基坑支护自动化监测系统在实际工程中的应用

      建筑基坑，特别是深基坑，开挖施工风险高、施工难度大。大量工程实践经验及理论分析表明，风险的发生存在多方面原因，既有内在因素也有外在因素，建筑建设周边环境(如建筑物、道路、地下管线等)的复杂性是外在关键因素之一。基坑工程可以通过监测和预警，及时发现安全隐患，采取措施，保护基坑及周边建筑物的安全。传统的基坑监测，主要技术参数由人工定期用传统仪器到现场进行量测，工作量大，受环境和现场条件等因素的影响大，存在一定的系统误差和人为误差。

      基坑围护结构及重要建（构）筑物自动化监测系统的实施，利于施工单位和安全监管部门随时快速掌握基坑工程的技术指标，能够弥补传统监测的诸多技术和管理缺陷，采用固定设站、增加观察频率的方式，利用软件平台对数据进行集成化处理，将基坑的水平位移监测、沉降监测、锚索轴力监测、深层水位监测集成一体，辅以远程控制系统，实施全天候２４ｈ动态监测。

      本文结合我单位监理的医疗健康产业园项目的基坑支护监测系统，简要介绍基坑自动监测系统的应用情况。

项目效果图

     自动化监测系统主要包括数据采集系统、数据分析系统、成果发布系统，其主要结构如图所示。

     1、数据采集系统由全站仪自动采集系统和数控自动采集箱组成。全站仪自动采集系统基于测量机器人实现坡顶水平位移及竖向位移观测数据的自动采集，根据现场情况建立自动变形监测系统的永久观测房，并在观测房内放置全站仪和控制电脑。系统应用全站仪配套的软件，控制测量，功能模块包括测站设立、监测点初次测量、定期复测三部分。数控采集箱自动采集系统利用软件来控制锚索内力、深层水平位移及地下水位数据的采集，将采集数据实时传输到数据库，实现同步监测。

     2、 数据分析系统将自动化采集数据予以分类、处理、计算。软件将采集的所有数据进行分类，采用自带的软件分析系统进行粗差的剔除、基准点的稳定性分析和测量数据的平差计算，计算结果存贮到对应的数据库。

     3、成果发布系统包括数据查询、统计分析、视频管理及预警预报等模块。数据查询模块可对数据库内相应的数据进行调用，实现了监测数据的实时查询，统计分析，并且在数据变化量超过报警值时，预警预报模块向电脑网页发布报警信息。视频管理模块作为监测系统的辅助，系统管理现场安置的所有摄像头，实时监控现场的环境和施工情况。

     数据采集及处理系统，见下图。针对本项目布设的自动化监测网络和传感器，利用监测平台和传感器数据采集箱，对监测点及传感器数据进行实时采集。传感器与数控采集箱采用有线连接，将采集的数据通过无线网桥通信技术远程回传到机房数据处理中心。数据处理功能采用软件将采集数据的粗差自动剔除，复测完基准网后进行基准网的稳定性分析，最后将测量数据进行平差处理。基于本项目采用单测站重复观测，在监测系统中添加了测量数据的差分改正功能，通过基准点的测量坐标与初始坐标的差值对监测点坐标加以改正，包括距离差分改正、方位角差分改正和球气差改正三个方面。

    本项目基坑北侧管桩+预应力锚索+顶部放坡支护，南侧局部管桩+预应力锚索+顶部放坡支护，其他部位采用二级放坡加钢管土钉支护的方式。监测内容主要包括：支护结构丁水平及竖向位移、锚索内力监测、深层水平位移、周边道路沉降及坑外地下水位观测。本工程自动化监测主要用于管桩锚索内力监测、深层水平位移监测。

基坑支护监测点布置图

1、支护桩倾斜监测（深层水平位移）

     使用产品：导轮式固定测斜仪或滑动测斜仪。基坑土方开挖，土体原始应力状况发生变化，围护结构外地层土体对其施加主动土压力，造成围护结构或外侧地层不同深度处发生水平变位，通过监测、整理、分析不同深度的水平变位，判断是否存在薄弱区段，指导施工。在基坑周边的中部分别布设一个监测孔，监测孔内提前预埋测斜管，在每个监测孔中按间距3~4m布设导轮式固定测斜仪（杆式固测斜仪）。

杆式固测斜仪

2、锚杆锚索应力监测

     使用产品：锚索计和钢筋计。深基坑中会打入大量的锚杆和锚索，分别采用钢筋计和锚索计对锚杆和锚索进行锚杆轴力、抗拔力、锚索拉力监测。锚杆锚索应力监测可选用人工和自动化监测两种方式，自动化监测需要使用多通道数据采集系统，将钢筋计和锚索计接入多通道数据采集仪，数据采集系统将数据接入采集系统并上传云平台，实时在线监测。自动化监测的优势在于受环境因素影响较少，采集间隔时间短（可低至一分钟采集一次），使监测数据更准确。本工程采用锚索支护，故选用锚索计。

锚索计

3、调制解调器及接收设备

     测斜传感器、锚索传感器按照设计要求 结合现场实际情况进行埋设，并用数据连线与数据采集箱进行连接，从而实现不同位置，不同深度的数据采集，通过调制解调器传送到接收设备，有接收设备传送至数据库进行分析处理。

调制解调器，内置SIM卡

接收器，将数据传送至数据库

     数据经采集与处理平台处理后，存入到系统监测平台的数据库中，通过基坑在线监测系统实现监测成果在线发布与预警，监测数据通过网站实施查看。

    基坑监测单位对数据进行收集整理，形成正式文件，及时上报。

     随着物联网、大数据、智能化、BIM等时代的到来，基坑支护自动化监测系统将会越来越成熟，物联网技术应用更加广泛，通过结构感知、数据分析、预警预报的思路，让建筑结构有了感觉，通过智能传感器的嵌入，将物联网与互联网相结合，实现人与物的整合，在这个整合的网络当中，通过对人员、机器、设备与基础设施实施实时的管理和控制，相关管理人员和专家可以进行更加精细和动态的方式管理和决策，达到智慧状态，提高结构的健康水平。随着BIM等技术的发展，结构监测可视化将成为现实，通过植入传感器，对整个建筑进行全寿命周期的监测已经逐步实现，让工作更加简单有效，让建筑更加安全。