网络自动化技术在建筑深基坑变现监测中的应用研究

2018-05-02童鹏程中铁四局集团建筑工程有限公司安徽合肥230022

安徽建筑 2018年2期

童鹏程（中铁四局集团建筑工程有限公司，安徽合肥 230022）

随着城镇化的快速推进，紧临城市干道和既有建筑物的深基坑越来越多的出现，深基坑的安全与稳定更加重要，采用传统测量仪器人工监测，已经无法实时反映深基坑施工变形情况。利用信息网络等现代化的技术，可以实现深基坑施工过程中的实时自动化变形监测。

1 工程概况

武汉市轨道交通7号线瑞安街配套综合开发建设项目位于武汉市武昌区。项目分为A、B两个地块，分别采用钻孔灌注桩+内支撑体系围护结构，其中A地块基坑开挖面积3481.89m2，开挖深度约14.0m，B地块基坑开挖面积约7017.34㎡，开挖深度约10.9m。两个基坑开挖深度大，地质条件、周边环境等情况复杂。

2 深基坑监测现状与不足

目前，国内深基坑监测主要是通过设定监测项目的累计变形值及单次变化速率控制值，超过控制值及时通报施工、设计等相关单位采取必要的应对措施。采用的技术方法主要是利用人工操作传统的测量仪器获得监测数据，通过对数据简单的分析对比，判断基坑变形是否达到预警值，却未将监测数据与基坑周边施工环境相结合进行分析。

采用传统测量仪器监测的方法存在很多不足之处，可以概括为以下3个方面：①现场全人工采集数据，监测效率慢；②缺乏高素质技能人才储备，既懂工程结构，又懂工程测量的是少之又少；③数据分析处理还是以人工为主，缺少监测数据分析预测软件。

3 网络自动化监测的方法

3.1 监测原则

根据地质勘察资料、设计及施工方案，结合施工现场土体状况及周边环境、邻近建筑物、地下设施等结构物变化的网络自动化监测，正确指导现场施工，避免事故发生。

3.2 测点布置

测点布设位置及密度应与基坑开挖顺序、被保护建筑物的位置及特性相配套。监测点应充分结合基坑监测等级、基坑设计参数特性和基坑施工参数特性进行合理布置，特别是基坑围护体侧边中部、阳角处、受力（或变形）较大处应布置测点，重点区域应加密监测点（见图 1、图 2）。

图1 A地块测点布置示意图

图2 B地块测点布置示意图

3.3 监测部位与监测元器件

3.3.1 围护体顶部水平位移监测

基坑开挖期间，为掌握围护体顶部的位移信息，布设水平位移监测点，拟采用拉线式位移计，安装方法如下：在所测位置砌两个水泥墩，与支护结构顶部表面保持平行，一端固定位移计本体，一端固定钢丝端。通过对钢丝长度调节观察读数仪读数，将仪器大致拉伸至满量程1/2左右（保证能够测量拉伸或压缩两个方向的变形，见图3）。

图3 拉线式位移计布点示意图

3.3.2 深层水平位移监测

土体开挖会使围护体两侧受力不均，产生压力差，从而引起围护体的变形。利用滑轮式固定测斜仪（见图4）探头深入围护体内部，通过测量预先埋在围护体内部测斜管的变化情况反映出围护体各深度上的水平位移情况。

图4 测斜仪及其连接钢图

3.3.3 支撑轴力监测

支撑轴力测点主要选择基坑维护结构受力较大处，在起主要控制作用的断面处焊接钢筋计（见图5），同时要考虑钢筋计监测轴力时的全面性和代表性。

图5 钢筋计安装图

3.3.4 周围建筑物沉降、倾斜监测

基坑土体开挖会对基坑外一定范围内建筑物造成影响，如建筑物变形过大，将导致该建筑物不能正常、安全使用，故需对建筑物进行沉降和倾斜监测。将静力水准仪（见图6）和倾角仪（见图7）安装在被监测建筑物上即可实时监测。

图6 静力水准仪安装示意图

图7 倾角仪示意图

3.3.5 裂缝监测

基坑开挖前应记录监测建筑物、道路等对象已有裂缝的分布位置和数量，测定其走向、长度、宽度等情况，监测标志应具有可供量测的明晰端面或中心。裂缝计（见图8）可用于混凝土凝固后结构体伸缩缝的位移测量。

图8 静力水准仪安装示意图

3.3.6 无线网络构成

整个基坑监测网络系统（见图9）将预先埋设或安装的监测元器件分别联通，共分为三级：一级网络由现场工作站内的服务器和收发器组成；二级网络由分布在基坑与工作站中间的若干中继器组成；三级网络由分布在基坑内部各个监测点的采集器组成。

图9 基坑监测网络系统示意图

受无线传输距离及无线信号强度影响，二级网络中的每个中继器默认与较近的采集器通信，以增强通信的稳定性、可靠性。当中继器发生故障，或者中继器与采集器之间因新建筑阻挡导致通信中断时，系统自动切换相邻的中继器进行数据转发，从而增强系统抗干扰能力。

4 监测平台

监测平台将现场各监测元器件采集器采集的数据收集、汇总，并通过相关软件进行处理、分析及预测，上述内容是系统平台的核心应用功能（见图10）。主要包括原始监测数据的筛选、变形数据计算，并在此基础上实现变形数据统计分析及短时预测，支持现场施工监测的要求。

图10 监测平台工作示意图

4.1 变形数据统计分析

4.1.1 测点趋势分析

用来查看各个监测点监测数据变化趋势走向并生成测点数据趋势图，根据其规律走向，分析是否存在潜在隐患以及根据测点趋势走向图可作未来预测性分析。

4.1.2 断面趋势分析

看各个断面监测点监测数据变化趋势走向。根据测点趋势图研究该断面的数据规律走向，分析该断面各个测点趋势走向是否存在规律或潜在联系，以便为后期监测提供有力的数据进行监测项目监管及科学化分析。

4.1.3 多测点数据融合

将多个测点的监测数据绘制成曲线在一个平面图中显示，可用来查看多个测点之间的监测数据变化趋势，观察各个监测点监测数据并进行对比。

4.1.4 测点关联性分析

查看多个测点之间的监测数据变化趋势，观察各个监测点数据判断多测点是否有存在变化关联。

4.2 变形趋势短期预测分析

由于变形体机理的复杂性和多样性，对变形分析与建模理论和方法的研究，需要结合地质、力学、水文等相关科学的信息和方法，引入数学、数字信号处理、系统科学以及非线性科学的理论，采用数学模型来逼近、模拟和揭示变形体的变形规律和动态特征。系统采用多元线性回归方法及Kalman滤波算法实现变形数据的短期预测，并输出监测项目的下一监测时刻的预测值。