广州市吉华勘测股份有限公司
摘要：随着城市轨道交通的快速发展，大量地铁基坑工程出现在城市中心区域，其周边环境复杂，人口众多，对安全施工提出了很高的要求。地铁基坑在施工过程中，受周围土体载荷变化、地震等外界因素的影响，可能会导致基坑墙体局部性破坏。为确保其在施工阶段的安全性，必须进行定期的变形监测工作。基坑围护墙体深层水平位移监测是地铁基坑施工监测中的重要组成部分，其直观地反映了基坑围护墙体在水平方向上的变形大小和变形趋势。传统的基坑墙体深层水平位移监测采用滑动式测斜仪进行人工测量，存在监测效率较低、监测频率有限。为了满足实时监测的需求，可采用固定式测斜仪进行自动化监测工作。在基坑围护墙体中预埋测斜管，并在所需进行监测的深度位置安装固定式测斜仪，实时进行数据采集与处理分析，用于监测基坑墙体内部的稳定性情况，掌握变形大小与变形趋势，及时发现存在的风险，进行预警和报警工作。
关键词：地铁基坑；墙体深层水平位移；固定式测斜仪；自动化监测系统
一、自动化监测系统
基坑墙体深层水平位移自动化监测系统由数据采集设备、现场控制箱和远程数据中心3个部分组成，如图１所示。
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（1）数据采集设备即固定式测斜仪，使用连接杆将固定式测斜仪依次串联并固定在测斜管内固定深度处。将所有固定式测斜仪安装在指定位置后统一将通信线缆从管口引出并进行保护，避免受到施工破坏。
（2）现场控制箱安放在不受施工影响的区域，在控制箱中安装传感器数据采集仪、电源以及无线数据传输模块。将各固定式测斜仪的通信线缆与传感器数据采集仪的固定端口相连接，并进行测试。确定通讯正常后，按照设定好的监测频率使用数据采集仪向各固定式测斜仪发送测量指令，并对返回的测量数据进行解析。若测量数据完整则进行存储，并通过数据传输模块使用无线网传送给远程数据中心的服务器，以便进行数据处理。
（3）在远程数据中心的服务器上运行数据采集系统，监听并接收由现场控制箱无线传送回的监测数据。接收到每期数据后，按照传感器编号对各传感器采集到的原始数据完整性进行判断，若数据不完整则直接丢弃；在数据完整的情况下，对原始数据进行处理，得到各传感器位置的相对位移量以及累计位移量等成果，进行成果的显示和墙体变形过程线的绘制等操作。
二、工程应用
为了考察基坑墙体深层水平位移自动化监测系统的可行性，将系统应用于轨道交通7号线二期工程某车站主体基坑施工监测中。该主体基坑采用地下连续墙围护，站中心底板埋深20.51ｍ。
2.1测斜管和固定式测斜仪安装
按照设计要求，在该基坑重点监测部位共布设了６个墙体深层水平位移自动化监测点，点号为ＣＸＺＤ１～ＣＸＺＤ６，并在各自动化监测点旁间隔１ｍ处分别布设人工监测点，点号为ＣＸ１～ＣＸ６。
各测点测斜管总长均为４５ｍ，测斜管底部与钢筋笼底部持平，管顶高出基准面１５０～２００ｍｍ。测斜管上下管之间保证无缝隙，且接头处牢固固定、密封。测斜管绑扎时调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面，保证测斜管不发生移动且不松动。
测斜管绑扎完成后，随钢筋笼一同放至指定位置处。待地连墙混凝土浇筑完成后使用测斜仪对测斜管进行检查，确保所需使用的测斜管未被破坏，管内通畅、平顺，可正常进行人工测量或固定式测斜仪的安装。在测斜管地表管口做混凝土墩台，对管口加以保护并在地面标注测点点号。
本次墙体深层水平位移自动化监测主要针对的部位是车站底板以上部分的地连墙墙体。在每个测斜管中安装１０个固定式测斜仪，各固定式测斜仪之间的间距为２ｍ。依次进行各固定式测斜仪与连接杆的安装与下放工作，直至所有的固定式测斜仪安装到指定位置，将通信线缆统一由测斜管管口引出，避免发生缠绕。
所有的固定式测斜仪安装完成后，工作人员使用读数仪进行人工测试，确保所有的传感器都能稳定读数后，将通信线缆沿基坑挡水墙布设，统一引至现场控制箱处，并接入箱内传感器数据采集仪中。
2.2数据采集
设备安装完成后，工作人员开始数据采集工作。采集各传感器初始值，连续采集３次数据并对成果取均值作为各传感器的初始值。传感器初始值采集完成后，在传感器数据采集仪中设置好当前时间与测量开始时间，并将测量时间间隔设置为１ｈ，将采集到的数据在本地进行存储。
在远程数据中心服务器上运行数据采集系统，系统通过无线网与监测现场的传感器数据采集仪建立连接，将数据采集仪中保存的所有数据自动取回并保存至数据库中。
2.3数据处理
单个测点数据处理的整体流程如图２所示。根据点号读取对应的所有传感器原始数据，并对同一期的原始数据完整性进行判断：若同一期有传感器丢失数据，则丢弃该期所有数据；若数据完整则将各传感器的该期测值与初始值进行对比，看是否位于设定好的数据可靠性阈值内，防止各种因素引起的传感器数据失真。若所有传感器数据均可靠，则对原始数据进行计算，得到各传感器对应深度位置处的水平位移量，并对两相邻传感器之间的间隔位置插值处理，计算出对应的水平位移量。
得到整个测斜管内连续的各深度位置水平位移量后，计算各传感器所处深度位置处的各期累计位移量。考虑到广东地区由于土质较软，测斜管布设至设计深度时，管底可能会产生较大的水平位移。因此，采用测斜管管顶作为起算点，并测定测斜管管口水平位移量作为基准值。最后，顾及起算点水平位移量，进行各深度位置累计水平位移量的修正，将最终成果入库。
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2.4墙体深层水平位移成果查看
在系统中可对基坑墙体深层水平位移变化情况进行查看，如图３所示。通过图３可直观地了解各监测点处基坑墙体在不同深度位置处的水平位移情况，实时掌握基坑开挖对围护墙体的影响，并对可能发生的风险进行预判。
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2.5自动化监测与传统监测方法结果比较
为了考察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，使用传统测斜仪在自动化监测点旁的人工监测点ＣＸ１～ＣＸ６进行数据采集工作，每天各采集一次数据，共计监测了20天。各监测点处对应的基坑位置最浅处深度开挖至４ｍ，最深处开挖至１５ｍ。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，计算得到两者差值，可以看出，在６个监测点每点１０个监测深度，共２０天的监测成果中，自动化监测成果与人工监测成果差值在1ｍｍ内的数据条数占82.1％，差值在１～２ｍｍ范围内的数据条数占17.9％，无差值超过２ｍｍ的数据自动化监测成果与人工监测成果基本相符。对自动化监测各深度水平位移量进行累加计算并进行修正，得到的变形过程线与人工监测成果趋势一致，监测成果可以真实地反映基坑墙体在水平方向上的变形情况。
结束语
固定式测斜仪具有高精度、高灵敏度等特点，结合数据自动化采集与传输技术构成的自动化监测系统，能够克服传统监测工作效率低下等，实现数据的实时采集。经过数据完整性分析、可靠性分析、水平位移量计算、数据内插以及水平位移量修正等一系列的数据自动化处理，可实时提供监测成果，并绘制出基坑墙体变形过程线，动态掌握基坑墙体的稳定性情况，保障地铁基坑建设的安全。
参考文献
[1]李桂平，基于高精度双轴敏感元件研制的二维固定式测斜仪．西北水电，2018.
[2]张立明，软土地区深基坑对临近地铁结构影响的实测与分析．岩土工程学报，2016.
[3]吴振林，分布式基坑监测信息管理与预警系统的研制．岩土力学，2014.
[4]徐杨青，程琳．基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究．岩土工程学报，2019.
[5]高磊．基坑监测信息管理系统的设计与实现．地下空间与工程学报.2020.