深基坑自動化監測系統的應用與研究

王智強

（建材天水地質工程勘察院有限公司，甘肅 天水 741000）

0 引言

在建筑行業中，人們更加關注施工的安全性，而深基坑工程作為工程項目中的基礎部分，對工程項目質量有著極大影響，且通常設置在人口密集區域，需要對其進行有效監測。如今，隨著信息時代的到來，自動化檢測系統逐漸完善，使得監測效率和監測質量迅速提高，提升了深基坑工程建設的安全性，對整個建筑行業發展具有重要意義。

1 自動化監測系統研究分析

1.1 自動化監測系統的主要構成

對于數據監測工作，需要通過多角度、多方位進行，不僅囊括了大量的細節，同時在內容上也更加復雜。隨著自動化監測技術的不斷成熟以及有效利用，能夠輕松實現自動監測數據工作的持續性，提高監測數據工作的效率，保持深基坑工程的穩定性，在面對突發情況時能夠進行全面的監測，并在此基礎上提出有針對性的解決措施。同時還能將相關信息及時反饋給施工人員，提高施工人員的安全意識，使深基坑工程的安全屬性得到顯著提升。自動化監測系統構成如圖1所示。

從圖1可以看出，自動化監測系統主要分為3個系統，分別為數據采集系統、數據處理系統以及成果發布系統。其中，數據采集系統利用采集箱或自動全站儀，對施工現場的各種數據進行收集，包括對地下水位高度、錨索內力等。數據處理系統就是對收集到的數據進行分析處理，將各種數據進行分類，對工程的基準點穩定性進行分析，而后進行平差計算。成果發布系統主要是對處理后的數據進行總結，形成不同的數據資源，方便施工人員進行數據查詢和統計分析，同時在面對安全隱患時，能夠及時進行預警預報，以便警惕現場施工人員，降低安全事故出現的概率[1]。

圖1 自動化監測系統構成

1.2 自動化監測系統在深基坑工程中的主要監測手段

在信息時代的影響下，自動化監測系統能夠通過水平位移或者豎向位移的方式進行使用，從而完成對深基坑工程全天候的數據監測。在監測過程中主要從以下兩個方向入手。

內業監測主要依靠自動化軟件，在專業軟件的基礎上建立性能良好的預測系統模型，將自動化成果導入預測系統模型中，使監測數據更為全面，進而完成對深基坑工程安全隱患的分析，并將分析出來的結果及時反饋到自動監測平臺中，而監測平臺會對反饋結果進行自動化處理，然后利用圖文并茂的方式展現出來，便于施工人員能夠直觀地了解清楚。

外業監測是通過多種監測方式進行結合，使自動化監測更具有效率。不僅體現了技術軟件的優勢性，而且能夠通過成果預測模型的方式來開展自動化統計工作。另外，在進行外業監測的過程中，可以應用自動化測斜監測技術，其主要由測斜探頭、數據傳輸設備以及數據系統所構成，安裝時需要注意以下事項：①將測斜探頭安裝在測斜管的上部，使測斜管的水平方向與重力軸之間保持平衡。②當測斜管外觀發生形變時，需要利用探頭對測斜管的傾斜角度進行測量計算，并對偏斜的角度進行分析。③利用數據采集模塊對測斜管的傾斜角度數據進行收集處理，確定最終偏移值后再進行對比，從而實現對深基坑的全面監測。由此可以看出，自動化測斜監測技術的實用性效果較強，監測效果更加全面，成為深基坑監測中的重要手段之一[2]。

1.3 自動化監測系統在深基坑工程中的功能性分析

隨著電子信息技術的不斷發展，深基坑中的監測工作效率得到顯著提升，數據反饋的時效性以及便捷性得到改善，使得監測效果更具優勢。在進行數據發布的過程中，監測人員可以提前安裝具備自動監測系統的移動客戶端，能夠對深基坑的監測情況進行實時觀測，同時對監測平臺傳送至客戶端的監測成果進行有效監測，充分體現了數據發布效率高的特點。

另外，自動監測系統在深基坑工程中具有預警功能，可通過設計面向服務架構（service-oriented architecture,SOA），對該系統進行合理化使用。其中，SOA 架構是一種組件模型，能夠將自動監測系統中的不同功能單元聯系起來，對收集到的監測數據進行綜合分析，并根據分析結果進行有效發布和預警。在發揮預警功能的過程中，監測人員需要細致分析觀測點，有效掌握監測數據，或者提前設置報警閥的數值，當監測數據超出報警閥的數值時，自動監測系統根據自身的特性，及時發出報警指令，提高監測人員的安全隱患意識，并及時采取有效的解決措施，從而規避風險，不僅保障了現場施工人員的安全，而且推動了深基坑工程的順利開展[3]。

1.4 深基坑自動化監測的系統數據采集及數據傳輸分析

深基坑自動化監測系統主要以自動化采集軟件為主，將收集到的數據直接存入Access 數據庫中，并將最終結果顯示在采集界面上，便于施工人員較為直觀地進行分析。當自動監測系統處于停滯的狀態時，被采集的數據將自動保存在自動化采集箱的存儲芯片中，并與計算機相連接，從而實現快速上傳數據的效果。在數據傳輸過程中，施工人員可提前在采集箱內安裝采集模塊和通信模塊，再利用計算機對采集箱進行重新調整，將其固定在電箱周圍，避免對采集箱的收集效果造成不良影響。此外，需要及時處理所采集的數據，或者運用自動化監測設備的物理采集方法，對現場監測設備設定固定的監測頻率，每隔5 h 對數據進行讀取。例如，在天水市某深基坑建設項目中，應用自動化監測系統對現場監測頻率進行了重新調整與設定，并且完整記錄了整個深基坑開挖過程的數據變化，應采集數據多達30 多萬條，數據采集率在98%以上。

2 自動化監測系統在深基坑工程中的具體應用

2.1 工程概況

以天水市某深基坑工程為例，在深基坑工程中應用自動化監測系統時，需要建立一套完整可行的自動化監測方案，實現對深基坑周圍的有效監測，并探索自動化監測系統對其他地區的適用性；不斷積累實踐經驗，對檢測結果進行細致分析，進一步總結深基坑周圍環境條件、支護結構、施工進度以及當地水文條件之間的關系。同時，通過對監測數據的有效分析，實現對深基坑變形的分析及預測，達到動態設計的預期效果，促使該項目工程的平穩、順利開展。

2.2 基準點和監測點設置

首先在基準點設置中，為了加強對深基坑變形現象的監測，需要在深基坑周圍設置不同的全站儀后視基準點，并將各個基準點固定住，每隔一段時間對基準點的穩定性進行檢測，以此保持系統的穩定運行，確保數據的合理性，并正確判斷現場施工環境的狀況，使其處于合理范圍內，對整個工程建設具有推動作用。

其次在設置監測點的過程中，要求施工人員嚴格把控現場的施工環境，仔細分析相關資料以及設計圖紙。在設置監測點時主要從以下兩個方向入手。

2.2.1 土體位移監測

土體位移監測一般是對支護體系土體縱向發生位移的整個過程進行檢測，能夠收集深基坑周圍的地勢地形特點，及時掌握土體動態信息。在設置過程中，需要將測斜管安裝在土體內部，保證測斜管的長度高于測斜孔的深度，并做好密封處理，防止周圍雜物的入侵，提升監測點的穩定性。

2.2.2 應力器設置

當深基坑周圍支護墻縱向荷載程度下降時，將導致實際支撐軸力和實際支護軸力不相符合，容易引發各種安全事故。因此需要高度重視深基坑周圍支護墻的軸力大小，提前設置好應力器，對支護墻軸力大小進行動態監測。其中，應力器需安裝在支護墻的底部，與混凝土支護架保持垂直，防止墻體出現裂縫[4]。

2.3 自動化馬達全站儀技術的應用

自動化馬達全站儀技術又叫測量機器人技術，是將計算機技術與自動化技術相結合所形成的一種自動化測量設備，在深基坑建設中應用具有較強的優勢。自動化馬達全站儀如圖2所示。

圖2 自動化馬達全站儀

從圖2可以看出，自動全站儀主要以馬達為主要驅動，代替了以往的人工操作模式，提高了監測效率。在實際應用中，自動化馬達全站儀可以實現對安全隱患的跟蹤與識別，獲取深基坑深度、三維坐標等相關信息，具有明顯的智能性。而且，其可利用多種不同的測量軟件，提前設置好測量任務，便于監測工作的準確開展，節約時間成本。另外，將測量后的數據與軟件系統進行結合，可代替傳統的人工測量模式，降低了危險性。除此之外，自動全站儀能夠在規定時間內，自動瞄準在變形體中目標棱鏡的頂部，利用光纖傳輸以及無線電通信的方式將數據上傳到監測系統中，再通過監測系統中的處理模塊進行分析處理，進而做出相應的調整，以降低危險事故的概率[5]。

2.4 三維激光掃描儀技術

三維激光掃描儀技術也是自動化監測系統中的新技術，其采取高速激光掃描測量的方法，準確且快速獲取深基坑三維坐標信息，并以此為基礎建立完整的深基坑三維數字模型，不斷豐富了深基坑自動化監測手段內容，推動了深基坑監測工作的順利開展。①能夠快速收集深基坑數據，并利用多種方式對其進行處理，從而達到良好的掃描效果。例如，信息采集功能使自動化監測系統中外企業數據采集手段具有一致性，實現統一協調；重新設置深基坑中的變量信息，對深基坑監測工作的高效運行具有良好的穩定性作用。②三維激光掃描技術具有非接觸性，無須反射棱鏡或接觸深基坑物體表面，即可獲得精確的數據，不僅提高了工作效率和實用性，而且保證了深基坑自動化監測工作的質量，對后續建設產生深遠影響。③三維激光掃描技術具有動態性和及時性，為深基坑各項物體中的檢測工作提供了科學準確的數據依據，利用動態化系統中的信號反射原理，充分發揮自動化監測系統的優勢和特點，從而加強對深基坑工程的動態檢測。

3 結語

綜上所述，本文以天水市某深基坑工程為例，對自動監測系統在深基坑的應用進行分析。隨著信息技術的發展，深基坑開挖技術中的許多難題雖得以解決，但仍需進一步改進，應當提高對自動化監測系統的認知，加強深基坑工程的全面監測，增強其安全性與穩定性，從而確保深基坑工程建設的順利進行。