深基坑墙体深层水平位移自动化监测应用

张东海

上海米度测控科技有限公司

摘要：城市繁荣发展的背景下，极大的推动着深基坑工程项目建设。由于地质条件复杂，安全隐患突出，因此深基坑墙体深层水平位移监测至关重要，可直观体现基坑施工过程中围护墙变形情况。基于此，采用在全自动化监测方式并于附近增设人工监测点位进行检验校核，结果表明，墙体深层水平位移自动化监测数据可满足基坑施工监测的需求，反映出真实围护墙体水平位移变形情况。在深基坑高精度形变监测中具有良好的应用优势。本文着重对深基坑墙体深层水平位移自动化监测的应用展开了深入探究。

关键词：深基坑；围护墙体；深层水平位移自动化监测

随着城市快速发展，工程建设项目越来越多，深基坑工程也随着工程建设越来越多。深基坑开挖施工会引起基坑围护结构和周边环境产生变形，严重时将影响围护结构的正常使用，造成周边环境破坏事故发生，造成资金重大损失和人员伤亡，因此为了保障在深基坑施工阶段的安全性，针对围护结构变形进行监测工作。其中围护墙体深层水平位移监测是深基坑监测中的非常重要的部分。其直观地反映了基坑围护墙体在施工期间变化量。传统的基坑墙体深层水平位移监测采用人工方式，不仅效率低下，成本高，不能及时有效地对数据进行采集、反馈。而自动化监测技术在基坑监测过程中充分发挥其高效精准的作用，实现了监测数据采集自动化、计算分析的程序化、信息传输的数字化、信息获取的便捷化等。可以对监测数据的异常情况进行多参数的融合报警；可随时随地通过网络云平台查看监测数据。通过采用远程自动化监测技术，实现多点对多点的数据传输、远程控制。进一步提高深基坑工程的建设水平，降低企业成本。

一、自动化监测系统

1.自动化监测系统构成

深层水平位移自动化监测系统由三部分组成，分别是地面部分（执行机构）、地下部分（前端传感器）、数据中心，如图1所示。采集工作是由前端传感器（测斜仪）进行采集，它是采用执行机构驱动伺服电机代替人工实现对测斜传感器的提升和下放，并通过高精度定位技术实现了测斜仪传感器的准确定位，测斜仪在测斜管内部运动到各个测点（测点间距和测深可根据实际需求配置，通常测点间距为0.5米）进行测量。运用物联网传感技术、机械自动化技术、边缘解算技术、无线通讯技术等先进技术手段，实现监测数据的自动采集和实时传输，保证数据的真实性、完整性和实时性，但需要连接配电箱给设备进行实时供电，以保证自动化监测不间断运行，为基坑围护结构的安全保驾护航。

图1全自动化深层水平位移设备

2. 数据的推送、预警功能

在互联网技术支持下，让深基坑监测数据的反馈更快速。相关单位人员可通过多平台查看监测数据，可使用自动监测系统软件的手机移动客户端，也可使用云平台实时地查看深基坑的监测情况，如图2所示。自动化监测系统可以实现预警功能，可根据围护设计说明中监测点预警值进行平台设置，当采集数据经解算完成时数据到达报警值的时候，平台系统便会自动报警，将报警信息发送平台绑定联系人，便于安排人员及时进行处理，及时控制风险，保障生产安全。

 

图2  多平台数据展示

二、工程应用

为了解墙体深层水平位移自动化监测的可行性，将深层水平位移自动化监测系统应用于上海市轨道交通13号线西延伸工程102标施工监测项目纪翟路站主体基坑中。该主体基坑采用地下连续墙围护结构，主体规模219.2m×20.34m，基坑东端头井开挖深度为18.68m，西端头井开挖深度为18.24m,标准段开挖深度为16.85m，基坑综合监测等级为一级。

1.测斜管安装。按照监测方案中要求，在基坑北侧邻近红卫河段围护墙体中布设2个墙体深层水平位移自动化监测点，且并在邻近位置布设人工测量点位，便于数据校核。测斜管与地墙深度一致，管体与钢筋笼主筋绑扎牢。管内十字滑槽（用于下放测斜仪探头滑轮），必须与基坑边线垂直。上、下端管口用专用盖子封好，接头部位用胶带密封。钢筋笼吊装完后，立即注入清水，防止泥浆浸入， 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并做好测点保护。

2.自动化测斜仪安装。按照设备使用说明进行安装，将露出地面的测斜管切割部分，露出地面大约50mm，使用特制支架定位测斜管，使用膨胀螺栓固定支架，将测斜传感器与执行机构的钢丝牵引绳连接，将测斜传感器伸入到测斜管内，顺势将执行机构架在支架上，连接电源插头，设备安装完成。

3.设备调试。通过手机APP远程或蓝牙连接设备，根据设备SN号进入“设备配置模式”中的“基础配置”，选择相应的测斜仪类型和通信地址。之后点击“保存”，控制设备运行测量测斜管有效孔深，记录数据并选择计算方式完成参数配置。

4.数据采集。设备完成调试工作后，在基坑开挖前完成初始值数据采集，采集3组数据取平均值设定为初始值，根据施工监测要求设定2小时采集一组数据。通过蓝牙测斜仪从测斜管底向上运行每间隔0.5m采集一次数据，至管口采集数据完成，通过蓝牙传输数据完成本地存储

，通过4G网络将数据发送至云平台。

5.数据处理与成果输出。在云平台配置好测斜算法后，通过识别SN号读取对应的传感器采集数据，可对数据进行筛查，主动筛除数据异常。若所有点位数据无异常，则对采集数据进行计算，得到各深度位置处的水平位移量，根据设定的计算公式，计算出整根管形的水平位移量。得到整个测斜管各深度位置水平位移量后，减去初始管形数据可得各期累计位移量。在计算方式上采用顶固法，以管口数据起算，通过定期水平位移测量进行管口修正，以保障数据准确性。监测成果可在云平台在线查看数据曲线图，也可以导出数据形成电子报表进行推送，如图3所示。

 

图3报表预览

围护墙深层水平位移自动化监测设备从2月10日至6月20日运行，根据设定采集频次，每日不少于8组测量数据，因现场存在不可控因素，偶尔出现电箱故障造成设备断电无法采集数据。在施工期间设备受到外界因素干扰形成噪点数据，已对异常数据进行剔除。本文选择基坑开挖至垫层施工期间的自动化监测与人工监测数据做分析。如图4所示。

（a） 图4自动化与人工数据曲线图     （b）  

通过图4可直观地分析自动化与人工监测数据，了解围护墙在不同深度的水平位移变化情况。自动化监测与人工监测数据进行对比。验证自动化监测数据的可靠性，使用人工测斜仪在自动化监测点附近布设的人工监测点J1和J2进行测量，按照人工监测频率在基坑开挖期间每天测量一次，与自动化监测周期保持一致，自动化监测数据与人工监测数据采集时间保持同一时间段，具有更好的对比性。a组数据为自动化监测点CX1与人工监测点J1，b组为自动化监测点CX2与人工监测点J2。选用基坑开挖起每间隔约10天的数据进行分析，其中a组数据共计305条数据，b组数据共计285条数据。将自动化累计变化量与人工监测数据对比计算出两者差值，其中可以看出这两组数据在整个基坑开挖期间差值范围。在a组数据中自动化监测与人工监测差值小于1mm占比为45.9%，1mm~3mm占比为34.4%，3mm~5mm占比为13.1%，5mm~7mm占比6.6%。在b组数据中自动化监测与人工监测差值小于1mm占比为31.6%，1mm~3mm占比为49.1%，3mm~5mm占比为10.5%，5mm~7mm占比8.8%。在两组差值中未有超过10mm，综合两组差值数据分析得出小于3mm占比约80%左右，大于3mm约20%。由此得出自动化监测数据与人工监测数据保持高度相符，整体监测成果趋势一致。深层水平位移自动化监测成果可以真实地反映出深基坑围护墙体水平位移的变形情况 。

三、结束语

在深基坑围护墙体深层水平位移自动化监测上具有高效性、高精度、可靠性等优势，大大减少人工成本且可实时获得精准的监测数据，在城市深基坑监测中应用前景较为广泛。实现了深基坑围护墙体变形监测数据自动化采集、处理、发布、预警，实时了解基坑围护墙体的稳定性情况，可及时对施工进行指导，为施工建设提供合理化建议保障深基坑建设的安全。

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