林翔宇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-2187

摘? 要：基坑監(jiān)測技術(shù)是隨著深基坑工程的發(fā)展而不斷完善的。由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施的變化進行監(jiān)測已成為工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。對于風(fēng)險大、安全性要求高的深大基坑采用傳統(tǒng)的監(jiān)測模式不能滿足現(xiàn)階段的要求。自動化監(jiān)測技術(shù)具有實時監(jiān)測、自動化性能高和復(fù)雜環(huán)境下安全保障的特點。隨著信息化技術(shù)的提高，建立自動采集、數(shù)據(jù)實時分發(fā)及數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計分析平臺，實現(xiàn)無人化現(xiàn)場監(jiān)測是一種趨勢。

關(guān)鍵詞：自動監(jiān)測技術(shù)? 深基坑? 地鐵? 應(yīng)用

中圖分類號：U231.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（a）-0014-03

Application of Automatic Monitoring Technology in Deep Foundation Pit of Subway

LIN Xiangyu

（Shanghai Municipal Engineering Design Institute （Group） Co.， Ltd.， Shanghai， 200092? China）

Abstract： With the development of deep foundation pit engineering， foundation pit monitoring technology is constantly improved. Due to the complexity of underground soil properties， load conditions and construction environment， monitoring the changes of soil properties， environment， adjacent buildings and underground facilities caused by the construction process has become an essential part of engineering construction. For the deep foundation pit with high risk and high safety requirements， the traditional monitoring mode can not meet the requirements at this stage. Automatic monitoring technology has the characteristics of real-time monitoring， high automation performance and security in complex environment. With the improvement of information technology， it is a trend to establish automatic collection， data real-time distribution and data query statistical analysis platform to realize unmanned on-site monitoring.

Key Words： Automatic monitoring technology; Deep foundation pit; Metro; Application

當(dāng)前對于風(fēng)險大、安全性要求高的深大基坑采用傳統(tǒng)的監(jiān)測模式已不能滿足現(xiàn)階段的要求。自動化監(jiān)測技術(shù)具有實時監(jiān)測、自動化性能高和復(fù)雜環(huán)境下安全保障的特點[1]。尤其是在城市軌道交通建設(shè)中，遇到基坑開挖深度大、周邊建筑物多、市政道路交叉和壓力管線密集的情況下，采用自動化監(jiān)測技術(shù)能為基坑監(jiān)測實時開展提供有力的保障。

1? 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。根據(jù)基坑工程本體自動化監(jiān)測項目需要，傳感器有自動水位計、孔隙水壓力自動化監(jiān)測計、土體分層沉降計等自動化觀測技術(shù)，及時掌握關(guān)鍵水位及孔隙水壓力變化;自動化墻體或土體深層水平位移、支撐軸力自動化采集儀，實時反映基坑開挖過程中土體的變化;靜力水準儀、隧道自動化收斂、全站儀自動化水平位移，是針對隧道結(jié)構(gòu)變化的實時監(jiān)測[2]。

在自動化監(jiān)測技術(shù)發(fā)展過程中，各種自動化監(jiān)測設(shè)備蜂擁涌入市場。為遵循“實用、可靠、先進、經(jīng)濟”的原則，根據(jù)監(jiān)測等級和監(jiān)控對象的特點，在本次應(yīng)用中，采用了自動化墻體或土體深層水平位移、孔隙水壓力自動化監(jiān)測計和靜力水準儀技術(shù)進行分析。

1.1 建筑物靜力水準儀自動化

自動沉降監(jiān)控采用靜力水準儀，數(shù)據(jù)解調(diào)器將靜力水準儀收集的沉降更改讀取到計算機中，以進行計算、處理和傳輸。根據(jù)連接管道的原理，儀器通過傳感器測量每個測量點相對于儀器參考點的監(jiān)測儀器中容器液位的變化，然后計算相對于基準的每個點的變化[3]。

靜力水準測量系統(tǒng)主要由主容器、連接管、傳感器等部分組成。當(dāng)儀器主體的安裝點的高度改變時，主容器中的液位改變與每個容器中的液位由精密傳感器測量。傳感器上有自由懸掛的重物。一旦液位變化，傳感器就會檢測到懸吊重物的懸浮力。

1.2 墻體或土體深層水平位移自動化

地下連續(xù)墻上部環(huán)梁施工完成后，在固定的土墻斜孔中放置固定的測斜儀，并將傳感器電纜連接至無線測量模塊，以通過GPRS通信模塊實現(xiàn)遠程自動監(jiān)控。

整個系統(tǒng)包含安裝在測斜管中的多個固定測斜傳感器，測斜管為地下測量提供了入口[4]，測斜儀內(nèi)部的導(dǎo)向槽控制傳感器的方向。測斜管安裝在垂直井中，該井穿過地下可能發(fā)生位移的區(qū)域。一組導(dǎo)向槽需要在預(yù)期的行進方向上對齊，傳感器安裝在測斜管上并橫穿位移活動區(qū)域。當(dāng)土壤移位時，測斜儀管將移位，從而導(dǎo)致安裝在管中的傳感器傾斜。位移計算原理與常規(guī)深水平位移測試（測斜儀）相同。

1.3 孔隙水壓力自動化

將孔隙水壓力計前端的透水石和開孔鋼管卸下，放入盛水容器中熱泡，以快速排除透水石中的氣泡，然后浸泡透水石至飽和，安裝前透水石應(yīng)始終浸泡在水中，嚴禁與空氣接觸。

通過在觀測孔內(nèi)安裝振弦式滲壓計來測讀，同樣將滲壓計導(dǎo)線接入無線自動化數(shù)據(jù)采集單元，通過GPRS通信模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

使用過程中，水壓力導(dǎo)致膜的變形而使弦的張緊度和共振頻率發(fā)生改變，數(shù)據(jù)采集器可以精確測量弦的共振頻率并且以周期或線性讀數(shù)顯示，最后通過采用滲壓計的壓力計算公式便可以計算得出結(jié)果。

自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率及發(fā)布是自動化系統(tǒng)的重要組成部分。自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時進行監(jiān)測，自動化監(jiān)測項目原始數(shù)據(jù)采集頻率不低于10min/次，自動化監(jiān)測的計算結(jié)果信息定時發(fā)布，基坑開挖期間發(fā)布頻率不低于2h/次;自動化監(jiān)測實施過程中，進行標準化的定期校驗、人工比測，因自動化監(jiān)測系統(tǒng)故障出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤時立即進行故障排除、數(shù)據(jù)校正，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的準確性和數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)布的可靠性。

2? 項目實施

該項目為地鐵工程中間站，車站沿道路南北走向，跨現(xiàn)狀路口設(shè)置，與已通車的地鐵站“十”字換乘，為地下二層島式車站，站后設(shè)單渡線。

本站內(nèi)凈尺寸為350m×20.06m，站臺寬度13.06m，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。車站基坑開挖深度約為14.5～17.6m，頂板覆土厚約2.5m，本工程基坑采用半逆作頂板蓋挖法施工，基坑圍護結(jié)構(gòu)均采用0.8m厚地下連續(xù)墻，標準段豎向設(shè)置四道支撐（1道鋼筋砼支撐+3道鋼支撐），工作井豎向設(shè)置五道支撐（1道鋼筋砼支撐+4道鋼支撐）。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查報告，該地區(qū)是典型的軟土地區(qū)。厚厚的軟粘土層通常沉降在土壤下面。它具有高含水量、大空隙率、低強度、高可壓縮性和其他不利的工程特性，且具有低滲透性、觸變性和流變性的特征[5]。工程竣工后，軟土引起的施工后沉降通常較大，對工程的安全運行影響很大。同時，在高載荷和振動的長期作用下，軟土的觸變性傾向于降低其強度，從而進一步降低其強度，增加結(jié)構(gòu)的變形。

2.1 自動化監(jiān)測點布置

基坑工程自動化監(jiān)測點布置要能反映監(jiān)測對象的實際狀態(tài)及其變化趨勢，監(jiān)測點應(yīng)布置在變形、應(yīng)力等的關(guān)鍵特征點上，并滿足監(jiān)控要求，且需放置在不受影響或容易保護的位置[6]。

對于監(jiān)測等級為一級的基坑，圍護墻側(cè)向變形孔2～3幅地墻布設(shè)1孔（地下3層及以上車站每2幅布設(shè)1孔，地下2層車站每3幅地墻布設(shè)1孔）。測孔沿長邊對稱布設(shè)并與圍護墻頂變形監(jiān)測點相對應(yīng)，每側(cè)邊至少有1孔，并確保存活，如不能存活，則在對應(yīng)位置補設(shè)土體測斜孔。為確保實際存活的測斜孔密度，車站主體基坑圍護墻體深層水平位移監(jiān)測點每2幅地墻布設(shè)一孔，其中1孔備用。圍護墻體深層水平位移監(jiān)測孔布設(shè)在每幅地墻中部，避開地墻接頭處布設(shè)（如圖1所示）;基坑陽角部位及其他代表性部位的樁（墻）體布設(shè)監(jiān)測點。

2.2 自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

采用固定式測斜儀，在現(xiàn)場布設(shè)好的樁體或者土體測斜孔中進行放置一串與測斜管等深的固定式測斜儀（1m布設(shè)一根），在測斜孔外部放置一個數(shù)據(jù)采集盒，利用內(nèi)置的物聯(lián)網(wǎng)模塊實時上傳測斜數(shù)據(jù)。監(jiān)測云平臺可以實時接收測斜數(shù)據(jù)，真正做到測斜數(shù)據(jù)的實時上傳。上傳過程不需要人工干預(yù)。

孔隙水壓力計現(xiàn)場布設(shè)監(jiān)測元件的方法和傳統(tǒng)監(jiān)測布設(shè)一致，布設(shè)完畢之后，在相應(yīng)軸力斷面位置，放置一個振弦式頻率采集箱，實時采集軸力元件的頻率值和溫度值。數(shù)據(jù)通過壓力計采集箱中的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)射模塊，直接將壓力計原始數(shù)據(jù)（頻率+溫度）實時發(fā)送至監(jiān)測云平臺。不需要人為測量和干預(yù)。

數(shù)據(jù)上傳平臺后，監(jiān)測云平臺會根據(jù)壓力監(jiān)測點所使用的監(jiān)測元件實時計算和存儲相應(yīng)的水壓力值（如圖2所示）。

沉降監(jiān)測傳感器所采集的沉降變化量通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付↖P計算機，通過配套軟件進行數(shù)據(jù)傳輸存儲管理及計算處理。

3? 自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)比較

目前市場上的監(jiān)測設(shè)備品種多樣，其中以固定式測斜尤為突出。為了檢驗自動化監(jiān)測成果的精度和可靠性，在自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的同一時間、同一地點，在同一幅地墻上布置2個測斜孔，使用傳統(tǒng)測斜儀在自動化監(jiān)測點旁的人工監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)采集工作，每周人工采集一次數(shù)據(jù)。將各深度位置處傳感器水平位移量自動化監(jiān)測成果與人工監(jiān)測成果進行對比。人工監(jiān)測采用滑動式測斜儀，只采用一根測斜探頭。探頭的輪距為0.5m，每次提拉監(jiān)測的間距為0.5m。而自動化監(jiān)測是采用固定式測斜探頭，通過一連串探頭相連的方式，每米設(shè)置一個傳感器。

自動監(jiān)測結(jié)果與人工監(jiān)視的結(jié)果基本一致。對每個深度的水平位移進行自動監(jiān)測，并進行累計校正，得到的變形過程線與人工監(jiān)測結(jié)果的趨勢相吻合。監(jiān)測結(jié)果實際上可以反映出基孔壁在水平方向上的變形。

4? 結(jié)語

（1）自動化監(jiān)測24h實時監(jiān)測，無需人員多次進入施工現(xiàn)場，尤其在地鐵基坑監(jiān)測中有效做到防災(zāi)減災(zāi)。

（2）在基坑出現(xiàn)風(fēng)險時，自動化監(jiān)測也可連續(xù)穩(wěn)定的進行監(jiān)測，從而確定合理的搶險方案，這對消除基坑險情有著非常積極的作用。

（3）自動化監(jiān)測技術(shù)具有高精度、高靈敏度等特點，結(jié)合數(shù)據(jù)自動化采集與傳輸技術(shù)構(gòu)成的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠克服傳統(tǒng)監(jiān)測工作效率低下等問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。

（4）輔助施工管理，非監(jiān)測專業(yè)人員同樣可以看懂基坑變形情況。

（5）結(jié)合已有的基坑圍護結(jié)構(gòu)的變形歷史判斷未來一段時間的變形趨勢，對危險位置提前預(yù)警重點監(jiān)測，有利于施工管理人員和業(yè)主方的工程施組決策。

（6）對于城市地鐵深基坑部分采用自動化監(jiān)測技術(shù)，雖投入成本比傳統(tǒng)監(jiān)測高，從安全和效率方面是可行的。

參考文獻

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