深基坑工程自动化监测技术研究

曹冬冬（中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054）

所谓深基坑工程主要指的是开挖深度达到5m以上，或者地下室结构达到3层以上的基坑工程。在深基坑工程的施工过程中通常包括开挖土方、支护结构施作以及降排水处理等多个施工环节，涉及多个专业技术领域，客观上加大了深基坑工程施工的安全风险系数。因此在深基坑工程的施工中应在传统工程监测技术的基础上，加强对各种自动化、信息化先进自动监测技术的研究和应用，利用自动化监测系统对深基坑工程施工的全过程进行全方位的动态监测，准确测定深基坑工程位移沉降等指标参数，并自动完成对监测数据的分析处理，从而及时发现深基坑工程中的异常情况，以确保预警提示具有更高的即时性和准确性，为深基坑工程的顺利实施奠定良好的基础，推动我国监测技术以及深基坑工程施工质量的全面提升。

1 深基坑工程自动化监测技术分析

1.1 深基坑工程自动化全站仪监测技术分析

全站仪是目前在深基坑监测工作中广泛应用的自动化监测技术。全站仪具有较高的自动化水平，能够在马达的驱动下自动完成对被测目标的跟踪搜索、辨认以及照准，工作人员只需将目标棱镜设置在被测目标上，全站仪就可以自动进行定时以及动态瞄准[1]。同时，全站仪还可以根据预设任务以及相关控制参数自动完成对被测目标三维坐标、角度以及距离等数据的自动测量、采集以及数据的存储。在完成数据采集后，全站仪还可以利用无线网络以及光纤传输等方式向数据处理中心进行数据传输。此外，而数据处理中心则可以利用专业分析软件自动完成对监测数据的处理分析，并根据分析结果发出相应的预警信息，以保证深基坑工程的施工安全。

1.2 深基坑工程自动化3D激光扫描监测技术

3D激光扫描也是目前在深基坑工程监测中应用较多的一项自动化监测技术。3D激光扫描技术主要是利用高速激光对被测目标进行快速的扫描测量，以测量采集被测目标的三维坐标，并以三维坐标数据为基础进行三维模型的构建。3D激光扫描技术以激光测距原理为基础，可以完成对密集大量被测目标三维坐标的快速测定，与传统测量技术相比，其测量效率和精度都有了明显的提高。

3D激光扫描技术具有较高的自动化水平，能够自动完成对测量数据的采集以及快速分析，极大提高了数据采集的效率，同时能够便捷的调整便利信息，为深基坑监测工作的开展提供了便利。同时，由于3D激光扫描技术是一种非接触性的测量监测方式，其无须使用反射棱角等，能够更好地适应复杂环境下的监测要求，并确保深基坑监测数据真实可靠，为深基坑工程的施工管理以及质量控制提供更加准确客观的参考依据。此外，3D激光扫描技术具有及时性以及动态性特点，能够对深基坑结构变形位移情况进行连续监测，为及时发现深基坑状态异常提供了重要的技术支撑，因此被越来越广泛的应用于深基坑工程的自动化监测工作中。

1.3 深基坑工程自动化光纤传感监测技术

随着光纤传感技术的发展成熟，其在深基坑自动化监测也逐步开始推广应用。光纤传感是一项具有较高自动化水平且能够实现全天候连续监测的技术，其适应范围较广，能够广泛应用于深基坑工程各种监测项目的动态监测，可以准确测定深基坑工程内外土体应力、支护结构稳定性以及应变等各项指标参数，并能够对深基坑工程的位移变形情况、沉降隆起以及地下水水位等进行实时监测，同时也可以用于对深基坑工程区域地下管线设施分布走向、周边构筑物的沉降变形等的自动监测。此外，光纤传感技术还能够利用立体模型对监测信息进行可视化呈现，为监测数据的分析提供了便利。因此应在深基坑自动化监测中加强光纤传感技术的应用，进一步提高深基坑监测的自动化水平以及数据采集、分析的效率和质量，从而为保证深基坑工程施工的质量安全提供可靠的参考数据。

2 深基坑工程自动化监测技术应用分析

2.1 某深基坑工程基本情况

某深基坑工程开挖深度达到14.5m以上，开挖面积超过了1330m2，该深基坑的支护体系由水平支撑与钻孔灌注桩共同构成的，且安全等级要求确定为一级。为了保证该深基坑工程的施工安全和施工质量，决定采用全站仪等自动化监测技术对深基坑工程进行连续动态监测。同时，在监测中应适当加大对重点监测指标参数的测量采集频率，以确保监测数据客观准确。

2.2 布设自动化监测基准点

由于该深基坑的施工中主要采用的是全站仪等自动化监测技术，因此应首先进行后视基准点的布设。基准点应设置于深基坑边坡不受变形影响的位置，基准点的数量应为3个。完成基准点的布设后，在深基坑工程的施工过程中应按照每周一次的频率定期对其位置的准确性进行复核，避免基准点出现位移等问题，以保证监测数据的准确性。

2.3 布设自动化监测监测点

在布设监测点时应按照深基坑工程现场施工的实际情况，结合设计图纸等资料合理选择监测点位置，以确保监测数据全面、准确。

2.3.1 布设土体位移监测点要点

在布设土体位移情况监测点时，应选择强度较高的PVC管作为测斜管，并将其打入土体内，测斜管上都应比测斜孔略长，且应将测斜管端口密封，以避免有杂物进入管内[2]。在测斜孔内安装传感设备时应用钢管连接传感设备，且其一端应采用刚性连接方式，而在另一端则应设置万向节。完成测斜管的布设后，还应黄沙等将其覆盖，以避免其被移动。

2.3.2 布设支撑轴力监测点要点

在布设轴力监测点时应根据监测对象的不同采用相应的布设方法。在钢筋混凝土支撑结构上布设监测点时应在钢筋构架四角主筋分别设置钢筋应力计，且其方向应平行于支撑方向。安装时应采用焊接方式。在焊接时应用湿毛巾等对应力计进行包裹，以防止传感设备受损。

在布设监测钢管支撑轴力的相关监测点时，可以在钢支撑中设置监测点，并在钢支撑结构的截面两侧分别安装表面应变计等测量仪器。安装时应采用焊接工艺将其固定牢固，且应平行于支撑方向，应变计和钢支撑结构间应无间隙存在。具体的安装位置可参见图1所示。

图1 布设表明应变计示意图

2.3.3 布设位移监测点要点

在布设深基坑工程区域周边构筑物以及地表位移监测点时，应首先钻进成孔，并将螺纹钢筋打入孔内，钻孔直径应控制在120mm，螺纹钢筋应采用φ22mm规格[3]。在标志钢筋四周应用细砂充填并进行夯实处理，以避免监测点移动，对监测数据的准确性产生不利的影响。之后应将微型棱镜套设在钢筋上，且其中心位置应比地面高5mm。在棱镜上应设置保护罩。在设置地面监测点时，应选择与深基坑结构外侧相距1m~3m位置。

而在布设周边构筑物沉降位移监测点时，则应选择构筑物转角、角点以及中点等位置，且应与监测仪器间保持通视，监测点间距应控制在6m~20m。当建筑物存在明显高低差以及新旧程度差异时，应选择在建筑物交接位置两侧分别布设监测点。而在对多边形以及圆形等复杂结构外形建筑物进行监测时，则应沿构筑物轴线位置布设监测点，且监测点应保持对称。

2.4 布设自动监测仪器设备要点

在安装全站仪时应确保其基础稳定，并要进行钢筋笼的制作，且在钢筋笼上应焊接螺杆。在安装立杆时应将底部法兰盘紧密连接在基础结构上，并在立杆顶部设置全站仪。同时应为全站仪设置保护箱等防护设施，以避免全站仪受到降水以及灰尘等因素的影响。在该深基坑工程的自动化监测中还采用了自动化测斜技术。在安装测斜仪时应通过杆件箱测斜孔内下入自动测斜仪，并在测斜孔附件设置设备箱，以便于施测。

2.5 自动监测技术设备应用方法分析

2.5.1 监测深基坑位移方法

在该深基坑的自动化监测中利用全站仪以及自动化应变计、测斜仪以及钢筋计等设备进行监控测量。在对深基坑工程垂直以及水平方向上的位移情况进行监测时可以根据实际情况采用三角高程法或者极坐标法[4]。以后视基准点为基础，对测站坐标进行后交会修正测量，并采用温度补偿方式对测距精度进行修正，并通过双盘位方法对轴系误差进行消除处理，以确保测量精度符合监测要求。

2.5.2 深基坑土体测斜方法

在对深基坑工程土体进行测斜时，应按照从下到上的顺序安装传感设备，以准确测定被测目标偏角值。各测斜管首次测量中所采集的测量数据为该测点初始值，将其与深基坑施工过程中所采集的监测数据进行对比，其差值即为水平位移累计值。

2.5.3 监测深基坑支撑轴力方法

在监测深基坑工程支撑轴力时，应首先复核传感设备在无受力状态下的频率值，并与标定频率进行对比，以确保其测量精度符合测量要求。监测时应对初始值进行2次测回测定，且初始值应取2次测回读数的平均值。在后续深基坑工程的施工过程中应进行日常动态监测，并以初始值为基础进行差值计算，以准确掌握深基坑工程支撑轴力变化情况，保证深基坑结构的稳定性和安全性。

3 结语

深基坑工程是很多工程项目建设中的重要施工内容，为保证深基坑工程施工质量以及施工安全，施工单位应加强对自动化监测技术的研究，并积极应用先进的自动化监测仪器设备，对深基坑施工的全过程进行全方位的动态监测，以准确掌握深基坑状态，及时发现异常现象，并为深基坑施工管理以及质量控制提供可靠的参考依据，从而为深基坑工程施工的顺利实施提供技术支撑，并推动我国建筑行业的现代化发展。