自動(dòng)化監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在基坑工程中的試驗(yàn)應(yīng)用
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
王美華 許志良 陳峰軍 石江華 程子聰
上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080
摘要：以上海世博央企總部基地工程為背景，介紹了基坑施工中的自動(dòng)化監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的試驗(yàn)應(yīng)用。通過利用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)三級(jí)報(bào)警及各方專家的評(píng)估系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)基坑安全施工和組織搶險(xiǎn)的決策具有良好的輔助作用，進(jìn)一步完善后可在工程中進(jìn)行推廣。
關(guān)鍵詞：基坑工程 自動(dòng)化監(jiān)測 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 軸力 位移 分層沉降
中圖分類號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI: 10.14144/j．cnki.jzsg.2015.10.028
0 引言
城市的快速發(fā)展使得超高層建筑、超大型深基坑不斷涌現(xiàn)。上海世博會(huì)地區(qū)B02、B03地塊涉及多家開發(fā)單位，場地及周邊規(guī)劃道路下將開發(fā)大型地下空間，基坑安全施工關(guān)系到整個(gè)地塊開發(fā)建設(shè)的成敗，而基坑監(jiān)測是基坑安全施工的保證。目前國內(nèi)基坑監(jiān)測方法仍然以人工監(jiān)測為主，這種監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)是投入少，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集及分析效率低，數(shù)據(jù)滯后性嚴(yán)重，不能夠及時(shí)指導(dǎo)基坑工程施工；而自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)有操作安全、工作效率高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯著優(yōu)點(diǎn)。鑒于重大基坑工程對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和及時(shí)性的要求．世博央企總部基地基坑工程進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)及試驗(yàn)應(yīng)用。
1 工程概況
本工程為某央企總部基地基坑工程，位于世博園地塊，東西寬約95 m，南北長約120 m，基坑開挖面積約11 000 m2，地下3層，地下建筑深度為13.50m，開挖深度為15.40 m，地塊屬濱海平原地貌類型。
本工程施工分區(qū)較為復(fù)雜，施工周期很長，施工流程較多且交叉影響。周邊市政管線眾多，且基坑鄰近軌道交通13號(hào)線，環(huán)境保護(hù)要求較高，需嚴(yán)格控制坑邊土體變形，確保周邊地下管線、周邊建（構(gòu)）筑物的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及安全使用。
2 自動(dòng)化監(jiān)測及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
考慮到工程的特殊性，本工程基坑監(jiān)測中引入自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)，為基坑施工提供技術(shù)支持（圖1）。
2.1 自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)
利用Zigbee無線協(xié)議實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集之間的無線連接。傳感器連接端設(shè)置l臺(tái)數(shù)據(jù)采集發(fā)生器，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集接受終端，數(shù)據(jù)采集接受終端再將采集的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)采集接收終端可同時(shí)實(shí)現(xiàn)與多臺(tái)數(shù)據(jù)采集發(fā)生器的聯(lián)系。
2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)是由上海建工集團(tuán)主導(dǎo)研發(fā)的一套集工程項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控和文案上傳下達(dá)于一體的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。現(xiàn)階段每天的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)需技術(shù)人員人工上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
項(xiàng)目部遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)人員根據(jù)當(dāng)天的施工工況和上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)填寫安全評(píng)估報(bào)告。安全評(píng)估報(bào)告內(nèi)容包括當(dāng)天的施工工況、監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳情況、視頻及照片等，并依此填寫綜合評(píng)估報(bào)告和建議措施，項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人查閱安全評(píng)估報(bào)告并依此做出施工決策。
結(jié)合工程風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建立三級(jí)報(bào)警機(jī)制，具體如下：
l)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)人根據(jù)設(shè)計(jì)單位所確定的報(bào)警值判斷是否為三級(jí)報(bào)警。若系三級(jí)報(bào)警，須啟動(dòng)現(xiàn)場應(yīng)急預(yù)案，同時(shí)報(bào)項(xiàng)目部管理人員；
2)項(xiàng)目部管理人員對(duì)上報(bào)的警情進(jìn)行進(jìn)一步了解、分析，選擇以下一種處置方式：結(jié)束報(bào)警、采取措施進(jìn)行處理、將警情升級(jí)為二級(jí)，同時(shí)啟動(dòng)子公司應(yīng)急預(yù)案并上報(bào)子集團(tuán)公司；
3)子集團(tuán)公司對(duì)上報(bào)警情進(jìn)行進(jìn)一步了解、分析，選擇以下一種處置方式：結(jié)束報(bào)警、采取措施進(jìn)行處理、將警情升級(jí)為一級(jí)，同時(shí)啟動(dòng)子集團(tuán)公司應(yīng)急預(yù)案并上報(bào)集團(tuán)總部。子集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)組織專家會(huì)審，形成相應(yīng)方案后（包括搶險(xiǎn)方案）上報(bào)集團(tuán)審批備案，并立即組織相關(guān)人員進(jìn)行搶險(xiǎn)�，F(xiàn)階段集團(tuán)也在積極研發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控專家評(píng)估系統(tǒng)，針對(duì)特殊的項(xiàng)目在系統(tǒng)管理平臺(tái)上組織專家進(jìn)行評(píng)審。
3 監(jiān)測項(xiàng)目布點(diǎn)及自動(dòng)化監(jiān)測方法
本次自動(dòng)化監(jiān)測基于第三方監(jiān)測，設(shè)置了如下相關(guān)的試驗(yàn)點(diǎn)：支撐軸力觀測點(diǎn)3組，坑外土體深層水平位移觀測點(diǎn)1個(gè)，坑外潛水位觀測點(diǎn)1個(gè)，坑外土體分層沉降觀測點(diǎn)1個(gè)。
3.1鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測
根據(jù)鋼筋混凝土受力時(shí)內(nèi)部鋼筋和混凝土協(xié)同變形的原理，計(jì)算整個(gè)支撐（全斷面）應(yīng)力的變化。
ZX-400型智能弦式數(shù)碼鋼筋應(yīng)力計(jì)安裝方式見圖2。
3.2坑外土體深層水平位移監(jiān)測（土體測斜）．
本項(xiàng)目監(jiān)測是用測斜儀自下而上測量預(yù)先埋設(shè)在土體內(nèi)的測斜管的變形情況，以了解基坑開挖施工過程中，與測斜管共同作用的坑外土體在各深度上的水平位移情況。測斜儀具體工作原理如圖3所示。
本項(xiàng)監(jiān)測采用固定式測斜儀。固定式測斜儀將若干個(gè)測斜儀探頭組合上下成串地安裝在同一個(gè)測孔中，各探頭連續(xù)工作，不斷將測得的數(shù)據(jù)通過電纜傳到測孔外。
固定式測斜儀采用了基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，將全部（可多達(dá)幾十個(gè)）固定式測斜儀探頭的數(shù)據(jù)傳到地面。經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)在地面用數(shù)據(jù)采集器采集、存儲(chǔ)，并與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)控。
3.3坑外潛水位監(jiān)測
預(yù)埋水位測管于基坑外的土體內(nèi)，用水位計(jì)測量，了解水位變化。
3.4坑外土體分層沉降監(jiān)測
對(duì)土體分層沉降的監(jiān)測采用與本系統(tǒng)配套的智能數(shù)碼分層沉降計(jì)。分層沉降計(jì)由多個(gè)單點(diǎn)沉降單元與PVC管串接而成。
4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
本基坑共設(shè)3道支撐，基坑第1皮土方開挖開始于2012年1 1月7日，并于2013年2月1日完成基坑大底板澆筑。4.1鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測
不同于傳統(tǒng)方法監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的曲線，較好地反映了支撐軸力的實(shí)時(shí)狀態(tài)。第1道支撐施工過程中軸力的變化范圍基本在-1 500 -+1 000 kN之間（圖4），在第1皮土方開挖時(shí)，支撐軸力變化較大，待第2道支撐完成后支撐軸力有所減��；在挖第3、第4皮土方時(shí)，支撐軸力變化相對(duì)較小。大底板澆筑完成后，監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，但一處數(shù)據(jù)有較大突變，這體現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定現(xiàn)象�；拥�2道支撐軸力監(jiān)測開始于2012年12月6日。第2道支撐軸力的波動(dòng)性較小，并很快趨于穩(wěn)定，波動(dòng)范圍在-7 000 -0 kN之間。基坑第3道支撐軸力監(jiān)測開始于2012年12月25日。相比較前2道支撐，該處的支撐軸力明顯較大，波動(dòng)范圍在-8 000 -0 kN之間。
4.2坑外潛水位監(jiān)測
由自動(dòng)化監(jiān)測方法得到的基坑外潛水位變化曲線如圖5所示。圖中水位變化曲線顯示，與初始潛水位相比，整個(gè)水位的變化介于-300 - +500 mm之間，屬于合理區(qū)間。4.3坑外土體地表沉降監(jiān)測。
由圖6可知，在基坑進(jìn)行土方開挖時(shí)，土體有較大沉降；在基坑開挖完成、底板澆筑完成后，土體沉降基本穩(wěn)定。在沉降數(shù)值方面，最大沉降為35 mm，與傳統(tǒng)方法監(jiān)測數(shù)值相近。
4.4坑外土體水平位移監(jiān)測
截至2013年3月5日，坑外土體的最大水平位移達(dá)到38 mm，最大位移點(diǎn)隨著基坑開挖，逐漸向下移動(dòng)，最大位移值也逐漸趨于穩(wěn)定。這一變化規(guī)律符合理論邏輯。
5 結(jié)語
自動(dòng)化監(jiān)測不受現(xiàn)場條件以及氣候等因素的影響，具有操作安全、工作效率高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯著優(yōu)點(diǎn)，具有很好的開發(fā)潛力與應(yīng)用前景。通過本項(xiàng)目的試驗(yàn)研究可知，自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)是可信并符合邏輯的。但是自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)有突變的情況，這也體現(xiàn)了現(xiàn)階段自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集具有不穩(wěn)定性，同時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測儀器昂貴的價(jià)格也未能使其完全取代人工監(jiān)測。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的建立使項(xiàng)目部管理人員及時(shí)了解工程現(xiàn)場的發(fā)展情況，包括每天的施工工況（文字描述、照片和錄像），各項(xiàng)目監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和曲線，突發(fā)情況的現(xiàn)場預(yù)警（錄像、短信提示）。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)三級(jí)報(bào)警及各方專家評(píng)估系統(tǒng)的建立將對(duì)基坑安全施工和組織搶險(xiǎn)的決策都有著巨大的幫助。
