辛 毅
北京住总集团有限责任公司轨道交通市政工程总承包部，北京市 100029
摘要：伴随当前城市快速发展，地铁逐步成为城市交通运行当中的主力军，城市地铁基坑具有大而深的特点，一般情况下挖深可以达到15米到20米，另外基坑周边往往会分布一些管线，周边还可能有大量的道路和建筑。为了确保基坑的安全性，保障周边建筑物和地下管线的稳定运行，不单单要保证基坑支护结构的强度较高，而且还需要严格限制基坑的变形情况。传统的人工监测方式会受到天气的影响，无法做到全天候实时监测，监测效率较低，无法及时对安全风险进行反馈，而监测信息的滞后和精确度不高的导致后期的设计和施工法及时调整，会导致工程出现一定的安全隐患。为了保证监测工作的有效展开，使地铁基坑施工变形监测的信息化程度提高，需要合理地对自动化技术进行研究，通过自动化监测的方式，利用传感器快速收集、传输、处理监测数据，形成完善的地铁基坑自动化监测体系，避免人为因素对基坑监测的干扰，提升基坑变形监测的准确性，及时发布相应的预警信息，以保障基坑安全施工的有效进行。本文具体分析研究自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用，以供参考。
关键词：自动化；监测技术；地铁基坑；工程监测；
1 工程概况
某地铁车站位于北京朝阳区万通路，顺着万通路东西向进行布设，车站起点位置为K29+096.813，终点位置为K29+420.813，标准宽度设定为19.5米，全长为324米。该车站在施工过程中设计为地下两层岛式车站，有效站台长度为158米，站台宽度为12米，埋深设定为17米，并且设置三个出口，使用明挖顺做法进行施工，在施工过程中需要加强监测工作。在地铁施工的过程中，基坑工程变形监测贯穿其中，是确保工程安全质量的重要基础。一般而言需要进行监测的项目主要有围护结构体的水平、竖直位移、地下水位、支撑轴力等。
2 自动化监测的硬件系统
地铁基坑自动化变形监测系统的硬件主要为远程数据中心、现场控制箱以及数据采集设备，通过高精度的测量设备以及钢筋计、水压力计、轴力计等监测，用传感器来进行数据监测，在实践中将现场控制箱设定在地铁基坑不受施工影响的位置，另外在监控箱当中还集成了传感器数据采集系统、电源设备、数据无线传输系统以及工控机等。为了保证数据传输的安全性和稳定性，通过有线方式连接工控机和测量设备。另外利用无线网络实时传输数据，并且在服务器当中设定相应的解析算法来进行数据处理，分析发布等相关工作。
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图 1 硬件系统
3 自动化监测的软件系统
依照地铁监测的具体需要开发设计了轨道交通工程自动化监测系统，该系统可以有效地对支撑轴力监测、深度水平位移监测、三维位移监测等功能进行集成，与此同时可以有效管理所有监测数据分项目。在现场进行设备调试的过程中可以设定相应的参数，并且对数据采集是否正常进行分析。在日常自动化监测管理的过程中，软件系统可以实时接收现场传输的相关监测数据，并且将这些数据进行深入处理和入库，与此同时通过专用接口将监测到的数据自动上传到交通安全风险监控与信息管理中心进行发布。
4 自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用
4.1 基坑墙顶竖向与水平位移自动化监测
通过莱卡监测设备配套相应的圆棱镜来监测墙顶位移区域的竖向水平位移。墙顶竖向、水平位移监测过程中使用相同的监测点，通过连接杆对监测设备进行固定，将其安放在相应的监测点位上，并且旋转镜面，使其朝向基坑现场的观测位置，并且对测量设备进行安装，并且使用数据线与计算机之间进行有效连接，而后对相关软件进行调试。计算机运行过程中，通过软件监测系统的三维位移监测功能就可以进行数据的采集和相应的计算。首先将测站位置坐标设定好，并且完成定向工作。在对测量机器进行调试，并且记录相应的测点位置，确保各监测点位的通识情况，符合正常观测的具体需求。最后对测量周期进行调整设计，将测量信息配置文件设置到现场控制箱的工控机当中，以便进行相应的测量使用。
完成测量机器和工控机的连接之后，为了保证测量的准确性，在工控机当中需要设置相应的测量服务，并且对相关配置文件进行读取后，依照要求对测量机器进行控制，设定好相应的测量流程和测量周期。对各监测点的三维坐标进行读取，而后将读取的三维坐标与点为初始平面坐标和高程值进行比对，对各次监测点位竖向和水平变形之进行计算，而后绘制相应的变形过程图。
4.2 基坑墙体深层水平位移自动化监测
在布设基坑墙体深层水平位移自动化监测点位的过程中，需要注意将测斜管和钢筋笼共同绑扎，一并下放。在地连墙混凝土浇筑工作结束之后，检查测斜管，保证管道平顺通畅。在每个测斜管当中依照要求设定相应的固定式测斜仪，各测斜仪之间通过固定连接杆进行有效的连接。接着完成固定以及测斜仪的下放和安装工作，保证各设备安放于准确的位置，通过通信电缆统一进行连接，并且依次对设备进行检测，保证所有传感器都能够有效地进行读数。通过通信线缆将获得的数据传送到采集当中，周期性地对数据进行自动化采集。
4.3 支撑轴力自动化监测
依照施工进度来逐步安装砼支撑钢钢筋计、支撑轴力计，将其设定在指定的位置，通过传感器通信线缆将其引出，并且进行测试工作，保证读数稳定后，将获得的数据传送到传感器数据采集，并且将数据传到后台进行解析。依照各传感器为施加应力时的初始数值和标定系数来对传感器的数据进行分析，将支撑轴力计算出来，具体的公式如下：P( kN) :P = 1000K( Fi－F0 )，其中，初始读数：F0，标定系数：K，各期自动化采集到传感器读数：Fi。
4.4 地下水位自动化监测
在进行地下水位自动化监测的过程中，使用的主要是正弦式水压力计，将这种水压计固定于水箱某一位置，水压力计可以读出该测区的水压载荷，具体的原理为弹性模板变形量传送给钢弦之后，转变为当前应力的变化。在测试过程中可以转变钢弦的震动频率，这样就可以将振动频率转化为电信号，通过电缆将电信号传输给相关设备，测算该区域的水压值。通过计算分析，获得该区域的水压高度并且与侧点的高层结合，间接将水位测算出来。通过钻孔形式将水位管布设好，并且对管口和管内水面的深度进行测定，通过直径一毫米的钢丝将水压力计悬挂后逐步下放，将水压力计放置在管内水面以下位置4~5米处，并且确保水压力计始终处于水面以下。在安装完水压力计之后，通过传统水位计对管内水位置进行精确测定，接着依照水压力计为施加应力时的初始读数F0和相关的标定系数K，对水压力值进行计算，具体的公式如下所示：P(MPa):P=1000K(Fi－F0)。
在获得水密度和重力加速度的条件下，可以对水面到水压力计的水深进行有效的计算：h(m):h=P/ρ·g。
在计算的过程中，以传感器初始安装时的水压力值为基础，并且对该区域的水深进行测算，获得初始水深，而后将各期自动采集的水深值与初始水深值进行比对，就可以获得相应的监测结果：Hi(m):Hi=H0+(hi－h0)。
4.5 自动化监测成效
基坑墙顶竖向和水平位置的自动化监测使用的测试点为相同，另外在各基坑墙体深层水平位移和地下水位自动监测点周边进行人工监测点位的布设，在施工过程中，对上述自动化监测点位和人工点位的成果进行比对，并且以人工监测的数据为基准，对自动化监测的成果可靠性进行评估。在监测过程中，基坑墙顶竖向与水平位移监测，人工监测的频率为每天一次，选取6个人工点位的20次的成果，与同一时间段内的自动检测数据进行比对分析，具体如下表所示。
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在进行基坑墙顶竖向位移监测的过程中，人工监测使用的是几何水准监测法。自动化监测使用的主要是测量设备的三角高程测量法，比对相关数据可以发现每期的变化值差值在1毫米以内的数据占总数据量的85%，差距超过1毫米但是在2毫米范围内的数据比例为15%，没有出现差距超过2毫米的数据，通过对自动设备进行观测分析，可以发现每期变化量差值在1毫米以内的数字只有93.3%，差值在1毫米到2毫米之间的数据比例为6.7%，没有超过差值在2毫米以上的数据，具体分析人工数据和自动化数据发现两组数据监测效果趋同。
在进行基坑墙体生存水平位移监测过程中，通过人工方式利用监测仪进行数据采集，获得一天6个人工点位的数据以及相应的自动化监测数据，对数据成果进行比对，具体如下所示。
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图2 基坑墙体深层水平位移监测成果对比图
上图实线表示的主要是人工监测的基坑墙体深层水平位移变形情况，虚线表示是自动化设备监测过程中的变形情况，通过分析研究发现自动化监测所体现的点位变形情况与人工监测情况没有出现明显变化，可以有效客观地对基坑墙面的水平位移变化情况进行展示。
结束语
地铁基坑自动化监测管理系统可以有效地收集传输相关的数据信息，对测量设备和监测传感器进行综合化的利用，可以快速了解地铁基坑工程的多项重点建设项目的情况，可以使人力成本大幅度减少，并且可以获得准确的监测数据，实时对地铁施工进行监测，为保障地铁基坑工程安全施工打下坚实基础。
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