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        基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)及工程應用實踐

        2021-09-01 10:10:34王艷龍王江妹
        城市勘測 2021年4期
        關鍵詞:系統(tǒng)

        王艷龍,王江妹

        (1.北京訊騰智慧科技股份有限公司,北京 100029; 2.北京愛地地質(zhì)勘察基礎工程公司,北京 100144)

        1 引 言

        深基坑監(jiān)測一直是工程建設安全生產(chǎn)中最重要的一環(huán),特別是近年來基坑坍塌造成人員傷亡、經(jīng)濟損失的事件已屢見不鮮。所以如何能夠快速及時地進行基坑安全預警成為當前基坑監(jiān)測的技術難點。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測技術手段落后、效率低下、人力成本高,最重要的是無法做到監(jiān)測的實時性。所以自動化監(jiān)測逐步取代傳統(tǒng)人工監(jiān)測是目前的大趨勢,但是基坑監(jiān)測又區(qū)別于其他監(jiān)測類型,基坑監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境復雜,監(jiān)測項目多樣讓如何實現(xiàn)基坑監(jiān)測的自動化的難度增加了不少。本文就如何將自動化監(jiān)測系統(tǒng)應用于基坑監(jiān)測進行了較深入的研究。

        2 基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)

        基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)是通過集成較先進的傳感器技術、無線網(wǎng)絡傳輸工具及現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)采集工具來實現(xiàn)對基坑關鍵項目及特征點的實時監(jiān)測,通過微觀的數(shù)據(jù)變化來體現(xiàn)基坑整體宏觀的形變,是保障基坑施工安全的強力工具??梢苑浅S行У胤婪妒鹿拾l(fā)生,很好地輔助施工單位進行施工進度計劃安排[1]。

        2.1 系統(tǒng)設計目標及原則

        (1)系統(tǒng)設計目標

        ①全部監(jiān)測項目實現(xiàn)自動化的采集、自動化的存貯和計算。

        ②所有的監(jiān)測報表、變形曲線圖、變形速率圖均完成自動化生成。

        ③實現(xiàn)自動發(fā)送預警和報警信息,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)自動存儲、統(tǒng)計、分析,根據(jù)項目設計的預警和報警閾值,來實現(xiàn)自動發(fā)送預警和報警短信。

        (2)系統(tǒng)設計原則

        ①可靠性:系統(tǒng)的各項傳感器必要成熟、穩(wěn)定,而且必須保證能在惡劣環(huán)境條件下也能持續(xù)運行。必須提供通過認證的計量證書。

        ②可擴展性:系統(tǒng)可以一開始不具備某些功能,但要保證具有良好的可拓展性,具備更方便的更新迭代能力,監(jiān)測系統(tǒng)的總設計需要詳細考慮施工不同階段對應不同的監(jiān)測項目[2]。

        2.2 系統(tǒng)構成

        系統(tǒng)由測量機器人、各項目的傳感器、數(shù)據(jù)采集、無線傳輸設備、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)處理服務器、自動化監(jiān)測的Web平臺構成。其系統(tǒng)結(jié)構圖如圖1所示:

        圖1 系統(tǒng)結(jié)構圖

        所有監(jiān)測項目的傳感器采集數(shù)據(jù)后,通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)測中心,系統(tǒng)依托智能分析軟件,由中心PC進行數(shù)據(jù)存儲及解析計算,通過集成預警模型,可以做到將實時的預警信息通過短信的形式發(fā)到?jīng)Q策人手中,給決策人予以充分的時間啟動應急預案措施。并將數(shù)據(jù)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)管理預警平臺展示,平臺提供數(shù)據(jù)查詢、分析及圖表生成和自動報警功能[6]。

        3 工程應用

        3.1 項目概況

        北京鐵路樞紐豐臺站改建工程(主站房)基坑監(jiān)測工程位于北京市西南部豐臺區(qū),具體位置為豐管路以南,豐臺東大街以東,豐臺東路以北,西四環(huán)與西三環(huán)之間的地塊內(nèi)。本項目有以下特點:

        (1)基坑面積大,站房基坑工程總面積約為12.26萬m2。東西向長約 498 m,南北向長約 366 m?;娱_挖深,中央站房開挖深度為 13.556 m、13.956 m,地下室外墻周邊開挖深度為 14.156 m。

        (2)基坑監(jiān)測項目多,包括支護樁頂部水平位移、支護樁頂部豎向位移、支護樁深層水平位移、邊坡頂部水平位移、邊坡頂部豎向位移、錨桿軸力、支撐軸力、周邊地表沉降。

        (3)基坑周邊環(huán)境復雜,北側(cè)緊鄰京滬鐵路線,東側(cè)靠近北京地鐵10號線,10號線盾構區(qū)間與站房基坑圍護樁最近水平距離約 3.2 m。

        (4)基坑周邊及坑內(nèi)施工設備多,人員流動大,對實施自動化監(jiān)測構成了不利條件[3]。

        3.2 監(jiān)測項目

        (1)水平位移監(jiān)測

        水平位移監(jiān)測自動化實施方法是用Leica TM50測量機器人+GEOMOS自動化監(jiān)測系統(tǒng)取代傳統(tǒng)人工架設全站儀進行樁(坡)頂水平位移監(jiān)測。

        Leica TM50系徠卡公司專門為自動變形監(jiān)測生產(chǎn)的測量機器人,具有 0.3 m~3 000 m范圍內(nèi)的自動目標識別功能(ATR),其測角精度0.5″,測距精度為 0.6 mm+1 ppm[4]。GEOMOS是與TM50配套的一款自動變形監(jiān)測軟件,其軟件主要由兩部分組成,監(jiān)測設備和分析工具。其中監(jiān)測設備主要功能是數(shù)據(jù)管理、采集。分析工具主要負責收據(jù)的后處理以及圖像顯示[5]。

        整套水平位移監(jiān)測自動化監(jiān)測系統(tǒng)包括:測量機器人監(jiān)測站、計算機控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡、基準點及變形監(jiān)測點、GEOMOS軟件。如圖2、圖3所示。

        圖2 監(jiān)測機器人及監(jiān)測點

        圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圖

        (2)豎向位移監(jiān)測

        豎向位移監(jiān)測采用靜力水準的方法來取代傳統(tǒng)的幾何水準測量方法。

        本項目采用的是某廠生產(chǎn)的壓差式靜力水準儀,其主要技術原理是連通器原理,通過計算監(jiān)測點與控制點的相對沉降量來計算各個監(jiān)測點的沉降量。必須保證基準點是一個非常穩(wěn)定的豎向基點才能有效地反映監(jiān)測點的變化,當測點相對于基準點發(fā)生升降時,將引起各點壓力的變化。通過測量傳感器壓力的變化,來計算各測點相對水平基點的升降變化。

        本型號的靜力水準儀精度可以達到0.05%FS,量程為 2 000 mm,溫度補償范圍為-20℃~80℃,可適用于各種惡劣環(huán)境。

        整套靜力水準監(jiān)測系統(tǒng)由以下部分組成:基準點、監(jiān)測點、數(shù)據(jù)采集設備。如圖4所示:

        圖4 靜力水準基準點及監(jiān)測點

        (3)錨索軸力及支撐軸力

        錨索軸力及支撐軸力的自動化監(jiān)測就是在傳統(tǒng)的監(jiān)測方法的基礎上增加了數(shù)據(jù)采集裝置,實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集數(shù)據(jù),自動傳輸?shù)奖O(jiān)測中心PC。

        (4)深層水平位移監(jiān)測

        深層水平位移自動化監(jiān)測采用的是某工廠生產(chǎn)的固定式測斜儀的方法來取代傳統(tǒng)的人工監(jiān)測。

        固定式測斜儀相比人工測量的測斜儀,不僅安裝方便,而且能夠回收反復使用,最關鍵的是能夠?qū)崿F(xiàn)自動測量,較人工測量節(jié)省了巨大的人力、物力。傳統(tǒng)的人工測量測量一個 20 m的測斜管,正反兩次讀數(shù)。大概需要至少2個人,2個小時的時間。而固定式測斜不用人工讀數(shù),自動記錄監(jiān)測數(shù)據(jù),自動上傳平臺,而且監(jiān)測頻率可以自由控制。固定測斜儀具有自動溫度補償裝置,可以適應不同的溫度環(huán)境保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。其主要參數(shù)為量程±30°、精度0.01°、可使用溫度-20℃~80℃。

        3.3 實時監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺

        實時監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺主要負責各種監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、入庫、處理匯集的功能,其由通信模塊,控制模塊,數(shù)據(jù)模塊,管理模塊四部分構成[7]。

        通信模塊:通信模塊主要以不同的通信方式和通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的接收與命令的下發(fā),并將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。

        控制模塊:控制模塊是對數(shù)據(jù)采集設備遠程控制模塊,主要完成對數(shù)據(jù)采集設備的遠程操作及操作結(jié)果的反饋。

        數(shù)據(jù)模塊:處理通信模塊輸出的數(shù)據(jù),并根據(jù)存儲的設備信息及合成信息生成符合用戶需求的數(shù)據(jù)并輸出。

        管理模塊:通過Web實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的統(tǒng)一管理,完成對設備的遠程操作,對異常數(shù)據(jù)的集中處理[8],對設備的運行狀態(tài)的實時查看和對設備信息的統(tǒng)一管理等功能。

        3.4 基坑監(jiān)測預警管理系統(tǒng)

        系統(tǒng)界面如圖5所示:

        圖5 基坑監(jiān)測預警管理系統(tǒng)界面

        基坑監(jiān)測預警管理系統(tǒng)以各類基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎,以基坑監(jiān)測管理及預警業(yè)務為中心設計系統(tǒng)。其由基坑綜合數(shù)據(jù)庫、實時查詢展示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、預警模塊、系統(tǒng)管理模塊五部分構成[9]。根據(jù)結(jié)構監(jiān)測業(yè)務特點,采用數(shù)據(jù)服務層(即數(shù)據(jù)資源層、中間件層)、業(yè)務邏輯層(即業(yè)務架構層)、表現(xiàn)層(即應用層)三層體系結(jié)構。系統(tǒng)設計與實現(xiàn)采用面向?qū)ο蟮能浖O計方法和組件開發(fā)技術。

        4 結(jié) 語

        基于北京鐵路樞紐豐臺站改建工程(主站房)基坑監(jiān)測工程,采用Leica TM50+各種傳感器的方法實現(xiàn)了基坑監(jiān)測的自動化。開拓了自動化監(jiān)測技術在基坑監(jiān)測領域的市場,驗證了該方法的可行性。因基坑監(jiān)測的復雜性和多樣性,為以后基坑監(jiān)測技術開拓了新的思路,但也要考慮不同項目的不同特點,合理定制監(jiān)測方案,全面考慮項目實施可行性、成本、重難點及解決措施,避免在技術手段和監(jiān)測效果上顧此失彼。

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