李軍偉

（湖南省工程勘察院，湖南 婁底 417000）

隨著我國(guó)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)逐步發(fā)展和完善，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)大部分的深基坑監(jiān)控項(xiàng)目中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這種自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效克服基坑監(jiān)測(cè)中的各種不良因素，可以高效穩(wěn)定地對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)。比手動(dòng)化的測(cè)量工作具有極其巨大的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前我國(guó)基坑工程自動(dòng)化監(jiān)控的管理規(guī)范還很不明確，對(duì)于深水區(qū)的基坑工程監(jiān)控則缺少一套相關(guān)指導(dǎo)與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過實(shí)踐和應(yīng)用研究分析來(lái)論證一套自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)深部基坑監(jiān)控工程中的安全可靠性是十分必要和積極的。

1 深基坑的概述

深基坑施工非常常見，主要是指施工深度在5m或5m以上，或者雖然深度未達(dá)到5m但是施工環(huán)境極為復(fù)雜的工程。由于環(huán)境的復(fù)雜性，因此在發(fā)展過程中必然會(huì)遇到深基坑施工。

施工質(zhì)量和深基坑施工安全性直接影響施工效果。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)深基坑工程的安全監(jiān)測(cè)和項(xiàng)目管理，促進(jìn)環(huán)境中深基坑工程的施工，避免發(fā)生安全相關(guān)的緊急情況，并有效改善深基坑工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平[1]。

2 深基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的分類與方向

2.1 深基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的構(gòu)成要素

深基坑自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大體上可分為3個(gè)部分：即數(shù)據(jù)處理與發(fā)布、數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)等，其中數(shù)據(jù)采集部分還可詳細(xì)分為自動(dòng)全站儀采集、數(shù)字控制2個(gè)系統(tǒng)。自動(dòng)全站儀借助采集與測(cè)量機(jī)器人，監(jiān)測(cè)基坑施工區(qū)域的水平位移和垂直位移情況，同時(shí)對(duì)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效采集。現(xiàn)階段，我國(guó)的大部分工程施工所用的檢測(cè)站使用的是“全站儀軟件+4D”的監(jiān)控測(cè)量，這種監(jiān)測(cè)站體現(xiàn)出了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集功能，同時(shí)還配有特殊的數(shù)據(jù)信息收集箱，在監(jiān)測(cè)軟件的輔助下，從基坑收集到的區(qū)域水平位移相關(guān)信息，將獲取到的信息轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫(kù)，有效地保證了基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中心與前端觀測(cè)站能夠同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

2.2 基坑支護(hù)體系自動(dòng)化監(jiān)測(cè)體系研究

基坑工程如果變形過大或者失穩(wěn)，會(huì)導(dǎo)致周邊環(huán)境和設(shè)施的沉陷、開裂、破壞，造成非常嚴(yán)重的問題。為保證基坑的穩(wěn)定，基坑工程需進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)工作。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)為人工監(jiān)測(cè)，工作量大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，報(bào)警不及時(shí)?；幼詣?dòng)化監(jiān)測(cè)可解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)問題。

基坑支護(hù)系統(tǒng)作為對(duì)深基坑進(jìn)行工程暫時(shí)性保護(hù)的重要措施，其所采取的是利用密集點(diǎn)式和分布式的光纖傳感器技術(shù)，來(lái)對(duì)深基坑進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。一般而言，基坑的支護(hù)工程就是由于地面上部向下打開一個(gè)區(qū)域的地下空間，然后在較深基坑四周建立一個(gè)豎向的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，用于支撐區(qū)域的空間結(jié)構(gòu)與對(duì)保護(hù)較深的基坑進(jìn)行工程操作。圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常指的是在開挖平面基礎(chǔ)下方或帶有一定的插入范圍深度的鋼筋板（樁）砌筑墻。板（樁）砌筑墻體主要采用懸臂、單撐、多跨或不連續(xù)的方法。支撐結(jié)構(gòu)主要是為了盡量減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形，控制圍護(hù)墻體的轉(zhuǎn)角和彎矩；它被劃分為主要的內(nèi)撐和外錨。

2.3 光綏傳感自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的進(jìn)步創(chuàng)新

深基坑監(jiān)控技術(shù)是利用光纖傳感器信號(hào)的靈敏度和精確性，對(duì)深基坑工程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種這類問題做好數(shù)據(jù)采集與反饋，在目前我國(guó)工程施工應(yīng)用中已經(jīng)初步發(fā)展形成了相當(dāng)大的范圍。然而在技術(shù)的核心上仍然有可能還是存在著深基坑光纖材料的性能和穩(wěn)定性缺陷、精度和準(zhǔn)確率仍然會(huì)有誤差等方面的問題，這些都需要我們?cè)趯?shí)際深基坑工程的應(yīng)用中獲取更多的理論和實(shí)踐，用于形成有關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行技術(shù)上的優(yōu)化。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化處理的技術(shù)特點(diǎn)

監(jiān)控分析數(shù)據(jù)的采集可視化分析技術(shù)的迅速出現(xiàn)和不斷發(fā)展，在很大程度上已經(jīng)改善了由于我國(guó)目前現(xiàn)有的傳統(tǒng)監(jiān)控分析手段僅僅是能夠直接形成簡(jiǎn)單的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析表格和其他的發(fā)展趨勢(shì)曲線。它指的是一個(gè)一種可以把獨(dú)立多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（孔）之間因子進(jìn)行相互變換串聯(lián)，構(gòu)建多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（或孔洞）的不受平面、空間、時(shí)刻、工況等各種不同綜合因素影響監(jiān)測(cè)因子的新型五維雙向變換立體監(jiān)測(cè)模型。這種工程監(jiān)控分析方式更加直觀地準(zhǔn)確揭露了深圳淺基坑一期工程的項(xiàng)目總體發(fā)展運(yùn)營(yíng)及其總體建設(shè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，也有效率地克服了由于目前傳統(tǒng)的人工信息監(jiān)控所使用導(dǎo)致的各類建筑監(jiān)控工程信息的數(shù)據(jù)碎片化、零散性等技術(shù)缺陷，有效地大大提高了各類工程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息采集和處理分析的監(jiān)控技術(shù)水平及運(yùn)營(yíng)管理效率，為推進(jìn)深基坑一期工程項(xiàng)目的總體建設(shè)及其發(fā)展運(yùn)營(yíng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)根基。深層探測(cè)基坑內(nèi)部隧道自動(dòng)化探測(cè)監(jiān)控的技術(shù)分類和發(fā)展方向。

3 監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)其功能主要是收集有關(guān)深基坑深水平位移的數(shù)據(jù)和有關(guān)深基坑地下水水位的數(shù)據(jù)，隨后將所有收集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，以便監(jiān)測(cè)站和數(shù)據(jù)處理中心可以同時(shí)監(jiān)測(cè)深基坑。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)基本上是通過組織、分類、處理和計(jì)算所有采集到的數(shù)據(jù)，然后把所有被處理的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。結(jié)果報(bào)告系統(tǒng)的功能主要有：數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、視頻資料管理、分析和統(tǒng)計(jì)以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和預(yù)測(cè)。結(jié)果報(bào)告系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢功能可以調(diào)出數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)查詢和計(jì)算深基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其他功能在深基坑現(xiàn)場(chǎng)的安全監(jiān)測(cè)和管理中也起著重要作用[2]。

在電子信息技術(shù)的輔助下，深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋更加準(zhǔn)時(shí)。另外自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具備預(yù)警功能，通過設(shè)計(jì)SOA架構(gòu)，達(dá)到深基坑在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)成果的發(fā)布與預(yù)警，具體包含了在線數(shù)據(jù)分析與在線數(shù)據(jù)查詢，以及報(bào)警設(shè)置，以掌握監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部數(shù)據(jù)，工作人員可預(yù)先設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)接近報(bào)警閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)，提醒工作人員及時(shí)處理工程施工中深基坑出現(xiàn)的問題，最大限度地控制風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前，隨著我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快速度和人民生活質(zhì)量水平不斷穩(wěn)步提高，基坑工程建設(shè)及其施工工程項(xiàng)目的建設(shè)數(shù)量也在不斷擴(kuò)大，面積和深度也在增加，施工的復(fù)雜性也在增加。在深基坑的施工中，監(jiān)測(cè)深基坑的安全非常重要。

4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)中的可靠性分析

4.1 全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度分析

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用trimble監(jiān)控點(diǎn)s8全站儀，該全站儀現(xiàn)在已經(jīng)安裝在所需要的觀察臺(tái)上，并且采用極坐標(biāo)法的全圓觀察法進(jìn)行單測(cè)站。要想準(zhǔn)確地分析一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體精度，需要對(duì)平面進(jìn)行整體精度的分析。將該儀器安裝在所需要的觀察臺(tái)上，可以完全忽略調(diào)節(jié)誤差。假設(shè)原點(diǎn)為o，觀察點(diǎn)p，測(cè)水平角為s，垂直角β和傾斜的距離為s，從中我們可以通過計(jì)算得出需要進(jìn)行測(cè)量的p點(diǎn)的3d坐標(biāo)。計(jì)算公式（1）如下：

Xp=S cosα cosβ

圖1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

Yp=S sinα cosβ

Zp=S sinβ

根據(jù)公式（1)，假定水平距離OP為監(jiān)測(cè)點(diǎn)D監(jiān)測(cè)點(diǎn)=S cosβ，找到觀測(cè)值α、β、S的全微分并將其轉(zhuǎn)換為中誤差。

通過進(jìn)行matlabc的編程，對(duì)監(jiān)控全站儀器和測(cè)量管理系統(tǒng)的各個(gè)精度因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究其中的精度平面測(cè)量精度和垂直高程測(cè)量精度、豎直測(cè)量角度因素值以及其中的邊長(zhǎng)測(cè)量角度因素值之間的相互關(guān)系。

4.2 基于尺度變形的可靠性分析

由于監(jiān)測(cè)基坑的水和周圍環(huán)境沒有可能發(fā)生重大的氣候變化，我們僅僅可以直接確定兩次自動(dòng)測(cè)量的整個(gè)過程：中所有兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)都絕對(duì)是穩(wěn)定的，則這兩點(diǎn)之間的絕對(duì)測(cè)量距離也是絕對(duì)相等的。選取4個(gè)主要監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)的中心坐標(biāo)，兩兩進(jìn)行分析計(jì)算各個(gè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)之間的絕對(duì)精度距離誤差值，分析驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化的可靠度。

通過人工計(jì)算數(shù)據(jù)分析測(cè)量結(jié)果顯示，自動(dòng)化人工監(jiān)控的數(shù)據(jù)測(cè)量處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)和采用傳統(tǒng)人工遠(yuǎn)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)測(cè)量處理數(shù)據(jù)之間與互相比的測(cè)量差異很大，而且其數(shù)據(jù)變化變動(dòng)幅度較小，測(cè)量的處理數(shù)據(jù)也相對(duì)比較穩(wěn)定，這就充分說明了采用自動(dòng)化人工監(jiān)控的數(shù)據(jù)測(cè)量處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)具備了安全足夠的測(cè)量準(zhǔn)確性和可靠。

5 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)深基坑監(jiān)測(cè)實(shí)例

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，可將測(cè)量工作人員從繁重的工作中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了深基坑監(jiān)測(cè)的高精度、自動(dòng)化，與此同時(shí)也將深基坑監(jiān)測(cè)的時(shí)效性提升了一大截，更有利于將基坑變形預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析、信息反饋等功能集合于一體。在現(xiàn)代工程施工中可以準(zhǔn)確地提供基坑監(jiān)測(cè)相關(guān)信息[3]。本文選用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)作業(yè)中更加便捷，監(jiān)測(cè)前可設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)位置選用增設(shè)保護(hù)罩的螺絲基座加小棱鏡，工程施工中基坑變化情況自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理，這種作業(yè)方式在大大縮減了工作量的同時(shí)，也可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，此種監(jiān)測(cè)手段也可以作為在測(cè)斜管遭到破壞后的一種備用方式，深基坑自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使測(cè)量機(jī)器人的自動(dòng)監(jiān)測(cè)從操作環(huán)境簡(jiǎn)單區(qū)域向復(fù)雜環(huán)境監(jiān)測(cè)中轉(zhuǎn)變[4]。

在某工程施工項(xiàng)目的深基坑監(jiān)測(cè)中采用該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該項(xiàng)目位于人口稠密的地區(qū)，環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的手動(dòng)監(jiān)測(cè)很困難。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在施工項(xiàng)目的頂部，根據(jù)需要建造一個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)，可防止建筑環(huán)境阻擋棱鏡。監(jiān)測(cè)點(diǎn)L形棱鏡位于凹坑頂部，作為觀察點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)之間的距離約為15m，總共有20個(gè)。經(jīng)過連續(xù)30期監(jiān)測(cè)得出結(jié)果。

可以通過計(jì)算得出p控制點(diǎn)的平面精度，并且不可能超過±0.8471監(jiān)測(cè)點(diǎn)mm。計(jì)算結(jié)果表明，在野外觀察條件下，平面控制的觀察精度要比二次變形時(shí)控制位移所需要優(yōu)越，觀察中心誤差約為±3.0。手動(dòng)測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)差較大，相鄰點(diǎn)之間的偏移差大于自動(dòng)測(cè)量的點(diǎn)差。最大偏移量1.5毫米。自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)很小。手動(dòng)測(cè)量的頻率波動(dòng)更加明顯，并且所測(cè)數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)的精度。經(jīng)過相應(yīng)的比較和分析，我們可以得出結(jié)論，在進(jìn)行監(jiān)控水平位移時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)的穩(wěn)定度要比傳統(tǒng)的手動(dòng)檢測(cè)具有更高的穩(wěn)定度。因此，自動(dòng)可靠度控制條件下的各種需要都是可以滿足的要求。

6 在深基坑監(jiān)測(cè)中使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的策略研究

（1）構(gòu)建和改進(jìn)用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)深基坑的集成管理平臺(tái)：集成管理平臺(tái)可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)深基坑工程的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，例如應(yīng)力、坡度、位移、水位、軸向力等，以收集有關(guān)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)警和自動(dòng)警報(bào)處理以及項(xiàng)目安全的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，最后生成具有查詢功能的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告，從而節(jié)省在深基坑設(shè)計(jì)的成本，提高了工作效率和管理水平，并有助于有效改善深基坑的技術(shù)和水平監(jiān)測(cè)[5]。

（2）部署自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：在監(jiān)測(cè)深基坑工程時(shí)，可以結(jié)合深基坑的特殊情況使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并可以設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)深層水平位移并控制深基坑中的地下水位。并將所有收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)管理中心。使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以完全保留所有原始收集的數(shù)據(jù)，從而有效地提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）通過深基坑監(jiān)測(cè)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)：自動(dòng)處理通常使用Trimble4D軟件，該軟件可以自動(dòng)更正收集到的數(shù)據(jù)中的一些嚴(yán)重錯(cuò)誤，然后更正。同時(shí)，在采集監(jiān)測(cè)資料時(shí)，應(yīng)該使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將所有監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了自動(dòng)分類與組織，并對(duì)各個(gè)階段所有采集到的監(jiān)測(cè)資料都進(jìn)行了預(yù)處理，提高了監(jiān)測(cè)資料自動(dòng)化處理的工作效率和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

（4）發(fā)布監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的在線發(fā)布是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要功能，可以提供在線預(yù)警，還可以發(fā)布包含動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的地圖或可視化地圖，以確保深基坑的安全施工。

7 結(jié)語(yǔ)

為了有效地提高深基坑各種工程監(jiān)測(cè)的工作效率，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析，處理和發(fā)布深深基坑各種工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果，其安全和可靠性都是為了滿足實(shí)際工程監(jiān)測(cè)的要求，并且可以有效地提高工程監(jiān)測(cè)質(zhì)量，保證深基坑的施工安全。