自動化監測在城市深大基坑監測工程中的應用研究

逯煥波，陳昌師，劉俊生

（南京市測繪勘察研究院股份有限公司，南京210019）

1 引言

如今城市發展對地下空間的利用越來越多，基坑工程的安全進行面臨著越來越大的挑戰。基坑監測數據作為基坑工程的“體溫表”，可以反映基坑的安全或者隱患狀態。傳統的基坑監測呈現低端勞務、數據不準確、反饋不及時等特點，已不能滿足目前深大基坑施工監測的要求[1]。近年來，伴隨著計算機及網絡技術的發展，自動化監測技術產生并開始應用到工程實際。自動化監測技術具有誤差小、人力成本低、反饋及時等優點，因此，引起了越來越多的關注[2]。某文研究了本公司自動化監測系統在南京某深大基坑利用的可能性，對過程中遇到的問題進行了總結探討，對加快基坑自動化監測系統的優化完善具有重要的指導作用。

2 自動化系統的組成

2.1 無線傳輸裝置

該自動機監測系統采用ACS04100 GPRS DTU 低功耗GPRS 無線傳輸裝置。該裝置可以在遠程遙測終端和數據中心之間建立透明傳輸通道，實現二者之間的數據交換。

2.2 數據采集裝置

該自動化監測系統采用NWA3711 型數字量式無線采集適配器，該設備是一種采用ZIGBEE@DIGIMESH 無線通信技術的智能化無線數據采集裝置，是一款集信號采集和無線傳輸一體化的測量裝置，該裝置可與無線通信管理單元和其他類型無線采集裝置方便地構建無線自動化測量系統。

2.3 數據處理系統

該監測系統數據處理采用DSIMS 4.0 安全信息管理系統，其支持數據庫SQL Server 和Oracle 11。DSIMS 4.0 安全信息管理系統能完成系統資源的創建、使用、修改、刪除，可以定制模板輸出、條件過濾輸出及輸出風格，可以完成數據的整理和輸出，離線分析系統的建模、分析評估和人工巡查信息查詢。

3 監測項目及設備安裝

3.1 周邊建筑物沉降

周邊建筑沉降監測采用NYC3000 型液壓沉降儀測量，該裝置主要由液壓沉降測量傳感器、儲液罐、Φ8mm 通液管、Φ8mm 通氣管、干燥管、采集模塊組成。傳感器內置高精度微壓傳感器，通過測量被監測點相對于儲液罐或基準點的壓力變化來獲取被監測點的沉降或抬升。測量數據可通過GPRS通信技術上傳至數據庫，供實時查看。

3.2 深層土體水平位移

深層土體水平位移的監測采用NJX1 型串聯桿式固定測斜儀。該測斜儀通過串聯的方式安裝在測斜管內，每支儀器隨監測對象產生的相對傾斜，由儀器內的測斜敏感元件感應傾斜變化，輸出與傾斜變化相對應的信號，通過換算計算出處儀器兩端的相對位移，再累加得出總的位移量和沿管軸線整個孔位的變化情況。每個測斜孔對應一個數據采集模塊，可將監測數據及時上傳至數據庫。

3.3 坑外地下水位

坑外地下水位監測采用MAS-KY 型振弦式水壓計。安裝時將水位計傳感器固定在觀測井里，標記好初始高程并進行現場調試。現場各個水位計測量數據會無線傳輸至現場固定中繼站，然后通過GPRS 技術發送至總數據庫供后臺查看。

3.4 支撐軸力

支撐軸力的監測元件同傳統人工監測一樣，采用GJJ 型振弦式鋼筋計。不同于傳統的采用測讀儀讀取，自動化軸力監測只需將引出的導線連接至數據采集箱，采集到的數據便可實時發送至服務器供分析使用。可根據實際情況在基坑不同位置設置多個數據采集箱。

4 監測過程中面臨問題

該自動化監測系統正在運行，與此同時，對一些監測項目采取了人工測量，目前通過對比二者監測數據，得出該自動化監測系統可以運用到城市深大基坑監測過程中。但在該監測系統實施整個過程中遇到了一些問題，在此總結并做簡單分析，今后需要做進一步的研究探討。

1）在采用液壓式沉降儀監測房屋沉降時，聯通水管一般采用的是蒸餾水，這樣可以減少氣泡的產生，降低誤差。但是冬季室外溫度較低，蒸餾水會結冰，直接影響監測數據的正確性。雖然可以選取硅油或者加入防凍液的蒸餾水解決該情況，但是對于不同密度的液體在成果計算時就要考慮參數的設置，此外測量的精度、誤差也會因此受到影響。對此，今后還需做進一步的研究。

2）在基坑自動化監測項目中，由于固定式測斜成本太高，深層土體水平位移監測很難實現全部自動化。此外，基坑工程場地復雜程度不一，作業環境較差，自動化監測系統并不一定可以覆蓋所有的監測項目，即自動化監測要考慮到監測重點難點及監測元件安裝的可行性，在一些工程中往往需要以自動化監測為主，人工監測為輔。

3）自動化監測系統數據處理模塊、無線傳輸設施及一些傳感器在項目結束后可回收繼續使用。但是如果在監測過程中不加以保護，運行設備受到破壞，一方面會影響當時監測數據的準確性，另一方面也會影響其使用壽命及質量。因此，為了盡可能地降低自動化監測的成本，提高自動化監測的連續性，要做好自動化監測系統硬件設備的保護，增加設備維護的人員投入，項目結束要及時完成設備的回收檢修。

5 結論及展望

1）該自動化監測系統由傳感器元件、數據采集模塊、數據傳輸模塊、數據庫及用戶服務平臺組成，可以在深大基坑監測中實現對建筑物沉降、支撐軸力、地下水位、深層土體水平位移及時有效的監測，節省了大量人工成本，具有可視化和集成化等優點。

2）伴隨著5G 時代的來臨，大數據、人工智能等技術會被逐漸應用到工程監測中。目前，建立在BIM、InSAR、3D 激光掃描、AI 等技術方面的監測手段會逐漸優化完善并實現在工程中的廣泛使用，因此，基坑監測未來面對著無限的機遇，需要對各行各業的技術資源進行整合，為實現基坑監測的智能化貢獻力量。