文增
重庆建设工程质量监督检测中心有限公司 重庆 401121
摘要：随着科技的不断发展，建筑工程深基坑开挖技术日趋成熟，很多技术难题得到有效解决，同时，在深基坑开挖技术上也有很大的上升空间，需要我们不断地去研究探索。目前，深基坑工程中自动化监测技术的运用，可以全方位地实施监测，确保了对深基坑边坡开挖支护的安全性、稳定性，具有十分重要的意义。
关键词：自动化监测；深基坑；应用
1基坑检测的现状
基坑坍塌的原因有很多，包括地质勘察不严谨，开挖设计不合理，支撑围护不规范，防渗水手段欠缺、检测手段落后等，坍塌形式可分为基坑整体失稳、坑底隆起变形、围护结构失稳、支锚体系失稳、渗水导致的结构破坏等。具体坍塌的因素包含人为因素和环境因素两种，由此可见基坑安全的复杂性，也突出了基坑检测/监测的必要性。
基坑开挖安全是工程界一个很大的难题，也成为国际工程界最为关注安全的领域之一。现在的基坑检测手段一般是人工参与为主的第三方检测，形式多为对结构位移、结构内力等几个关键因素进行现场人工观察及测量，再通过对所测数据进行分析，进而判断基坑的整体或者局部失稳的可能性，以及构件的安全储备度，这种检测方法存在如下缺点:
1)受空间限制较大，基坑施工面有限，空间有限，设备人员聚集，人工测量很难找到合适的观测点进行较长时间的观测，往往不停变换观测地点，由此带来测量误差，在复杂环境检测，同时也会有较大的安全隐患。2)受时间因素影响，基坑一般是24h不间断施工，观测人员很难全天候精力完全集中，特别是夜间观测，受光线影响较大，主观误差也会较大。3)检测目标有限，潜在危险因素如周边环境情况、地下水等因素的人工观测，多数是低频甚至滞后于实时的施工进程，导致不能第一时间做出应急反应。4)检测数据分析不同步，检测一般是分工检测，检测完成后再汇总各方数据后进行分析，这样就会产生分析的严重的滞后性，不能第一时间发现潜在危险源并且迅速做出响应。
2 深基坑沉降自动化监测解决方案
2.1系统设计逻辑
静态液位传感器安装后，在自动监控软件上设置参数（采集间隔、系统报警、SMS报警等）。数据经过无线采集发送器的有效处理和转换后，传输到监控管理中心数据库，系统平台对数据进行分析和处理，在PC机和移动终端上实现实时监控和预警。
2.2系统组成
深基坑沉降自动监测系统主要由静态水平、无线采集变送器、RS485总线、连接水管和自动监控系统平台组成，可由电力或太阳能供电。系统分为感知层、网络层和应用层。传感层结合所需监测项目的特点，进行传感器的选择和分配、现场总线的布置、采集设备的组网等；网络层采用分组数据网络，通过数据传输单元对采集到的数据进行远程无线传输；应用层包括数据查询、数据分析、报表推送、预警、三方数据接口等智能应用。
2.2.1系统感知层
感知层为多只同型号静力水准仪组成的沉降系统,当测点相对于基准点发生升降时,通过测量压力变化,来计算各测点相对水平基点的升降变化。传感器受到的压力为F,F=ρ×g×h×S(ρ、g、S为定值,h为变值),故沉降变化量Δh只跟压力变化ΔF成正比。假设安装后基准点的初始测值为J0,某监测点初始测值为Y0,发生位移后其测值分别为J1和Y1,则被测点的位移量为:ΔY=(Y1-Y0)-(J1-J0)上升为正、下降为负。
2.2.2系统网络层
网络层连接感知层和应用层的枢纽。基于RS485总线，定时采集数据。采样间隔从1min到1D连续可调，存储容量大于1G，通过无线传输模块实现数据传输。它拥有完整的TCP/IP协议栈和强大的透明传输保障机制，可实现点对点、点对多点的实时数据传输，随时随地通过互联网直接建成覆盖全国的移动数据通信网络。
2.2.3系统应用层
应用层将基坑感知设备、测量方法及参数等物联网层级对应标识的唯一识别,将物理分布,逻辑集中的实现在线监测平台对监测对象的唯一定位,便捷管理系统,分别在本地和异地建立荣灭群集系统,避免单点出现故障引起的数据丢失、服务终端问题,提高在线运行、服务等级。该系统平台采用ubuntu系统,编程语言为java,数据库为Mysql,可实现数据查询、报表设置、告警通知、用户管理、阈值调整、采集周期调整、测点管理等功能,可根据项目管理特点进行调整,做到自动响应、自动控制、自动预警。
3基坑自动化监测实例
某项目建筑工程总投资约72634.62万元，项目总面积134500m2，主楼高164.7m。本项目基坑开挖长度163m，宽度141m，开挖深度平均12m。
本项目需开挖基坑地理位置重要、基坑深而大、地下水量大、施工通道条件限制、施工工艺较多、施工难度及强度大、施工要求质量高、施工周期长，所以安全防范及施工检测在本项目施工过程中尤其重要。综合各方面因素，最终决定本项目的检测采用自动化健康监测的方式进行，监测因素主要包含土体水平位移及竖向位移、支撑轴力、锚杆内力、挡墙应力、雨量计、地下水位及空隙水压力等监测。
本文重点对土体位移和支撑轴力做重点分析，土体位移监测是按照开挖深度分层安装位移计，长度方向两个边等间距布置12支，宽度方向等间距布置10支，深度方向按照开挖进度布置4层，合计88支。轴力计按照设计文件给出的最不利支撑位置安装，本项目合计38支。
为方便数据分析及处理，监测系统采用知物云系统，本系统有数据采集、数据接收、数据异常告警、报表生成、数据分析对比、数据预测等功能，可对本项目实施的整个过程提供安全支撑。
通过知物云在线监测系统，部分监测结果如图1，图2所示。
图2基坑平面Y方向位移结果曲线
从监测结果来看，随着开挖深度的增加，同一平面内两个观测点的位移都在增加。结果与实际施工过程高度吻合，两种趋势是一致的。同时，数据结果符合规范要求。
另外，同一高度两个螺栓的轴力数据表明，轴力随开挖过程而变化，变化在规范允许范围内，变化趋势一致，这也说明监测结果准确可靠。
通过上述采集结果，还可以看出自动监测数据是实时连续的，数据采集贯穿基坑开挖的全过程。除了极值，我们还可以通过在线监测结果看到变化趋势，从而推断出结构指标的发展趋势，实现疾病的早期发现和预防，这是人工检测难以达到的一点。
结论
自动化监测尽管在很多方面优势突出，但弊端是系统受传感设备掣肘，设备必须要满足精度和稳定两方面的要求，对现场设备安装也有很高要求。另外自动化监测数据量巨大，但是当前主流分析方法依然是极值法，导致大量数据的浪费，基于统计学的大数据分析方法对破坏趋势的研究，相信将是接下来自动化监测发展中的一个重点方向。
参考文献：
[1]王雨田，范思光，姜福香，等．城市地铁车站基坑施工变形与数值模拟[J]．青岛理工大学学报，2019,40(6):1-7.
[2]程咏春．公路桥梁健康监测技术应用[J]．山西建筑，2019,45(15):104-105.
[3]程咏春，郭铁春，仇成龙．贵隆高速边坡群在线安全监测系统应用研究[J]．湖南交通科技，2019,45(2):37-42.
[4]贺光福．健康监测平台在热力管线施工项目中的应用[J]．山西建筑，2017,43(7):247-249.