梁位鸿

(广东建青工程勘察设计咨询有限公司，广东 东莞 523000)

0 引 言

在地下结构施工期间，深基坑工程是一项危险系数大、专业性强、系统性完整的工程[1]。目前施工现场的变形监测仍较多采用人工监测的方式，人力和时间成本耗费量较大，也无法有效保障变形监测的连续性，监测效果较差。而采用自动化监测技术可以实现向信息化、自动化和数字化演变，也可以降低人工监测的过程中常见的通视制约和环境因素制约的影响。

1 深基坑自动化监测研究现状

当前传统的深基坑工程监测以破坏变形为研究对象、以力学分析为研究方法，正在向以复杂问题为研究对象，以自动化监测、仿真模拟技术等为研究方法演变。

目前针对深基坑工程的自动化监测技术已有学者进行了一定的研究工作。曹冬冬[2]进行了多种深基坑工程自动化监测的技术分析，包括全站仪、3D激光扫描和光纤传感技术，同时对自动化监测基准点和监测点的设置进行详细阐述。许余亮[3]以上海市杨浦区松潘排水系统改造工程的泵站深基坑工程为例，介绍了自动化监测的目的和具体实施过程。

2 深基坑自动化监测技术

2.1 自动化监测优势

2.1.1 及时性

采用深基坑自动化监测技术，当基坑监测过程中出现任何异常时，可以及时有效地反馈到一线施工人员和管理人员，以便能够及时采取有效的措施进行补救。

2.1.2 连续性

相对于传统的人工监测需要换班交接，甚至可能出现监测中断等问题，自动化监测可以保证24 h不间断的系统性全方位的监测，不受降雨降雪天气影响，在极端的天气情况下也可以进行监测。

2.1.3 准确性

采用的监测仪器精度高并且性能可靠，自动传输监测数据，并且生成表格，以曲线报表的形式展示监测结果，可以大大减少人工，提升工作效率。另外，传感器可以直接感知岩石、土体和结构的变形动态，数据更为精准。

2.1.4 延展性

自动化监测体系中主要针对基坑的变形等，还可以延伸接入雨量计和压力计等其他方面的监测任务，对深基坑工程进行全方位无死角的立体监测。

2.2 自动化监测对象

结合工程自身特点，根据基坑的安全等级和环境等级对以下对象进行自动化监测：

(1) 工程支护结构，包括围护桩和各类支撑体系。

(2) 周围岩土体，包括岩土体、地表沉降、深层水平位移和地下水位。

(3) 周边环境，包括建筑物、构筑物和管线工程等差异性沉降及倾斜。

2.3 自动化监测项目和设备

深基坑工程中针对的监测项目和运用的监测设备具体见表1。

表1 监测项目与设备

2.4 自动化监测流程

2.4.1 数据收集

利用数据传感器来进行数据的采集工作，并利用无线电信号传送至数据收集器，使用计算机分析处理收到的初始数据，并且在收集、处理过程中建立层级。

2.4.2 数据预处理与传输

在数据采集系统进行预处理工作，将其转化为数字信号，再利用网络将其传输至数据处理中心进行进一步的处理工作。

2.4.3 数据处理

数据处理工作体积量巨大，主要由数据处理系统和控制系统完成。数据处理系统接收到各层级的数据后进行分析，并控制整个系统的有效运行，依据数据处理结果对整个数据库进行维护和更新。

2.4.4 结构安全评定

安全评定系统根据数据处理系统的最终结果进行全面分析对比，综合性地评价结构的稳定性和安全性，自动生成结构安全评定报告。

2.5 自动化监测技术分析

2.5.1 全站仪监测技术

目前在深基坑工程自动化监测领域，自动全站仪监测技术的应用较为广泛。全站仪可以自行定时以及动态瞄准被测目标的三维坐标、角度和距离。数据采集完成后，全站仪还可以将数据传输到数据处理中心进行处理，保证施工安全。

2.5.2 3D激光扫描监测技术

3D激光扫描是利用高速激光扫描测量被测目标的三维坐标数据，并进行三维模型的构建，测量的精度和效率都比传统的测量技术提高很多。另外，相对于全站仪监测技术，3D激光扫描无须使用反射棱角，属于非接触性监测技术，能更好地适应复杂的施工环境，在深基坑工程的自动化监测中被越来越广泛地应用。

2.5.3 光纤传感监测技术

光纤传感技术具有较高的自动化水平，并且能够对监测目标实现全天候动态监测，适应范围较广，可以测定内外土体应力应变、位移变形情况及地下水位等参数，还可以将监测信息建成立体模型，进行可视化处理，有利于监测数据的进一步分析，从而保证深基坑工程的施工质量及安全。

3 基准点、监测点及设备的布设

3.1 基准点布设

自动化监测的基准点个数一般应为3个，如图1所示，设置在深基坑的边坡中不受变形影响的位置。作为整个监测系统的基准点，位置的准确性十分重要，因此，在施工的过程中需要定时复核基准点的位置是否有移动的情况出现，以保证监测数据准确。数据采集仪如图2所示。

图1 基准点

图2 数据采集仪

3.2 监测点布设

针对不同类型的监测点，按照施工图纸和现场施工条件等资料，进行监测点的布设，确保能得到全方位的监测资料，如图1所示。在监测点进行布设时，需要掌握一定的布设要点。

图3 测点标示牌

3.2.1 坑顶位移、沉降监测点

基坑支护结构顶部水平位移、沉降观测点埋设如图4所示。该项目是基坑监测的基本项目，它可以反映各个位置基坑支护的水平位移变形情况。在基坑支护结构顶部边缘埋设水平位移及沉降一体化观测点，观测点采用L形小棱镜及我院设计的L形小棱镜支座，或采用冲击钻钻孔置入法埋设。观测点的埋设方法：首先采用钻孔置入法埋设4根φ16 mm的螺纹钢，然后用φ110 mm的PVC管将4根螺纹钢罩住并浇注混凝土墩柱，再将L形小棱镜用自膨胀螺丝固定，作为水平位移测点标识。

图4 水平位移及沉降变形监测点埋设示意图

3.2.2 支撑监测点

对于混凝土支撑，采用振弦式钢筋计进行监测，在支撑绑扎钢筋时，将主筋截断，钢筋计与支撑主筋焊接，为了能够真实反映出支撑杆件的受力状况，钢筋计与主筋最好采用对焊，如果没有对焊条件，也可以用两根短钢筋夹住接头以通长焊缝正反两面焊接(双侧绑焊)，每个断面布设4个钢筋计，并严格均匀分布钢筋计，如图5所示。钢筋计和支撑的主筋焊接时应采取包裹湿布或浇水降温等措施，保证钢筋计的温度不高于90℃，否则会使钢筋计内部元件失灵，无法工作。本工程在两道内支撑上、下对称位置设置应力监测点，钢筋计焊接完成后，导线要分股标识清楚，并保护起来。

图5 钢筋混凝土支撑钢筋计埋设示意图

3.2.3 地下水位监测点

将水位传感器直接预埋至水位管内，，如图6所示。固定管口，将传感器电缆线接线端连接低功耗振弦采集模块，进行地下水位数据采集，并可以将数据无线发送至现场采集单元MCU，通过公共网络将数据传送至监控平台。本工程中，地下水位监测全部实施自动化监测，同时预留电缆接口，可以进行辅助人工监测。

图6 地下水位监测

3.2.4 深层水平位移监测点

采用的固定式测斜仪，固定式测斜系统由若干测斜管、倾斜传感器和数据采集器组成。测斜系统的实施，通常需要在待测区域钻孔，然后把测斜管埋入孔中，如图7所示，并保证测斜管的其中一对沟槽指向预期的变形方向，如朝向山体的下坡或者基坑开挖侧。倾斜传感器首尾按3 m的间隔相连，沿着测斜管的沟槽进行安装。当待测区域发生形变时，测斜管也跟随倾斜，并会带动其中的测斜传感器。通过测斜传感器的数据可以通过数据采集器获取，并可将数据远程传输至服务器，服务器端软件对数据进行分析。

图7 测斜管保护箱示意图

3.3 基坑顶部位移、沉降工作站布设

在全站仪的安装使用过程中，需要保持其底座的稳定性。将立杆的底部法兰盘紧密连接在基础上，在立杆的顶部放置全站仪。另外，为了避免降雨降雪等环境影响，在全站仪外侧设置玻璃保护箱，如图8所示。

图8 全站仪安装监测

4 结束语

伴随着城市建设的脚步不断向前推进，深基坑工程不断增多，针对深基坑工程安全监测的重要性逐渐显现。自动化监测技术相对人工监测具有明显的优势，能够提高整个深基坑工程施工过程的效率，有效消除安全隐患，对深基坑工程的施工全过程提供动态信息化管理，对于施工技术的提升具有重要意义，保障工程的经济效益和社会价值。