自动化智能监测技术在深基坑中的应用

梁玄，胡茗

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

高层建筑对地基深度要求很高，催生出了大量深基坑工程。为了保证施工顺利进行，支护结构及周边建筑物都能够平稳安全，就必须要检测好深基坑变形情况，尤其需要把握关键环节——深基坑围护结构墙顶的水平位移监测。受深基坑所在的场地限制，且无法通视，所以，以往进行基坑水平位移监测的方法，例如视准线法、测小角法、交会法、导线测量法、坐标法等，都没有办法稳定、精确、快速的进行水平位移监测，存在基准不够稳定、难以达到高精度，速度受限等等问题。而想要克服这些问题和缺陷，实现高精度和高效率的基坑水平位移监测，就需要充分结合TCA2003 测量机器人与自动变形监测软件，利用随架随测的自由设站法[1-5]。

2 自动化监测系统基本内容

2.1 自动化监测系统构成

数据监测的流程十分繁杂，操作过程涉及多空间、多细节，且需要保证连续性，因而对检测技术提出了很高要求。而自动化检测技术则能够很好的满足这些要求。通过完备的技术支持和硬件支撑，能够实现对基坑实时、准确、全面、智能的检测以及分析判断，并且相关工作人员能够十分便捷直观的看到相关信息状况，并进行相应反应。

2.2 深坑基监测

自动化坑基监测技术结合互联网技术，可以实现对数据的全天24小时不停歇的监测，分为两部分，分别为内业检测和外业监测。所谓的内业检测，指的是在专业软件驱动下，自动导入成果，从而实现数据处理并及时反馈给监测平台，后者会对结果进行处理审核并直观反映出来。想要实现自动化监测效果，具体的操作方法如下：通过水平位移在内的多种方式来实现，从而达到24h全天候不停歇的监测目标，同时技术软件可以实现利用成果预测模型自动统计相关数据，结合内业与外业监测工作，能够实时的监测处理并将其进行反馈，使得应用者能够及时有效准确直观的了解监测结果。还有一种可以利用的监测方法就是静力水准自动检测技术，作为一种同样运用广泛的重要技术，顾名思义，它主要利用通管水准仪来达到监测目标，其中液位计测点可进行垂直变化测定。

2.3 数据的发布、预警功能

电子信息技术使得自动检测也更加智能、人性化，其有专门的手机APP，工作人员能够每天在手机上实时查看检测情况，一旦有问题也能够第一时间进行反馈和反应。除此之外，自动检测系统能够对基坑安全情况进行预警，其技术基础是SOA 架构设计的基坑在线监测系统，包括有在线数据查询和在线数据分析，以及报警设置。只需要对观测点进行点击，就可以及时获取所有相关数据信息。工作人员也可以根据实际工程情况设置阈值，一旦达到一定数值系统就会自动启动报警提示，从而及时、有效地检测和提醒，确保工程顺利安全进行。

3 监测项目及设备安装

3.1 周边建筑物沉降

选取NYC3000 型液压沉降仪来对周边建筑物的沉降状况进行检测，该装置的主要组成部有：液压沉降测量传感器、储液罐、准8mm 通液管、准8mm通气管、干燥管、采集模块。传感器之中有高精度微压传感器，其获取沉降情况主要是通过对目标相对于基准点的压力状况得到。利用GPRS通信技术将测量数据实时上传。

3.2 深层土体水平位移

选取X1 型串联杆式固定测斜仪来检测深层土体水平位移状况。将测斜仪串联至测斜管中，其能够精确的对倾斜变化进行感应并转化为一定信号输送出去，得到信号后换算出仪器位移情况，进而算出位移整体情况以及沿管轴线整个孔位的变化情况。

3.3 坑外地下水位

选取MAS-KY 型振弦式水压计来对地下水位进行检测。将其固定至观测井中，测量前注意先设置初始高程。各个水位计与固定中继站保持联系，可以进行无线传输，然后在GPRS 技术支持下最终汇总至总数据库。

3.4 支撑轴力

与人工检测相同，选择GJJ 型振弦式钢筋计来作为支撑轴力的监测元件。自动化轴力监测体现在可以自动传输数据，只需要把导线和数据采集箱相连接。数据采集箱的数量和位置都可以根据实际工程规模和目的进行设置。

4 实际基坑监测情况

4.1 传统人工监测

所谓传统人工检测，其实就是施工现场需要专门的人员，由测试人员在实地采集数据，将数据带回室内进行处理分析并判定相应结果，得出报告，全程需要人工完成。

在此期间，布置一些土体深层测斜管在北侧漏水处附近。由于没有自动检测设备，只能由测试人员进行现场测读，时间间隔一般在若干小时，难以保证实时不间断的监测，因而有次监测不及时，到达现场发现测斜管已经断裂，大量管网水漏出并渗入边坡土体，现场情况比较危险。

由此可以发现，传统的人工检测方法存在许多限制，只能是专门测试人员按照一定时间间隔去固定位置进行现场检测，而无法了解其实时动态变化，既耗费大量人力物力，又无法准确有效全面的防止危险发生。尤其黄土地区，特殊的自然环境导致其在雨雪天气很容易发生危险，已有的基坑安全事故记录也证明了这一点，而人工检测显然无法完全保障施工安全。

4.2 自动化在线监测

基于传统人工检测的种种限制和问题，自2019年1月7日，自动化在线监测+人工巡视手段正式登场，具体检测工作如下：

①基坑顶部变形（沉降、位移）监测（静力水准仪、倾角仪）；

②土体深层水平位移监测（固定式测斜仪）；

③支护桩深层水平位移监测（固定式测斜仪）；

④锚索内力监测（锚索计）；

⑤邻近建、构筑物的沉降、倾斜（静力水准仪、倾角仪）。

在自动化智能监测系统的技术支持下，当前已经能够满足施工过程中精准高效的获取监测数据，并且4G网络能够实现数据的实时快速传输，而云平台数据的逐步完善也能够满足应用人员的实时远程查询要求。这样的硬件与技术保障下，施工现场的基坑支护一旦发生任何异常状况，都会被监测设备第一时间发现，并且通过相应渠道反馈预警，及时提醒施工人员发现问题，解决问题，保证工程平稳、安全、顺利的开展。除此之外，实际运用中，也能够根据不同的需求设置采样间隔；也可以对报警值进行预设，达到预设值就会进行报警提示。相应的，也可以对报警等级进行预设，不同的报警等级有对应的责任单位或部门，一旦达到就会预警通知，确保有人及时反应。

4.3 基坑监测项目成功预警案例

1）土体深层水平位移监测成功预警

2019 年 4月 1日 11∶15∶52， 在2m、4m、6m三处的深层土体位移程度达到警戒线，根据预设的预警值，系统向项目部门发出预警短信，收到提示之后立刻反应，对相关工作人员进行安排，组织施工现场的及时巡查。最终在邻近商铺附近发现自来水管网破裂。发现问题后就立即联系相关负责单位，采取切断水源的应急处理措施，遏制险情，警报被顺利解除。

2）锚索内力监测成功预警

2019年2 月15 日，通过自动检测系统发现在施工地北侧的2剖面第一道锚索出现问题。问题锚索锁定应力损失累计变化量异常大，达到了80 kN，且相较于设计值，实际检测到的锁定值明显降低。监测到异常后发出警报，现场收到警报提醒后立即停止施工，召集设计等相关负责单位进行现场会诊。会诊之后发现问题出现在基坑长期跑水段，该段土体由于长期浸水导致软化，进而明显削弱了锚索锁定应力，若未及时发现，长期发展将会最终导致锚索失效。为避免再发生类似情况，就需要加强问题段锚索承受能力，因而新增设3道26m 锚索（自由端 10 m，锚固段 16 m），与原有工程一起，共同工作，确保整个锚索锚固段周围的土层稳定可靠，不会再软化。

5 结语

通过使用TCA2003全站仪中的自由设站基坑水平监测系统，成功预警了基坑水平位移，同时使用其他相关仪器成功预警了土层深层位移和锚索内力监测，将传统的人工基坑监测变为自动化智能监测，在基坑监测方面实现了自动化、无人操作，具有重大现实意义。