0 引言

深基坑施工過程中，土體的變形、位移和地下水的變化等因素，均可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全隱患[1]。傳統(tǒng)的監(jiān)測手段多依賴人工檢查和定期測量，往往難以滿足現(xiàn)代深基坑工程對實時性和精準(zhǔn)度的要求[2]。因此，實施有效的監(jiān)測措施，以實時掌握基坑的狀態(tài)和動態(tài)變化，顯得尤為重要。智能監(jiān)測系統(tǒng)利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等手段[3]，實現(xiàn)對基坑環(huán)境的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，不僅有利于提高監(jiān)測效率，還能為施工決策提供科學(xué)依據(jù)。

目前，已經(jīng)有多位學(xué)者針對深基坑施工監(jiān)測技術(shù)開展了相關(guān)研究。廖原等[4針對不同地質(zhì)條件的城市深基坑支護(hù)設(shè)計與智能監(jiān)測技術(shù)，提出基于土釘和復(fù)合土釘墻穩(wěn)定性優(yōu)化的剖面設(shè)計，并引入無人值守的智能監(jiān)測系統(tǒng)，以確?；釉诒O(jiān)測期內(nèi)的沉降和位移控制在安全范圍內(nèi)。齊紅升等[5提出了一套基于C/S模式和無線傳輸?shù)纳罨又悄苈?lián)網(wǎng)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，利用多種先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集、自動存儲和分析，從而有效提高了基坑監(jiān)測的效率和安全保障。潘林有[分析了深基坑工程在地下空間利用中的重要性及其帶來的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，指出智能監(jiān)測是有效防治相關(guān)災(zāi)害的關(guān)鍵措施。

在現(xiàn)有研究中，針對包含多種監(jiān)測對象的深基坑施工智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究相對缺乏。鑒于此，本文依托某深基坑施工工程，對基坑施工智能監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測效果開展研究，以為深基坑施工的安全、效率、決策及環(huán)境保護(hù)等方面提供重要的理論和實踐指導(dǎo)。

1工程概況

本文依托某深基坑施工工程，該基坑占地面積約150萬 m² ，總建筑面積約330萬 m² ，基坑開挖深度設(shè)計值為14.5m?；娱_挖形式為雙臺階開挖，并采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐與灌注排樁相結(jié)合的支護(hù)形式?；又車访婢M(jìn)行了硬化處理，施工場地工程地質(zhì)條件較好。

2監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 監(jiān)測對象選取與確定

2.1.1 監(jiān)測對象選取原則

在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)前，首先需要明確監(jiān)測內(nèi)容?；臃N類繁多，能夠反映基坑安全的參數(shù)也不盡相同，因此需選取具有代表性的監(jiān)測對象，以反映不同類型基坑的穩(wěn)定性。

2.1.2影響基坑穩(wěn)定性的監(jiān)測對象分析

水平位移能夠反映基坑邊坡土體在施工過程中發(fā)生的變形情況。傾斜度監(jiān)測有助于判斷基坑是否處于正常變形范圍，還可以識別潛在的災(zāi)害風(fēng)險。降雨會影響基坑土壤的水分含量，從而改變土壤的物理性質(zhì)和力學(xué)行為，增加土體的滑移或坍塌風(fēng)險。地下水位的變化會影響土體的承載力和變形特性。地面震動可能導(dǎo)致周圍建筑物、地下管線及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的損傷，甚至引起土體的松動或崩塌。

2.1.3監(jiān)測對象及儀器配置確定

基于上述深入分析，本監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象依次為地面震動、地下水位、降雨量、傾斜度和水平位移。與之對應(yīng)的監(jiān)測儀器分別為加速度傳感器、液位變送器、翻斗式雨量計、傾角傳感器和位移傳感器，以此構(gòu)建起精準(zhǔn)有效的監(jiān)測體系。

2.2監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.2.1采集設(shè)備對比分析

傳統(tǒng)的傳感器設(shè)備常通過采集儀與計算機相連接，這種連接方式存在功能較少且兼容性差的問題，只適用于特定設(shè)備，難以滿足復(fù)雜的監(jiān)測需求。與之相比，測控機箱集成了多種功能模塊，包括數(shù)據(jù)采集、信號處理、存儲等，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的集中管理，具有更高靈活性，用戶可以根據(jù)需求輕松增減模塊，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

2.2.2測控機箱的系統(tǒng)設(shè)計

本文采用測控機箱作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，該設(shè)備機箱部分包含插拔卡槽用于連接通訊模塊，以實現(xiàn)不同類型傳感器的數(shù)據(jù)采集、保存和傳輸。對于不同監(jiān)測對象的監(jiān)測設(shè)備，需要通過有效連接才能協(xié)同工作。測控機箱采用TypeC型USB數(shù)據(jù)線與計算機相連接，通訊模塊通過熱插拔的方式與測控機箱連接，測控機箱與通訊模塊的連接需匹配型號。一個機箱可連接4個通訊模塊，每個通訊模塊可插入4個傳感器，測控機箱借助24V工業(yè)電源進(jìn)行供電。

2.2.3監(jiān)測傳感器選擇

基坑施工環(huán)境十分復(fù)雜，監(jiān)測系統(tǒng)既要保障各項參數(shù)監(jiān)測的穩(wěn)定性，還要盡量降低施工人員的操作次數(shù)。傳感器通訊方式需滿足布線簡單、信號傳輸穩(wěn)定、傳輸距離較長等要求?；诖?，各類傳感器均選擇RS485型，該類傳感器包含4根接線，正負(fù)極接線與電源相連接，另外兩根接線與通訊模塊連接。

2.3監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

所有傳感器設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測軟件呈現(xiàn)在計算機上，本文監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，共劃分為4個模塊，分別為數(shù)據(jù)主控模塊、采集模塊、實時預(yù)警模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。

2.3.1 主控模塊

主控模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)測軟件的運行與關(guān)閉、數(shù)據(jù)記錄頻率設(shè)置、采樣通道選擇。該模塊共16個數(shù)據(jù)采樣通道，用戶通過通訊模塊上的接口進(jìn)行選擇，并可自主設(shè)定采樣頻率。除此之外，主控模塊還具有錯誤輸出插件，可監(jiān)測傳感器工作狀態(tài)。

2.3.2數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)實時收集和傳輸與基坑施工相關(guān)的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其傳輸至中央控制系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析。作為監(jiān)測軟件的核心模塊，該模塊可將傳感器監(jiān)測到的電信號轉(zhuǎn)換為不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并繪制各項參數(shù)的實時變化曲線。

2.3.3 實時預(yù)警模塊

實時預(yù)警模塊是智能監(jiān)測系統(tǒng)的特色模塊，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值，將觸發(fā)報警裝置。

2.3.4數(shù)據(jù)存儲模塊

數(shù)據(jù)存儲模塊的主要任務(wù)是記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存為TXT文本。可預(yù)先設(shè)定文件保存位置，文件內(nèi)包含監(jiān)測時間、日期、對象和數(shù)據(jù)。監(jiān)測系統(tǒng)編程采用LabVIEW平臺，包含前面板和后面板兩個面板，后面板主要用于不同模塊的編程，前面板是用戶操作界面，前后面板需相互對應(yīng)。

3監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 監(jiān)測點布置

3.1.1 監(jiān)測區(qū)域與傳感器布置

將該基坑?xùn)|部區(qū)域作為主要監(jiān)測區(qū)域，共布置11個傳感器，其中包含傾斜度和水平位移監(jiān)測點各3個，地下水位和地面振動監(jiān)測點各2個，降雨量監(jiān)測點1個?；颖O(jiān)測點布置示意如圖1所示。

3.1.2監(jiān)測設(shè)備安裝

拉繩式水平位移傳感器的繩索一端固定在基坑一側(cè)，另一端連接到基坑另一側(cè)固定支架上。隨著物體產(chǎn)生水平位移，繩索隨之將被拉動，傳感器檢測到繩索的長度變化，并將這一變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出，在計算機上顯示位移量。3個監(jiān)測點之間的間距為 20m 。

傾角傳感器用于監(jiān)測基坑在水平和豎直方向上的變形，傾角傳感器的布置位置與位移位移傳感器一致，安裝高度為 0.5m 。降雨量監(jiān)測設(shè)備放置于基坑?xùn)|側(cè)較為平整的地面上，其承雨口距離地面 0.7m ，且設(shè)備周圍5m內(nèi)無遮擋物。地下水位監(jiān)測設(shè)備放置于水位觀測井內(nèi)，通過計算下方繩纜與井口高程得出地下數(shù)位高度，兩監(jiān)測點間距離為 50m 。加速度傳感器安裝在道路附近和施工機械頻繁使用的位置，需確保安裝位置地面平整。

3.2監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

基坑水平位移監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，在整個施工過程中，基坑水平位移變化呈現(xiàn)出先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢。在施工初期，基坑土體受到擾動，支護(hù)結(jié)構(gòu)尚未完全承載起土體的外力，導(dǎo)致基坑邊坡出現(xiàn)較大的水平位移。隨著施工階段的推進(jìn)，支護(hù)結(jié)構(gòu)逐步發(fā)揮作用，土體的變形逐漸得到抑制，支撐力逐漸達(dá)到平衡，基坑周圍的土體變形趨于穩(wěn)定。通過對比系統(tǒng)監(jiān)測值與人工監(jiān)測值，發(fā)現(xiàn)兩者的水平位移結(jié)果相差不大，最大誤差為 11.32% ，由此說明監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的水平位移結(jié)果精度較高。

3.2.2地下水位監(jiān)測結(jié)果分析

地下水位監(jiān)測結(jié)果對比如圖3所示。從圖3可以看出，在施工過程中，地下水位高度呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，波動范圍為 72.4～72.7m ，變化幅度較為穩(wěn)定。系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果與人工監(jiān)測結(jié)果的最大地下水位高度分別為 72.58m 和 72.65m ，監(jiān)測系統(tǒng)對地下水位高度的最大監(jiān)測誤差不足 1% 表明監(jiān)測系統(tǒng)對地下水位高度的監(jiān)測精度較高。

3.2.3傾斜度監(jiān)測結(jié)果分析

傾斜度監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。從圖4可知，在基坑在施工過程中，水平方向傾斜度為 0^° ，豎直方向傾斜度為 44^° ，水平和豎直方向的傾斜度均無明顯變化。分析認(rèn)為，基坑開挖后，在基坑邊坡表面進(jìn)行了噴漿支護(hù)，為此基坑土體較為穩(wěn)定。

3.2.4降雨量監(jiān)測結(jié)果分析

降雨量監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，在監(jiān)測期間并無降雨，但降雨量監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測到的降雨量呈階梯狀變化，表明監(jiān)測系統(tǒng)對降雨量變化的監(jiān)測靈敏度和精度均較高。分析認(rèn)為，基坑在施工期間，由于定期進(jìn)行噴霧降塵作業(yè)，導(dǎo)致降雨量出現(xiàn)變化。

3.2.5地面振動監(jiān)測結(jié)果分析

地面振動監(jiān)測結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，加速度變化無明顯規(guī)律，在監(jiān)測前期橫向和豎向加速度均有增大趨勢，監(jiān)測后期橫向和豎向加速度降低至 0m/s² 左右，最大加速度達(dá)到 0.18m/s² 。這是由于在監(jiān)測前期，監(jiān)測點附近位置有施工機械作業(yè)，導(dǎo)致加速度較大，施工機械停止運行后，加速度穩(wěn)定在 0m/s² 。

4結(jié)論

本研究基于某深基坑施工工程，介紹了基坑智能監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，并應(yīng)用于實際工程中，對比了不同監(jiān)測對象的監(jiān)測結(jié)果，得出以下主要結(jié)論：

1）在施工期間，基坑水平位移先增大后穩(wěn)定，地下水位呈上下浮動趨勢，浮動區(qū)間為72.4＼～72.7m，監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精度較高。

2）與人工監(jiān)測結(jié)果對比，水平位移最大誤差為 11.32% 地下水位監(jiān)測誤差不足 1% 。在監(jiān)測期間，土體加速度最大值為0.18m/s² ，豎直方向和水平方向的傾斜度均無明顯變化，基坑土體較為穩(wěn)定。

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