自动化监测技术在深基坑监测中的应用

自动化监测技术在深基坑监测中的应用

厉国庆, 卜瑞祥

江苏省第二地质工程勘察院  江苏 徐州 221004

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，经济在快速发展，社会在不断进步，建设项目基坑施工过程中，开挖卸荷会导致土体应力发生变化，从而使围护结构产生位移，基坑外侧土体和建筑物也会随之出现沉降或是位移动等现象。只有严密监测基坑的变化情况，才能科学合理地规划后期施工的具体开展。在各种高新技术普遍应用的助力下，我国基坑监测技术不断向智能化、自动化方向发展。文章首先介绍了全站仪监测技术、3D激光扫描监测技术和光纤传感监测技术，分别阐述这三种自动化监测技术的应用优势，然后结合具体工程，对自动化监测技术在深基坑监测中的具体应用进行系统性分析，以供同类项目参考。

关键词：自动化监测技术；基坑监测；全站仪；3D激光扫描；光纤传感

引言

随着我国城市化进程的加快，建筑用地的使用率不断提高，建筑深基坑的开挖规模、开挖深度不断加大、加深。深基坑工程属于危险性较大的临时性工程，开挖过程中破坏了周围岩土体的应力平衡，一旦发生坍塌破坏，不仅会对工程建设造成损失，甚至会造成安全事故，因此必须对深基坑进行变形监测，以便掌握深基坑的变化趋势，可以适时地调整施工参数和施工方案，指导工程的信息化施工。同时，应提前制定相应的预防处理措施，一旦发生事故，积极应对，最大程度减少财产损失及人员伤亡。深基坑变形监测精度要求较高，监测数据应能够准确反映基坑的实际情况。本文对深基坑必测项目水平位移、竖向位移的几种监测方法进行分析，并对预防处理措施进行探讨，以便为建筑深基坑监测方法的选择提供参考。

1自动化监测技术概述

自动化监测技术是指由电子信息技术、计算机技术、通信技术和工程监测技术等集成为一体的工程安全监测系统，可以同步完成对工程的远程检测数据采集、数据传输和数据处理分析。现阶段建筑工程施工过程中，自动化监测技术备受相关研究人员注重。首先，自动化监测技术由四个部分组成：数据自动化采集、数据自动化传输和数据自动化管理与数据自动化分析。在实际工程监测过程当中，自动化监测技术的应用完全不需要借助人工的干预就能够实现对工程的自动监测。这样一来不仅有效提高了自动化监测的水平，还能够降低人为干扰因素的发生，从而保障工程的顺利实施。并且，在建筑工程监测中应用自动化监测技术，能够实现24h不间断的安全生产监测。其次，在建筑工程施工过程中，面对人工无法监测的地方，工作人员可以选择利用自动化监测系统，实现对相关作业区域的监测，如此就可以实现对相关数据的自动化采集与自动化传输，从而为工作人员对施工过程中存在的风险问题判定提供数据上的支持。

2自动化监测技术在深基坑监测中的应用

2.1监测基准网的布设与测量

在对深基坑的变形监测基准网进行布置的过程中，一般会布置3个及3个以上的控制点。对其进行布置的过程中，施工人员需要挖高度为1.5m、宽度为1m的浅井，将其底部整平，并使用测量仪器在浅井中进行布置，使用直径相等的钢材对其进行固定，钢材上方可以呈螺旋状，便于与仪器进行连接，下方设置成为十字形。并对浅井浇灌混凝土，进行固定。混凝土的土桩要高出地面1.3m左右，并在顶部设置保护盖，防止螺旋被触动，影响观测结果，建造混凝土墩的主要目的是确保监测仪器可以强制对中，最大限度地提升监测结果的精准性及客观性。水平基准网的测量采用测回法，具体的操作按以下步骤展开。（1）实地考察，确定水平基准网的线路。（2）当全站仪架设在0点上，对中整平后在盘左的情况下照准前进方向的A点置0，记下数据并读取距离，转动仪器到B点并读取记下角度和距离，旋转仪器至盘右状态下对准B点读取并记下角度与距离，接着转动仪器对准A点读取并记下角度和距离，这样为一个测回结束。（3）重复②的操作测得3个测回的数据，并取得此测站角度和距离的平均值。（4）以②和③的步骤对水平基准网的其他测站进行测量，取得各测站的角度和距离数据。（5）对外业数据进行平差，利用已知坐标求得未知基准点的坐标。

2.2 3D激光扫描监测技术

深基坑监测引入自动化监测技术之后，3D激光扫描成为常用技术形式之一。它是通过高速激光扫描测量监测对象，获取监测对象的三维坐标，在此基础上构建监测对象的三维模型。3D激光扫描监测技术的原理基础是激光测距原理，能快速测定规模较大且密集的监测对象的三维坐标。较之测量作业的传统模式，这种先进技术提升了测量精准度和工作效率。3D激光扫描技术的自动化程度很高，它对数据采集和分析的处理速度极快，工作效率大幅度提高，相关信息的动态调整更加方便快捷，便于深基坑监测作业的顺利实施。而且3D激光扫描技术的测量监测不需要接触监测对象，省去了使用反射棱镜等仪器设备的过程。该技术尤其适用于地质条件复杂恶劣的环境监测，在极端环境下也能采集到客观准确的深基坑数据，为深基坑作业过程和质量控制提供有力数据支持。

2.3建筑监测仪器电路设计

针对建筑工程的施工现场进行安全监测时，离不开建筑监测仪器的支持。该仪器能够采集建筑工程施工过程中的相关参数，如建筑电流的有效值和频率以及谐波含量等，然后全面地分析建筑工程中的电压信号和电流信号等，从而对建筑工程施工现场的安全性进行判断。同时，为了实现对该监测设备的功能设计，从其硬件电路设计来看，可以将其分为电压采集电路和电流采集电路等两个部分。其中，针对电流采集电路的设计，文章主要利用全波形采集方式，这样一来可以有效解决建筑工程施工过程中的电流波形混乱等问题，采集电流信号，确保信号的完整性，使建筑工程监测的精确度得到进一步的提高。从产品功能电压采集的电路设计方面来看，面对建筑工程施工过程中存在的电压不稳定现象以及无法自动数据采集的情况，需要利用相关设备对技术进行调整。因此电路的设计能够实现对电压信号的采集，并为建筑工程监测系统的实现奠定基础。

2.4高精度测量机器人

测量机器人在水平位移监测应用中，主要包含半自动监测和全自动监测两种监测模式。半自动监测模式主要分为学习测量与自动测量两部分。学习测量主要通过初试瞄准训练，让测量机器人确定观测点的三维空间位置信息，并对观测点进行照准学习，保存观测行为。自动测量则是通过设定观测时间、观测频率测回数及限差等观测参数，让测量机器人按照第一次学习测量的观测行为自动测量。测量后可通过后处理软件将数据导出，进行计算建立数据模型，得到分析结果。

结语

综上所述，文章先是阐述了自动化监测技术在建筑工程监测中的应用，接着利用工程案例对其实际应用进行了研究，证明了自动化监测技术的应用可以实现对工程施工项目进行实时监测和自动化数据分析处理和自动报警。同时，在工程中自动化监测点位置的合理配置，可以有效避免建筑工程施工时监测中断的情况发生。并且，自动化监测技术的应用可以有效降低建筑工程监测的成本，因此该技术在工程领域的应用具有广泛的发展前景。

参考文献

[1]李卫海,陈丽佳.光纤传感技术下建筑隧道自动化变形监测系统的设计与实现[J].测绘通报,2018(6):135-138,152.

[2]罗静,卢凌燕,任卫波,等.浅析运营期间建筑隧道自动化监测技术[J].测绘与空间地理信息,2016,39(8):204-206.

作者简介：厉国庆（1994），男，汉族，江苏徐州人，大学本科，助理工程师，研究方向：测绘工程和岩土工程。