電信號傳送至數(shù)據(jù)收集器，使用計算機分析處理收到的初始數(shù)據(jù)，并且在收集、處理過程中建立層級。

2.4.2 數(shù)據(jù)預處理與傳輸

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行預處理工作，將其轉化為數(shù)字信號，再利用網(wǎng)絡將其傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進行進一步的處理工作。

2.4.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理工作體積量巨大，主要由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)完成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收到各層級的數(shù)據(jù)后進行分析，并控制整個系統(tǒng)的有效運行，依據(jù)數(shù)據(jù)處理結果對整個數(shù)據(jù)庫進行維護和更新。

2.4.4 結構安全評定

安全評定系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的最終結果進行全面分析對比，綜合性地評價結構的穩(wěn)定性和安全性，自動生成結構安全評定報告。

2.5 自動化監(jiān)測技術分析

2.5.1 全站儀監(jiān)測技術

目前在深基坑工程自動化監(jiān)測領域，自動全站儀監(jiān)測技術的應用較為廣泛。全站儀可以自行定時以及動態(tài)瞄準被測目標的三維坐標、角度和距離。數(shù)據(jù)采集完成后，全站儀還可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進行處理，保證施工安全。

2.5.2 3D激光掃描監(jiān)測技術

3D激光掃描是利用高速激光掃描測量被測目標的三維坐標數(shù)據(jù)，并進行三維模型的構建，測量的精度和效率都比傳統(tǒng)的測量技術提高很多。另外，相對于全站儀監(jiān)測技術，3D激光掃描無須使用反射棱角，屬于非接觸性監(jiān)測技術，能更好地適應復雜的施工環(huán)境，在深基坑工程的自動化監(jiān)測中被越來越廣泛地應用。

2.5.3 光纖傳感監(jiān)測技術

光纖傳感技術具有較高的自動化水平，并且能夠?qū)ΡO(jiān)測目標實現(xiàn)全天候動態(tài)監(jiān)測，適應范圍較廣，可以測定內(nèi)外土體應力應變、位移變形情況及地下水位等參數(shù)，還可以將監(jiān)測信息建成立體模型，進行可視化處理，有利于監(jiān)測數(shù)據(jù)的進一步分析，從而保證深基坑工程的施工質(zhì)量及安全。

3 基準點、監(jiān)測點及設備的布設

3.1 基準點布設

自動化監(jiān)測的基準點個數(shù)一般應為3個，如圖1所示，設置在深基坑的邊坡中不受變形影響的位置。作為整個監(jiān)測系統(tǒng)的基準點，位置的準確性十分重要，因此，在施工的過程中需要定時復核基準點的位置是否有移動的情況出現(xiàn)，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準確。數(shù)據(jù)采集儀如圖2所示。

圖1 基準點

圖2 數(shù)據(jù)采集儀

3.2 監(jiān)測點布設

針對不同類型的監(jiān)測點，按照施工圖紙和現(xiàn)場施工條件等資料，進行監(jiān)測點的布設，確保能得到全方位的監(jiān)測資料，如圖1所示。在監(jiān)測點進行布設時，需要掌握一定的布設要點。

圖3 測點標示牌

3.2.1 坑頂位移、沉降監(jiān)測點

基坑支護結構頂部水平位移、沉降觀測點埋設如圖4所示。該項目是基坑監(jiān)測的基本項目，它可以反映各個位置基坑支護的水平位移變形情況。在基坑支護結構頂部邊緣埋設水平位移及沉降一體化觀測點，觀測點采用L形小棱鏡及我院設計的L形小棱鏡支座，或采用沖擊鉆鉆孔置入法埋設。觀測點的埋設方法：首先采用鉆孔置入法埋設4根φ16 mm的螺紋鋼，然后用φ110 mm的PVC管將4根螺紋鋼罩住并澆注混凝土墩柱，再將L形小棱鏡用自膨脹螺絲固定，作為水平位移測點標識。

圖4 水平位移及沉降變形監(jiān)測點埋設示意圖

3.2.2 支撐監(jiān)測點

對于混凝土支撐，采用振弦式鋼筋計進行監(jiān)測，在支撐綁扎鋼筋時，將主筋截斷，鋼筋計與支撐主筋焊接，為了能夠真實反映出支撐桿件的受力狀況，鋼筋計與主筋最好采用對焊，如果沒有對焊條件，也可以用兩根短鋼筋夾住接頭以通長焊縫正反兩面焊接(雙側綁焊)，每個斷面布設4個鋼筋計，并嚴格均勻分布鋼筋計，如圖5所示。鋼筋計和支撐的主筋焊接時應采取包裹濕布或澆水降溫等措施，保證鋼筋計的溫度不高于90℃，否則會使鋼筋計內(nèi)部元件失靈，無法工作。本工程在兩道內(nèi)支撐上、下對稱位置設置應力監(jiān)測點，鋼筋計焊接完成后，導線要分股標識清楚，并保護起來。

圖5 鋼筋混凝土支撐鋼筋計埋設示意圖

3.2.3 地下水位監(jiān)測點

將水位傳感器直接預埋至水位管內(nèi)，，如圖6所示。固定管口，將傳感器電纜線接線端連接低功耗振弦采集模塊，進行地下水位數(shù)據(jù)采集，并可以將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至現(xiàn)場采集單元MCU，通過公共網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控平臺。本工程中，地下水位監(jiān)測全部實施自動化監(jiān)測，同時預留電纜接口，可以進行輔助人工監(jiān)測。

圖6 地下水位監(jiān)測

3.2.4 深層水平位移監(jiān)測點

采用的固定式測斜儀，固定式測斜系統(tǒng)由若干測斜管、傾斜傳感器和數(shù)據(jù)采集器組成。測斜系統(tǒng)的實施，通常需要在待測區(qū)域鉆孔，然后把測斜管埋入孔中，如圖7所示，并保證測斜管的其中一對溝槽指向預期的變形方向，如朝向山體的下坡或者基坑開挖側。傾斜傳感器首尾按3 m的間隔相連，沿著測斜管的溝槽進行安裝。當待測區(qū)域發(fā)生形變時，測斜管也跟隨傾斜，并會帶動其中的測斜傳感器。通過測斜傳感器的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)采集器獲取，并可將數(shù)據(jù)遠程傳輸至服務器，服務器端軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

圖7 測斜管保護箱示意圖

3.3 基坑頂部位移、沉降工作站布設

在全站儀的安裝使用過程中，需要保持其底座的穩(wěn)定性。將立桿的底部法蘭盤緊密連接在基礎上，在立桿的頂部放置全站儀。另外，為了避免降雨降雪等環(huán)境影響，在全站儀外側設置玻璃保護箱，如圖8所示。

圖8 全站儀安裝監(jiān)測

4 結束語

伴隨著城市建設的腳步不斷向前推進，深基坑工程不斷增多，針對深基坑工程安全監(jiān)測的重要性逐漸顯現(xiàn)。自動化監(jiān)測技術相對人工監(jiān)測具有明顯的優(yōu)勢，能夠提高整個深基坑工程施工過程的效率，有效消除安全隱患，對深基坑工程的施工全過程提供動態(tài)信息化管理，對于施工技術的提升具有重要意義，保障工程的經(jīng)濟效益和社會價值。