自動化智能監(jiān)測技術(shù)在深基坑中的應(yīng)用

梁玄，胡茗

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

高層建筑對地基深度要求很高，催生出了大量深基坑工程。為了保證施工順利進行，支護結(jié)構(gòu)及周邊建筑物都能夠平穩(wěn)安全，就必須要檢測好深基坑變形情況，尤其需要把握關(guān)鍵環(huán)節(jié)——深基坑圍護結(jié)構(gòu)墻頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測。受深基坑所在的場地限制，且無法通視，所以，以往進行基坑水平位移監(jiān)測的方法，例如視準線法、測小角法、交會法、導(dǎo)線測量法、坐標法等，都沒有辦法穩(wěn)定、精確、快速的進行水平位移監(jiān)測，存在基準不夠穩(wěn)定、難以達到高精度，速度受限等等問題。而想要克服這些問題和缺陷，實現(xiàn)高精度和高效率的基坑水平位移監(jiān)測，就需要充分結(jié)合TCA2003 測量機器人與自動變形監(jiān)測軟件，利用隨架隨測的自由設(shè)站法[1-5]。

2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)基本內(nèi)容

2.1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)據(jù)監(jiān)測的流程十分繁雜，操作過程涉及多空間、多細節(jié)，且需要保證連續(xù)性，因而對檢測技術(shù)提出了很高要求。而自動化檢測技術(shù)則能夠很好的滿足這些要求。通過完備的技術(shù)支持和硬件支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)對基坑實時、準確、全面、智能的檢測以及分析判斷，并且相關(guān)工作人員能夠十分便捷直觀的看到相關(guān)信息狀況，并進行相應(yīng)反應(yīng)。

2.2 深坑基監(jiān)測

自動化坑基監(jiān)測技術(shù)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全天24小時不停歇的監(jiān)測，分為兩部分，分別為內(nèi)業(yè)檢測和外業(yè)監(jiān)測。所謂的內(nèi)業(yè)檢測，指的是在專業(yè)軟件驅(qū)動下，自動導(dǎo)入成果，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理并及時反饋給監(jiān)測平臺，后者會對結(jié)果進行處理審核并直觀反映出來。想要實現(xiàn)自動化監(jiān)測效果，具體的操作方法如下：通過水平位移在內(nèi)的多種方式來實現(xiàn)，從而達到24h全天候不停歇的監(jiān)測目標，同時技術(shù)軟件可以實現(xiàn)利用成果預(yù)測模型自動統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)業(yè)與外業(yè)監(jiān)測工作，能夠?qū)崟r的監(jiān)測處理并將其進行反饋，使得應(yīng)用者能夠及時有效準確直觀的了解監(jiān)測結(jié)果。還有一種可以利用的監(jiān)測方法就是靜力水準自動檢測技術(shù)，作為一種同樣運用廣泛的重要技術(shù)，顧名思義，它主要利用通管水準儀來達到監(jiān)測目標，其中液位計測點可進行垂直變化測定。

2.3 數(shù)據(jù)的發(fā)布、預(yù)警功能

電子信息技術(shù)使得自動檢測也更加智能、人性化，其有專門的手機APP，工作人員能夠每天在手機上實時查看檢測情況，一旦有問題也能夠第一時間進行反饋和反應(yīng)。除此之外，自動檢測系統(tǒng)能夠?qū)影踩闆r進行預(yù)警，其技術(shù)基礎(chǔ)是SOA 架構(gòu)設(shè)計的基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括有在線數(shù)據(jù)查詢和在線數(shù)據(jù)分析，以及報警設(shè)置。只需要對觀測點進行點擊，就可以及時獲取所有相關(guān)數(shù)據(jù)信息。工作人員也可以根據(jù)實際工程情況設(shè)置閾值，一旦達到一定數(shù)值系統(tǒng)就會自動啟動報警提示，從而及時、有效地檢測和提醒，確保工程順利安全進行。

3 監(jiān)測項目及設(shè)備安裝

3.1 周邊建筑物沉降

選取NYC3000 型液壓沉降儀來對周邊建筑物的沉降狀況進行檢測，該裝置的主要組成部有：液壓沉降測量傳感器、儲液罐、準8mm 通液管、準8mm通氣管、干燥管、采集模塊。傳感器之中有高精度微壓傳感器，其獲取沉降情況主要是通過對目標相對于基準點的壓力狀況得到。利用GPRS通信技術(shù)將測量數(shù)據(jù)實時上傳。

3.2 深層土體水平位移

選取X1 型串聯(lián)桿式固定測斜儀來檢測深層土體水平位移狀況。將測斜儀串聯(lián)至測斜管中，其能夠精確的對傾斜變化進行感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為一定信號輸送出去，得到信號后換算出儀器位移情況，進而算出位移整體情況以及沿管軸線整個孔位的變化情況。

3.3 坑外地下水位

選取MAS-KY 型振弦式水壓計來對地下水位進行檢測。將其固定至觀測井中，測量前注意先設(shè)置初始高程。各個水位計與固定中繼站保持聯(lián)系，可以進行無線傳輸，然后在GPRS 技術(shù)支持下最終匯總至總數(shù)據(jù)庫。

3.4 支撐軸力

與人工檢測相同，選擇GJJ 型振弦式鋼筋計來作為支撐軸力的監(jiān)測元件。自動化軸力監(jiān)測體現(xiàn)在可以自動傳輸數(shù)據(jù)，只需要把導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集箱相連接。數(shù)據(jù)采集箱的數(shù)量和位置都可以根據(jù)實際工程規(guī)模和目的進行設(shè)置。

4 實際基坑監(jiān)測情況

4.1 傳統(tǒng)人工監(jiān)測

所謂傳統(tǒng)人工檢測，其實就是施工現(xiàn)場需要專門的人員，由測試人員在實地采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)帶回室內(nèi)進行處理分析并判定相應(yīng)結(jié)果，得出報告，全程需要人工完成。

在此期間，布置一些土體深層測斜管在北側(cè)漏水處附近。由于沒有自動檢測設(shè)備，只能由測試人員進行現(xiàn)場測讀，時間間隔一般在若干小時，難以保證實時不間斷的監(jiān)測，因而有次監(jiān)測不及時，到達現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)測斜管已經(jīng)斷裂，大量管網(wǎng)水漏出并滲入邊坡土體，現(xiàn)場情況比較危險。

由此可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工檢測方法存在許多限制，只能是專門測試人員按照一定時間間隔去固定位置進行現(xiàn)場檢測，而無法了解其實時動態(tài)變化，既耗費大量人力物力，又無法準確有效全面的防止危險發(fā)生。尤其黃土地區(qū)，特殊的自然環(huán)境導(dǎo)致其在雨雪天氣很容易發(fā)生危險，已有的基坑安全事故記錄也證明了這一點，而人工檢測顯然無法完全保障施工安全。

4.2 自動化在線監(jiān)測

基于傳統(tǒng)人工檢測的種種限制和問題，自2019年1月7日，自動化在線監(jiān)測+人工巡視手段正式登場，具體檢測工作如下：

①基坑頂部變形（沉降、位移）監(jiān)測（靜力水準儀、傾角儀）；

②土體深層水平位移監(jiān)測（固定式測斜儀）；

③支護樁深層水平位移監(jiān)測（固定式測斜儀）；

④錨索內(nèi)力監(jiān)測（錨索計）；

⑤鄰近建、構(gòu)筑物的沉降、傾斜（靜力水準儀、傾角儀）。

在自動化智能監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)支持下，當前已經(jīng)能夠滿足施工過程中精準高效的獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且4G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時快速傳輸，而云平臺數(shù)據(jù)的逐步完善也能夠滿足應(yīng)用人員的實時遠程查詢要求。這樣的硬件與技術(shù)保障下，施工現(xiàn)場的基坑支護一旦發(fā)生任何異常狀況，都會被監(jiān)測設(shè)備第一時間發(fā)現(xiàn)，并且通過相應(yīng)渠道反饋預(yù)警，及時提醒施工人員發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，保證工程平穩(wěn)、安全、順利的開展。除此之外，實際運用中，也能夠根據(jù)不同的需求設(shè)置采樣間隔；也可以對報警值進行預(yù)設(shè)，達到預(yù)設(shè)值就會進行報警提示。相應(yīng)的，也可以對報警等級進行預(yù)設(shè)，不同的報警等級有對應(yīng)的責任單位或部門，一旦達到就會預(yù)警通知，確保有人及時反應(yīng)。

4.3 基坑監(jiān)測項目成功預(yù)警案例

1）土體深層水平位移監(jiān)測成功預(yù)警

2019 年 4月 1日 11∶15∶52， 在2m、4m、6m三處的深層土體位移程度達到警戒線，根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)警值，系統(tǒng)向項目部門發(fā)出預(yù)警短信，收到提示之后立刻反應(yīng)，對相關(guān)工作人員進行安排，組織施工現(xiàn)場的及時巡查。最終在鄰近商鋪附近發(fā)現(xiàn)自來水管網(wǎng)破裂。發(fā)現(xiàn)問題后就立即聯(lián)系相關(guān)負責單位，采取切斷水源的應(yīng)急處理措施，遏制險情，警報被順利解除。

2）錨索內(nèi)力監(jiān)測成功預(yù)警

2019年2 月15 日，通過自動檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在施工地北側(cè)的2剖面第一道錨索出現(xiàn)問題。問題錨索鎖定應(yīng)力損失累計變化量異常大，達到了80 kN，且相較于設(shè)計值，實際檢測到的鎖定值明顯降低。監(jiān)測到異常后發(fā)出警報，現(xiàn)場收到警報提醒后立即停止施工，召集設(shè)計等相關(guān)負責單位進行現(xiàn)場會診。會診之后發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在基坑長期跑水段，該段土體由于長期浸水導(dǎo)致軟化，進而明顯削弱了錨索鎖定應(yīng)力，若未及時發(fā)現(xiàn)，長期發(fā)展將會最終導(dǎo)致錨索失效。為避免再發(fā)生類似情況，就需要加強問題段錨索承受能力，因而新增設(shè)3道26m 錨索（自由端 10 m，錨固段 16 m），與原有工程一起，共同工作，確保整個錨索錨固段周圍的土層穩(wěn)定可靠，不會再軟化。

5 結(jié)語

通過使用TCA2003全站儀中的自由設(shè)站基坑水平監(jiān)測系統(tǒng)，成功預(yù)警了基坑水平位移，同時使用其他相關(guān)儀器成功預(yù)警了土層深層位移和錨索內(nèi)力監(jiān)測，將傳統(tǒng)的人工基坑監(jiān)測變?yōu)樽詣踊悄鼙O(jiān)測，在基坑監(jiān)測方面實現(xiàn)了自動化、無人操作，具有重大現(xiàn)實意義。