基坑自動化監測技術的可靠性研究

史文博

摘 要：以基坑自動化監測的主要對象和內容作為切入點，以某深基坑自動化監測項目為例，從監測點布設、數據采集傳輸、數據分析、有限元模擬以及自動化預警等角度對基坑自動化監測方案的設計要求進行了分析，并從系統精度、變形尺度以及水平位移等角度，針對自動化系統可靠性進行了比對，力求為有關項目與工作者提供參考。

關鍵詞：基坑工程；自動化監測；可靠性研究；比對分析

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）05-0076-03

0引言

基坑工程指的是為確保土建工程地下空間結構安全穩定所開展的擋土建設、降水施工、環境保護等一系列系統性工程。由于基坑空間內部環境較為復雜，安全影響因素眾多，給工程安全與施工質量保障帶來了一定的挑戰，亟待采取針對性措施進行管控。相關從業人員應當充分認識到自動化監測技術在基坑施工當中的價值和作用，及時采取措施對自動化監測方案進行規劃設計，對監測技術應用可靠性進行比對分析，促進土建基坑工程的高質量發展。

1基坑自動化監測的主要對象和內容

1.1 圍護結構變形監測

隨著土建工程建設施工規模不斷擴大，危險性較大的深基坑數量日增，圍護結構變形開裂的情況屢見不鮮，給施工安全帶來了嚴重威脅。基坑支護結構的變形形態主要可分為水平變形與豎向變形兩種。運用基坑自動化監測技術，能夠讓技術人員更加及時有效地掌握圍護結構兩方向所產生的變形情況，進而采取相應的工程措施進行處理和優化，為保障工程建設安全提供支持。

1.2 地表沉降監測

基坑開挖與地下工程建設施工過程當中，其內部受力結構往往會產生一定的改變，地下結構對地表土體的承載能力也不斷下降，進而可能會引發地表沉降現象，威脅土建工程安全。因此，在進行基坑自動化監測工作時，應針對地表沉降現象進行準確量測，明確不同監測點位在不同監測周期當中所呈現的高差，經過比對分析，確定目標現場出現的地表沉降狀態。

1.3 支撐軸力監測

支撐軸力主要指的是基坑空間內部作用在支護與圍護結構上的，沿其長度方向的拉伸或壓縮力，是檢測結構變形的另一項關鍵性指標[1]。在針對基坑自動化監測方案進行設計與規劃時，相關技術團隊應當按照國家相關標準化要求做好基坑內部支撐軸力的監測工作，明確鋼筋上的應力變化情況以及溫度因素、結構截面積因素對鋼筋支撐軸力所產生的影響。

1.4 水平位移監測

在進行基坑自動化監測方案的設計與規劃過程當中，相關技術人員應當依托滑動式或固定式測斜儀，對目標對象在水平方向上的位移情況進行有效監測。將監測數據向中樞管理計算機進行回報與反饋，可讓技術人員能夠借助自動化監測系統更加直觀地掌握不同監測點位上傾斜角所發生的變化情況，提升水平位移監測準確性與可靠性。

1.5 地下水位監測

在土建基坑工程的建設與施工過程中，地下水一方面會導致坡體穩定性不斷下降，使基坑內部結構變形的風險不斷擴大，另一方面還可能會受土層滲透因素的影響導致土層強度發生變化，給建筑工程基坑施工帶來一定風險。

2基坑自動化監測方案設計

2.1 工程概況

本文以我國東南沿海地區某文體中心深基坑監測項目為例進行分析和研究。案例項目用地面積為5 460 m2，建筑總面積為23 100 m2，在施工規劃與建設過程當中，將基坑面積設定為3 600 m2，基坑開挖深度設定為9.65～13.25 m。

通過對施工現場進行勘查后發現，案例項目地下水形態主要涵蓋了孔隙潛水與孔隙承壓水兩種主要類型，受季節性影響較為顯著，夏季水位明顯低于冬季水位。此外，從基坑支護結構來看，選用了水泥攪拌樁聯合鋼筋混凝土相結合的雙層支護系統，力求保障基坑內部施工安全與施工穩定性。

2.2 監測點布設與頻次設定

2.2.1 土體深層位移監控

在針對基坑土層位移進行監測點位布置的過程當中，基于圖紙要求以及土層結構情況在土層內部預埋土體深層位移監測孔。同時采用專用PVC測斜管針對土層內部發生的側向位移以及水平位移現象進行及時監控[2]。在測斜管埋設過程當中，技術團隊應當關注到孔位周邊空隙對最終監測結果產生的影響，并采用砂石材料對測斜管空隙進行回填，使測斜管在監測孔位內部的狀態更加穩定，提升自動化監測效果。

2.2.2 地下水位變化監控

在針對地下水位監測點進行布設的過程中，技術人員結合案例工程現場實際情況針對水位深度層次進行了劃分，并結合圖紙要求對水位自動化測點進行了布設，并采用相應記號進行了標記，使水位數據能夠基于水位管及時進行回傳，以反映出基坑工程施工過程中不同層次地下水位的變化情況。

2.2.3 支撐軸力自動監測

在針對支撐軸力監測點進行布設時，由于其監測對象往往具備一定的剛性，因此最終獲取到的監測數據以及監測結果往往會產生相互影響，因此技術人員應當針對自動化監測點位的溫度情況以及受力情況進行更加細致的分析，減少關聯性數據對自動化監測精度造成的沖擊。

2.2.4監測周期與頻率設定

基坑工程流程較為復雜，影響工程進程和安全性的要素較為眾多，因此技術人員應當在開挖流程、底板澆筑流程、支撐拆除流程以及回填流程時，設定差異化的監測周期以及監測頻率，保障基坑自動化監測活動的順利進行，避免對施工進程造成負面影響。

2.3 數據采集與傳輸

相較于傳統的人工監測模式而言，基坑工程自動化監測技術有效加快了監測工作效率，提升了監測活動的準確性與可靠性，相關技術團隊應充分加強對數據采集與傳輸工作的關注程度，使基坑相關數據信息的反饋更加全面完善[3]。

2.3.1 傳感器選型與布置

為適應自動化監測模式的特性與要求，選用傳感器網絡針對基坑空間內部信息數據進行采集，在選擇傳感設備的過程當中，技術人員應當關注設備的量程、靈敏度等性能要求，進而使鋼筋軸力、基坑斜度等指標數據得到直觀測量和展現。

2.3.2 無線傳輸網絡建設

在本次基坑工程自動化監測項目的數據傳輸網絡建設過程當中，通過無線組網架構的優化設計，能夠減少網絡系統當中某一模塊故障給其他功能模塊產生的影響，使監測設備能夠及時按照閾值設定發送報警信號，使技術人員能夠直觀感知到基坑空間內部所產生的突發事件并能夠及時采取措施進行處理，減少基坑安全風險帶來的損失和威脅。

2.3.3 監測噪聲處理

設計人員在針對采集與傳輸模塊進行開發的過程中，應當做好數據信息噪聲的辨識和處理，針對自動化監測系統反饋回傳的數據信息地址、頻率等關鍵性指標進行比對和辨認，從而及時掌握數據信息可靠性狀態，為數據噪聲處理提供支持。

2.4 監測數據分析

2.4.1 數據格式轉換

受基坑自動化監測項目、傳感設備基準值設定等相關因素的影響，導致最終反饋回的基坑數據信息可能與基坑內部空間實際情況之間產生一定脫節[4]。因此在進行數據分析工作前，技術團隊應結合基坑土層位移、地表沉降、地下水位變化等相關項目參數特點以及傳感器設備基準值設定情況進行數據轉換處理，使相關數據信息能夠較為準確地反映基坑自動化監測工作的目標和對象，從而掌握基坑建設與施工過程中上述指標數據的變化走向以及變化趨勢，滿足監測分析要求。

2.4.2 遺漏數據插補

在數據處理與分析的過程當中，需要結合實際對遺漏數據進行及時插補，進而提升基坑自動化監測數據的參考價值。一般來說，在自動化監測數據的插補過程當中，常用的插補方法主要包括線性內插法、拉格朗日插值法、均值替換法等，在本次研究過程當中采用了線性內插法開展相關處理工作。

2.4.3 異常數據捕捉

在開展自動化監測工作的過程當中，可能會產生一定的異常數據對數據處理結果造成影響。技術人員應當結合基坑工程開展實際情況針對傳感器網絡反饋的異常數據進行跟蹤分析，明確異常數據的特征與類別，并深入現場掌握異常數據的產生原因，使基坑施工過程中的安全系數得到更加充分的保障。

2.5 有限元數值模擬

土建工程當中的基坑施工規模較大，影響要素較為眾多，因此常規的現場實驗方法難以有效施展，技術人員可采用有限元數值模擬的方式，針對采集到的數據信息進行分析。目前，土建工程基坑施工有限元模擬領域常用的工具包括MIDAS GTS模型等。通過有限元模擬，能夠將基坑土層當中不同巖土類別的性能指標錄入三維模型當中，使模型能夠形成位移云圖、結構彎矩圖等直觀圖像，讓技術人員以及施工團隊能夠從不同的周期角度，對基坑內部相關數據的變化情況進行分析和驗證，從而掌握自動化監測數據的準確性以及基坑工程的安全性[5]。

2.6 自動化預警管理

項目技術團隊在針對基坑自動化監測系統進行開發和應用的同時，還應當引進智能預警相關功能，在展開現場監測工作之前，針對自動化監測系統中樞計算機進行設定。需結合基坑環境實際情況以及土建工程相關建設要求，對基坑位移、結構變形、地下水水位變化等關鍵性指標的閾值進行設定，待自動化監測以及數據處理完成后，將預設閾值與實際監測結果進行相互比對，使技術人員能夠明確掌握基坑內部空間的相關狀態，直觀了解到基坑工程當中風險產生概率，進而做出更加準確有效的判斷。基坑自動化監測參數預警值見表1所示。

3自動化監測系統可靠性分析和驗證

3.1 監測系統精度分析

在針對監測系統精度進行分析的過程當中，技術人員可分別基于監測設備位置、監測目標位置以及監測角度等相關參數建立三維坐標系，并依托坐標系針對監測點位的測量精度進行計算和分析，同時將其與自動化監測系統的反饋數據進行比對，從而掌握系統精度狀況，明確基坑自動化監測體系可靠性。

3.2 變形尺度可靠性分析

在開展土建工程基坑施工自動化監測過程當中，其周邊環境要素的變化幅度往往較小，因此可選取自動監測系統當中的代表性點位與人工監測點位數據進行比對研究，從而明確二者之間的差異情況，并針對監測系統可靠性做出相對應分析。如圖1所示，在本次研究過程當中能夠發現，相較于傳統人工監測方法而言，基坑自動化監測技術精度更高，誤差更小，反饋數據具備較強的可靠性，能夠作為基坑施工的依據與參考。

3.3 水平位移可靠性分析

在水平位移可靠性分析的過程中，同樣也可選取代表性點位針對人工監測結果與自動監測結果進行比對，并針對相關數據進行離散分析，其中，人工監測所得數據離散性較大，相關曲線波動幅度較為明顯，自動化監測技術所得數據離散性較小，分布較為密集，測量穩定性更高，整體可靠性較好。

4結束語

在現階段的基坑施工建設過程當中，加強基坑施工參數監測對保障施工質量與施工安全具有重要意義。有關技術團隊與施工單位應當強化對自動化監測技術的引進與應用，使基坑工程的建設發展更加安全穩定。

參考文獻

[1] 孫澤信，段舉舉.某深基坑工程全自動化監測技術的應用[J].勘察科學技術，2022（3）：52-56.

[2] 王智強.深基坑自動化監測系統的應用與研究[J].低碳世界， 2022，12（8）：190-192.

[3] 王磊.自動化監測技術在深基坑監測中的應用[J].工程技術研究，2022，7（24）：190-192.

[4] 張家煒.非接觸式自動化基坑變形監測技術研究[J].四川建材，2022，48（5）：69-70.

[5] 劉思波.自動化監測在深圳某大廈基坑支護工程中的應用[J].廣東土木與建筑，2022，29（2）：17-19.