自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用分析

自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用分析

刘伟

深圳市岩土综合勘察设计有限公司 广东深圳 518172

摘 要：基坑监测技术是随着深基坑工程的发展而不断完善的。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施的变化进行监测已成为工程建设必不可少的重要环节。对于风险大、安全性要求高的深大基坑采用传统的监测模式不能满足现阶段的要求。自动化监测技术具有实时监测、自动化性能高和复杂环境下安全保障的特点。随着信息化技术的提高，建立自动采集、数据实时分发及数据查询统计分析平台，实现无人化现场监测是一种趋势。基于此，本文重点针对自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的具体应用进行分析与探讨。

关键词：自动化监测技术；地铁基坑工程；工程监测；应用

引 言

当前对于风险大、安全性要求高的深大基坑采用传统的监测模式已不能满足现阶段的要求。自动化监测技术具有实时监测、自动化性能高和复杂环境下安全保障的特点。尤其是在城市轨道交通建设中，遇到基坑开挖深度大、周边建筑物多、市政道路交叉和压力管线密集的情况下，采用自动化监测技术能为基坑监测实时开展提供有力的保障。

1. 自动化基坑监测概述

基坑变形监测工作的成果数据可作为基坑支护稳定情况的判断依据，保障施工的安全。基于基坑变形监测工作的持续发展，细节化，流程化、自动化，将监测数据的采集、处理和分析工作整合起来，准确高效的反馈出去，作为判断基坑是否处于安全状态的依据。在基坑开挖过程中，如何尽快的了解基坑的变形情况，评价其安全性，怎样实现监测的自动化、施工的信息化，已成为基坑监测工程中的首要问题。

自动化基坑监测的技术流程大致分为以下部分：（1）外业监测数据采集。包括水平位移监测、竖向位移监测等内容，采用自动化监测系统可以对这些监测项目进行全天候实时监测，不需要耗费大量的人力和时间，系统会通过传感器将这些数据自动的采集出来，通过有线或无线的方式传递给计算机。（2）内业监测数据处理。利用符合需求分析的专业软件，自动化成果统计和模型预测系统，对外业数据进行自动化处理分析。（3）成果反馈。利用内业数据处理的成果，基于互联网的监测数据浏览、分析、预测，将成果快报、配套图件发送至平台，可以直观的反映出监测成果，

2. 自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的具体应用

2.1项目概况

该项目为地铁工程中间站，车站沿道路南北走向，跨现状路口设置，与已通车的地铁站“十”字换乘，为地下二层岛式车站，站后设单渡线。本站内净尺寸为350m×20.06m，站台宽度13.06m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站基坑开挖深度约为14.5～17.6m，顶板覆土厚约2.5m，本工程基坑采用半逆作顶板盖挖法施工，基坑围护结构均采用0.8m厚地下连续墙，标准段竖向设置四道支撑（1道钢筋砼支撑+3道钢支撑），工作井竖向设置五道支撑（1道钢筋砼支撑+4道钢支撑）。

根据地质调查报告，该地区是典型的软土地区。厚厚的软粘土层通常沉降在土壤下面。它具有高含水量、大空隙率、低强度、高可压缩性和其他不利的工程特性，且具有低渗透性、触变性和流变性的特征。工程竣工后，软土引起的施工后沉降通常较大，对工程的安全运行影响很大。同时，在高载荷和振动的长期作用下，软土的触变性倾向于降低其强度，从而进一步降低其强度，增加结构的变形。

2.2自动化监测点布置

基坑工程自动化监测点布置要能反映监测对象的实际状态及其变化趋势，监测点应布置在变形、应力等的关键特征点上，并满足监控要求，且需放置在不受影响或容易保护的位置。

对于监测等级为一级的基坑，围护墙侧向变形孔2~3幅地墙布设1孔（地下3层及以上车站每2幅布设1孔，地下2层车站每3幅地墙布设1孔）。测孔沿长边对称布设并与围护墙顶变形监测点相对应，每侧边至少有1孔，并确保存活，如不能存活，则在对应位置补设土体测斜孔。为确保实际存活的测斜孔密度，车站主体基坑围护墙体深层水平位移监测点每2幅地墙布设一孔，其中1孔备用。围护墙体深层水平位移监测孔布设在每幅地墙中部，避开地墙接头处布设；基坑阳角部位及其他代表性部位的桩（墙）体布设监测点。

2.3自动化监测数据采集

采用固定式测斜仪，在现场布设好的桩体或者土体测斜孔中进行放置一串与测斜管等深的固定式测斜仪（1m布设一根），在测斜孔外部放置一个数据采集盒，利用内置的物联网模块实时上传测斜数据。监测云平台可以实时接收测斜数据，真正做到测斜数据的实时上传。上传过程不需要人工干预。孔隙水压力计现场布设监测元件的方法和传统监测布设一致，布设完毕之后，在相应轴力断面位置，放置一个振弦式频率采集箱，实时采集轴力元件的频率值和温度值。数据通过压力计采集箱中的物联网发射模块，直接将压力计原始数据（频率+温度）实时发送至监测云平台。不需要人为测量和干预。数据上传平台后，监测云平台会根据压力监测点所使用的监测元件实时计算和存储相应的水压力值。沉降监测传感器所采集的沉降变化量通过无线网络传输到指定IP计算机，通过配套软件进行数据传输存储管理及计算处理。

2.4自动化监测与人工监测数据比较

目前市场上的监测设备品种多样，其中以固定式测斜尤为突出。为了检验自动化监测成果的精度和可靠性，在自动化监测数据采集的同一时间、同一地点，在同一幅地墙上布置2个测斜孔，使用传统测斜仪在自动化监测点旁的人工监测点进行数据采集工作，每周人工采集一次数据。将各深度位置处传感器水平位移量自动化监测成果与人工监测成果进行对比。人工监测采用滑动式测斜仪，只采用一根测斜探头。探头的轮距为0.5m，每次提拉监测的间距为0.5m。而自动化监测是采用固定式测斜探头，通过一连串探头相连的方式，每米设置一个传感器。

自动监测结果与人工监视的结果基本一致。对每个深度的水平位移进行自动监测，并进行累计校正，得到的变形过程线与人工监测结果的趋势相吻合。监测结果实际上可以反映出基孔壁在水平方向上的变形。

三、地铁基坑自动化监测过程的常见问题与解决措施

3.1施工现场周边环境的监测

当前，为了解决地铁基坑监测问题，就需要我们的建设单位和相关工作人员首先要对我们的地铁施工周边环境进行监测，要从最开始的地形地域，人文气候等多方面去考虑是否适合建筑施工。这就需要我们的工作人员做好检测工作，为了保证监测的水平，工作人员需要先在地铁建筑区域内安装部分基准控制点，对于这些基准点不能过分密集也不能过分疏散，给予一定的间距。最后用水准仪监测整个建筑区域的沉降状况，要避免因为沉降问题影响后续的施工。另外，在监测的过程中，要仔细观察地铁基坑的内壁、隧道路面等周边建筑是否出现裂痕，如果存在需要及时标记，并且请相关的专家到现场进行分析处理，避免对地铁站的后期建设造成质量损害和使用寿命缩减。

3.2基准点的选择与控制网的建立

基准点的选择和控制网的建立，是整个自动化检测技术最为关键的一环，它直接影响着地铁深基坑监测的工作水平与效率，为了有着良好的检测效果和检测水平，我们需要在选择基准点的时候避免单一选择，要至少选择三个及以上的基准点，同时要对这些基准点的位置进行严格考察，在确定之后也要确保这些基准点的质量和稳定性进行保护，在此基础上就可以建立相对应的控制网，对于整个现代化地铁深基坑的监测质量和水平都是极大地提高。

四、结束语

综上所述，在社会经济不断发展和互联网技术不断普及的形势下，单纯使用传统的人工监测手段，已经远远无法满足地铁基坑工程监测的实际需求，而自动化监测技术的应用成为必然的趋势。地铁基坑自动化变形监测系统可实现对地铁基坑工程多项重点监测项目的数据自动化采集、传输、处理以及发布，综合运用高精度的测量机器人及监测用传感器，有效减少人工成本且可实时获得准确的监测成果，为地铁基坑工程安全施工提供了可靠保障。

参考文献

1. 软土地区深基坑监测及变形特性分析[J].李益斌,董维,王兵.测绘通报.2017(S2)

2. 基坑变形监测分析及预报方法研究[J].夏伟,艾波,辛文鹏,方京.北京测绘.2019(05)

3. 自动化监测系统分析深基坑监测的可靠性[J].马涛,赵彦军,张伟.北京测绘.2019(11)

4. 自动化监测系统在深基坑监测中的应用[J].孙元帝,孟凡明,孙志铖,孙建.工程技术研究.2020(05)

5. 深大基坑无线自动化监测系统的开发应用[J].何宏盛,梁超,童立元,张国柱,何兵兵,朱世豪.城市轨道交通研究.2016(02)

6. 自动化监测系统在城市深基坑监测工程中的应用[J].王鹏,王宇,胡文奎,林祥宏.城市勘测.2017(06)