自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

孟憲超 李俊明

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)項(xiàng)目的技術(shù)要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)控制需求。發(fā)展先進(jìn)的深基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，能實(shí)時(shí)反映施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成為基坑風(fēng)險(xiǎn)控制的主要應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù);基坑監(jiān)測(cè);應(yīng)用

引言

近年來(lái)，自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)以其高效性、精準(zhǔn)性、可靠性的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多的被應(yīng)用于基坑監(jiān)測(cè)工程中。深層土體水平位移變形監(jiān)測(cè)是深基坑開(kāi)挖支護(hù)施工過(guò)程監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)最直觀和有效的方法，對(duì)深基坑的安全有決定性的迅速而準(zhǔn)確的反映，因此，自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)的提高顯得更加重要。

1自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)

采用自動(dòng)測(cè)斜儀對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。該裝置集深部水平位移數(shù)據(jù)采集與傳輸于一體。單斜井眼的高頻高精度自動(dòng)監(jiān)測(cè)只需要外部電源即可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，方便電腦和手機(jī)隨時(shí)查看，真正實(shí)現(xiàn)了深度水平位移的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。其特點(diǎn)如下：（1）監(jiān)控模式靈活。所述裝置的地面控制端體積小，可靈活布置在環(huán)梁內(nèi)部，不受道路交通等環(huán)境條件的影響。（2）變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)測(cè)斜儀和監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)傳感器將包絡(luò)結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)皆破脚_(tái)。監(jiān)測(cè)頻率可達(dá)1次/h，大大提高了施工監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)采集不受天氣影響，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。（3）數(shù)據(jù)反饋真實(shí)性。通過(guò)控制端、傳感器等機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，避免了人為干預(yù)的數(shù)據(jù)采集，確保其真實(shí)有效。（4）工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)。該裝置可以節(jié)省大量的人工成本，無(wú)需布置多個(gè)傳感器，設(shè)備可循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)性好。

2固定式測(cè)斜儀的工作原理

該測(cè)斜儀主要是由角度敏感元件和智能電子芯片組成，同時(shí)搭載自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的測(cè)試。

其工作原理是將測(cè)斜管分成n個(gè)測(cè)段，每測(cè)段長(zhǎng)度為，在某一深度上測(cè)得兩對(duì)導(dǎo)輪之間的傾角，通過(guò)計(jì)算可以得到這一區(qū)段位移，某一深度位移，在進(jìn)行第j次監(jiān)測(cè)時(shí)，所得某一深度相對(duì)于前次位移。

3項(xiàng)目設(shè)備安裝

本文結(jié)合某寫(xiě)字樓監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行分析，擬建工程基坑周長(zhǎng)約212m，開(kāi)挖深度13.11～14.11m，工程地質(zhì)條件差，淤泥質(zhì)粉土平均埋深為11.78米。基坑頂邊線距地庫(kù)邊線預(yù)留1.5m施工距離。周邊環(huán)境復(fù)雜，與周邊環(huán)境關(guān)系如下：東側(cè)：距離已建規(guī)劃三路邊線7.9m;南側(cè)：擬建辦公樓外墻距離已建2#車庫(kù)外墻10.1m，距離已建2#樓建筑外墻16.9m;2#樓地下一層，管樁基礎(chǔ)，基底標(biāo)高2.9m;西側(cè)：距離天山路邊線15.0m，距離市政綠化邊線8.0m;北側(cè)：距離電箱2.6～4.1m，距離柳子河路邊線10.7m。

（1）考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件，跟隨支護(hù)樁施工，同時(shí)埋設(shè)測(cè)斜管，待支護(hù)樁澆筑完畢后可下入測(cè)斜儀。

（2）根據(jù)測(cè)斜儀安裝圖紙，確定好每個(gè)傳感器之間的安裝間距以及最上部測(cè)斜儀距管口距離;

（3）裁剪鋼絲繩及絲桿，鋼絲繩直徑為Ф3mm，其長(zhǎng)度應(yīng)比各傳感器間距長(zhǎng)出200mm，以便鋼絲繩兩頭各留出100mm用以對(duì)折，，用以連接各傳感器;最上部測(cè)斜儀至管口段采用Ф6mm不銹鋼絲桿連接固定，其長(zhǎng)度為0.8米;

（4）在一空曠場(chǎng)地上，按照測(cè)斜儀安裝圖紙標(biāo)示的傳感器間隔距沿直線方向放置測(cè)斜儀（測(cè)斜儀放置時(shí)，其放置順序同其出廠配線長(zhǎng)度相關(guān)，應(yīng)按照每個(gè)測(cè)斜孔測(cè)斜儀安裝圖紙上對(duì)各點(diǎn)測(cè)斜儀配線長(zhǎng)度的要求選擇對(duì)應(yīng)線長(zhǎng)的測(cè)斜儀），并把各傳感器傳輸線纜沿著傳感器放置方向鋪設(shè)開(kāi)來(lái);

（5）根據(jù)測(cè)斜孔傳感器間安裝間距選擇相應(yīng)長(zhǎng)度的鋼絲繩，并依次對(duì)應(yīng)放置于鋪設(shè)于空曠場(chǎng)地上各傳感器之間。

（6）在鋼絲繩兩端選取100mm左右長(zhǎng)度位置對(duì)折，在穿過(guò)兩端傳感器吊環(huán)或吊帶后用鋼絲繩扣緊固，每個(gè)對(duì)折處采用2個(gè)鋼絲繩扣固定;

（7）各傳感器間利用鋼絲繩連接好后，沿著鋼絲繩由下往上（下方為滲壓計(jì)位置）每隔1米左右用2.5×200mm扎帶把各傳感器線纜幫助于鋼絲繩上，綁扎完畢后，用手提住鋼絲繩，緩慢把各傳感器放入監(jiān)控孔測(cè)斜管道內(nèi)（測(cè)斜儀導(dǎo)輪應(yīng)嵌入測(cè)斜管內(nèi)凹槽下滑），此時(shí)安裝時(shí)需注意測(cè)斜儀XY方向需與定義方向一致，導(dǎo)輪式固定測(cè)斜儀X、Y測(cè)試方向如圖所示）;

（8）待放入最后一個(gè)測(cè)斜儀（最上部測(cè)斜儀）時(shí)，把Ф6mm不銹鋼絲桿擰接至測(cè)斜儀頂部?jī)?nèi)螺紋接口上，接著把絲桿穿過(guò)管口固定板中心孔并預(yù)留出50mm長(zhǎng)度，然后在絲桿上套入M6mm螺母，以便把傳感器固定于管口固定板上，套入絲桿長(zhǎng)度100mm左右，各傳感器線纜從管口凹槽引出（整體安裝完畢如圖）。

（9）待監(jiān)控中心服務(wù)器軟件安裝及現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)集成完畢后，利用監(jiān)控中心采集軟對(duì)每個(gè)測(cè)斜儀各采集三組數(shù)據(jù)，以第三次采集數(shù)據(jù)作為此測(cè)斜儀初始讀數(shù)。

4自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

4.1提升監(jiān)測(cè)精度，實(shí)施動(dòng)態(tài)化管理

自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)是依托技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一，對(duì)深基坑支護(hù)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)基坑內(nèi)外土體的應(yīng)力應(yīng)變實(shí)際工程情況，不僅可以提供高精度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，也擴(kuò)大了深基坑工程實(shí)際有效監(jiān)測(cè)的范圍。具體的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容可以涵蓋擋土墻的應(yīng)力狀態(tài)，支持的位移、內(nèi)力、支護(hù)樁的興衰，應(yīng)力狀態(tài)的變化，土壤的位移和增加底部的基坑，地下水位的動(dòng)態(tài)變化等。對(duì)于人工監(jiān)控難以發(fā)現(xiàn)的項(xiàng)目位置，可以通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)所使用的信息手段進(jìn)行全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)控，提高了監(jiān)控工作的效率，保證了深基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行。

4.2三維激光掃描儀技術(shù)

在三維激光掃描儀技術(shù)應(yīng)用中，通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，可以快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息，為建立物體的三維數(shù)字模型提供一種全新技術(shù)手段。通過(guò)利用激光測(cè)距原理，可以測(cè)出大量密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)，和傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)階段，三維技術(shù)掃描儀技術(shù)在室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，具有很好的應(yīng)用效果。

4.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

儀器設(shè)備全部安裝完成后，需要進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，然后進(jìn)行首次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集工作，采集數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間為20s，對(duì)正?？蚣苤⒅兴?、臨近洗車庫(kù)軌道及現(xiàn)狀傾斜超限柱在施工注漿期間進(jìn)行實(shí)時(shí)的24h數(shù)據(jù)采集。通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)字化平臺(tái)，由數(shù)字化平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常分析，對(duì)由于環(huán)境等外界原因引起的異常數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行判別，自動(dòng)激發(fā)重新采集數(shù)據(jù)等操作。數(shù)據(jù)確認(rèn)無(wú)異常后由數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行抽取分類，按照各數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)情況存入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，由數(shù)字化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)用，真正實(shí)現(xiàn)全天候24h自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.4保障工程安全，性能具備穩(wěn)定性

深基坑工程在整體開(kāi)掘過(guò)程中，具備著一定的危險(xiǎn)性與不安全性，深度達(dá)到5m以上的基坑空間對(duì)于施工人員的作業(yè)安全是一種隱含的威脅。而自動(dòng)化深基坑監(jiān)測(cè)設(shè)備的埋設(shè)與使用，不僅全面提升了數(shù)據(jù)測(cè)算的精準(zhǔn)度，也為施工人員提供了有效的安全保障。同時(shí)通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理主機(jī)分析，可以對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的安全評(píng)定系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，對(duì)比現(xiàn)在的數(shù)據(jù)以及歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性，生成符合實(shí)際情況的安全報(bào)告。

4.5布設(shè)觀測(cè)儀器

全站儀布局的過(guò)程中需要有一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，在鑄造的過(guò)程中全站儀首先需要做一個(gè)螺旋鋼筋籠，鋼筋籠的螺釘連接作為一個(gè)整體，使底部的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域可以穩(wěn)定連接，防止出現(xiàn)外界干擾的不利因素。該監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)，可以集成計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理技術(shù)、云計(jì)算等多種技術(shù)，以Windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)，HTML5、ASP、NET作為核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)一個(gè)多功能、易于操作的評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件，可以對(duì)監(jiān)測(cè)信息工程進(jìn)行管理。另外，定角測(cè)量控制系統(tǒng)由多測(cè)角探頭、傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，斜管在測(cè)試中安裝測(cè)角探頭可以測(cè)量?jī)A角管在垂直方向的重力軸上的傾角，當(dāng)傾角探頭發(fā)生變形時(shí)，可以通過(guò)處理數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)傾角加速度和傾斜角進(jìn)行加速度測(cè)量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比測(cè)量前后的變化，可以得到測(cè)斜儀管的水平位移，從而進(jìn)一步測(cè)量結(jié)構(gòu)的水平位移。

結(jié)語(yǔ)

監(jiān)測(cè)測(cè)量工作可以對(duì)深基坑的土體土層狀況有一個(gè)總體上的把握，有利于施工規(guī)劃的科學(xué)性和合理性，相對(duì)于其他監(jiān)測(cè)方法來(lái)說(shuō)，測(cè)斜技術(shù)具有效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)精確等的優(yōu)點(diǎn)，需要施工單位在施工正確合理的發(fā)揮測(cè)斜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以促進(jìn)深基坑施工質(zhì)量的良好。

參考文獻(xiàn)

[1]潘偉強(qiáng)，郭彥，溫鎖林，等.深基坑工程施工管理控制系統(tǒng)在軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用[J].盾構(gòu)隧道科技，2019，16（5）：60-63，68.

[2]李聰，吳立成.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2018，48（增刊1）：800-803.

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