深基坑自动化监测工艺

深基坑自动化监测工艺我干岩土工程一线监测快十个年头了，这几年眼看着城市里超高层越盖越多，地铁线路、地下商圈、城市综合管廊的开发越挖越深，十几米甚至二三十米的深基坑早就成了工程界的常态。早些年我们全靠人工扛着仪器天天往基坑边跑，不光风吹日晒累得慌，边坡滑塌风险高的时候，人工进场测数据真的是提着胆子干活，遇到暴雨大雪天路滑难走，还没法按时监测，好几次因为没及时捕捉到变形增量差点出大事。后来深基坑自动化监测工艺慢慢普及开，说实话这玩意儿真的是既解放了我们一线人，又给整个工程的安全上了一道实打实的大锁。今天我就从一个从业者的角度，把深基坑自动化监测工艺从作用到流程再到实际经验梳理清楚，给刚入行的朋友和工程建设方做个参考。1深基坑自动化监测工艺的核心作用与适用场景清楚了工艺应用的大背景，我们首先要明确，这套工艺到底能解决什么问题，又适合用在哪些地方，不能不管什么基坑都往上套，白花冤枉钱。1.1工艺的核心作用和传统人工监测比起来，深基坑自动化监测的核心优势，总结下来就是四个方面。第一是实时连续监测，传统人工一般三五天甚至一周才测一次，数据间隔大，要是基坑变形突然加快，根本抓不住变形发展的过程，而自动化监测可以24小时不间断采集数据，变形哪怕一毫米的变化都能精准记录下来。我早年在城郊一个住宅项目碰到过险情，半夜基坑侧壁受地下水渗透突然变形加速，系统凌晨两点就给项目所有负责人发了预警，我们赶过来及时叫停开挖疏散了工人，要是等第二天人工进场测，后果真的不敢想。第二是降低人工作业风险，深基坑开挖本身就是高危作业，新开挖的边坡稳定性差，雨天过后还有滑坡坍塌的风险，自动化装完之后不用人天天往危险区跑，大大降低了一线人员出事的概率。第三是数据精度高，人为误差小，人工测的时候，仪器摆放、读数都会有误差，自动化传感器固定好之后，每次采集都是标准化操作，数据一致性和准确性都比人工好太多，还能自动整理生成报表，省了我们大把整理数据画表格的时间。第四是预警及时，只要提前设置好变形阈值，超过阈值马上就能通过短信、APP推送、电话告警等方式通知到人，不会出现通知不及时的问题。1.2常见适用场景深基坑自动化监测并不是所有基坑都必须用，一般来说符合这些特征的基坑一定要上：首先是深度超过10米的一级二级深基坑，尤其是周边环境复杂的，比如基坑旁边就是运营的地铁线路、建成多年的老旧居民楼，或者埋着燃气、给排水、电力等重要地下管线的项目，这些地方一旦基坑变形超标，殃及周边就是大事，必须用自动化盯紧。然后是地质条件复杂的项目，比如开挖范围内有软土层、流沙层，或者地下水变化大的项目，变形风险比普通基坑高很多，需要连续监测。还有就是设计对变形控制要求特别严格的项目，以及需要24小时不间断开挖赶工期的项目，自动化监测都能适配这些需求。反过来，深度只有三五米、周边空旷没有重要建（构）筑物的小基坑，其实用人工监测就足够，没必要花额外的成本上自动化。清楚了自动化监测的作用和适用场景，我们再来拆解这套工艺的核心组成，一套稳定能用的深基坑自动化监测系统，本质上就是完成“数据采集-传输-分析预警”整个流程，三个部分缺一不可。2深基坑自动化监测工艺的系统组成与核心设备2.1前端数据感知单元前端感知就是各类传感器，这是整个系统的眼睛，测什么内容就用对应的传感器，目前深基坑常用的监测项目和对应传感器，我给大家理一理：测基坑顶部的水平和竖向位移，最常用的是GNSS接收机，直接连接卫星获取位置数据，不用额外搭建基站，安装方便精度也能满足要求；测围护墙体的深层水平位移，现在都用固定式测斜仪，提前埋进测斜管就能实时出数据，不用像人工测斜那样每次把仪器放下去拉上来；测围护结构和支撑的内力，用钢筋应力计、轴力计，埋在混凝土里就能实时测受力变化；测地下水位用渗压计，测周边建筑和管线的沉降用静力水准仪，测基坑周边土体压力用土压力盒。这里我给大家提个醒，我刚入行那会为了给项目省成本，用过一批价格便宜质量差的传感器，埋进去不到半个月，一半都因为不防水坏掉了，最后挖出来重新换，花的钱比当初买好传感器还多，还耽误了工期。所以传感器一定要选防水抗震等级够的，深基坑底下湿度大，开挖的时候机械设备振动也大，质量差的真的扛不住。2.2中间数据传输单元传感器采集到数据之后，要传到后端平台才能用，目前常用的传输方式分有线和无线两种。有线传输一般用光纤或者网线，优点是信号稳定，不受外界干扰，不容易断联，适合测点比较集中、周边方便布线的项目。无线传输现在用得更多，一般是4G模块或者NB-IoT模块，不用挖沟布线，安装快成本低，适合测点分散、周边布线不方便的项目，现在三大运营商的信号覆盖越来越好，无线传输的稳定性已经完全能满足工程需求了。不过我也碰到过问题，在深基坑的地下位置，或者周边有高楼大山遮挡的地方，无线信号会很差，这种情况下要么加信号放大器，还是不行就改用有线传输，不然数据经常断传，系统就等于白装。2.3后端数据处理与预警平台后端平台就是整个系统的大脑，所有传过来的数据都会在这里存储、计算、展示，还能实现预警功能。现在主流的平台都能自动把数据生成变形曲线、统计报表，不用人手动整理，而且支持电脑端和手机端访问，不管你在办公室还是在外面，打开就能看实时数据，特别方便。最重要的就是预警功能，我们可以根据规范和设计要求，设置黄色、红色两级预警阈值，当数据超过黄色预警，平台就会提醒相关人员关注变形，超过红色预警就会多渠道推送告警，确保没人漏过消息，这比原来我们值班盯着数据挨个通知靠谱太多了。讲完了系统组成，接下来就是大家最关心的，完整的深基坑自动化监测工艺到底是怎么走下来的，从进场到交付，每一步都有要注意的细节。3深基坑自动化监测的完整施工工艺流程3.1前期方案设计与点位布设准备进场第一步绝对不是上来就装设备，得先把方案做细。首先我们要拿到基坑的设计图纸、地质勘察报告、周边环境图，先摸清楚整个基坑的风险点在哪里，比如靠近老旧小区那一侧的围护桩，旁边挨着燃气管线的区段，这些都是高风险区，测点必须加密布设。然后根据项目的等级和要求，确定需要监测的项目，一般一级深基坑至少要测基坑顶部位移、围护墙深层水平位移、支撑内力、地下水位、周边建筑沉降、周边管线变形这几个核心项目，不能缺项。接下来就要根据规范和设计要求，确定每个项目的预警阈值，比如沉降速率一天不能超过3毫米，累计沉降不能超过30毫米这类，提前设置好。点位布设的时候还要注意，尽量选在不影响工地施工的位置，不然土方开挖、材料堆放很容易碰坏设备，布完点还要给施工方做交底，告诉他们哪里埋了传感器，让施工的时候注意避让。点位定好之后，就要提前校检所有传感器，每个传感器买回来都要先校核精度，不合格的直接换掉，别嫌麻烦，装进去再调真的太折腾。3.2传感器安装与系统调试不同传感器的安装要求不一样，几个常用的我给大家说下关键细节：GNSS接收机要架在基坑顶部的冠梁上，周围不能有高大建筑物或者树木遮挡，不然收不到卫星信号，数据就会飘，安装的时候要固定牢，防止被风吹歪或者被施工碰倒。固定式测斜仪要提前跟着围护施工埋进测斜管，接测斜管的时候一定要对准导槽，导槽歪了后续所有数据都是错的，然后把测斜仪按照设计间距固定在管内，封好管口防止泥沙进去。钢筋应力计要焊接在钢筋骨架上，焊接的时候一定要用湿毛巾给传感器降温，不然焊接的高温会直接烧坏传感器内部的元件，这是新手最容易犯的错，我早年见过一个新手装完二十个应力计，焊完坏了一半，就是没做降温。渗压计埋进去之前要提前泡水饱和，排出传感器里面的空气，不然测出来的地下水位数据会偏差很大。所有传感器都装完之后，就要逐个调试，看每个传感器的数据是不是正常，传输是不是稳定，平台能不能正常接收存储数据，这个过程一般要花一两天，有问题马上换设备调整，不能把问题留到后面。3.3试运行与正式监测调试完之后不能直接就正式交付，一般要试运行一周左右，这个阶段我们要每天拿人工监测的数据和自动化数据做比对，看看偏差是不是在允许范围内，如果偏差符合要求，说明系统运行正常，就可以转入正式监测了，如果偏差太大，就要找原因，是传感器移位了还是安装位置不对，调整好之后再试运行，没问题才能正式用。正式监测之后，采集频率可以根据施工阶段调整，开挖施工阶段变形快，一般半小时到一小时采集一次，如果已经出现变形异常预警，就改成十分钟采集一次，等到基坑开挖完成，主体结构起来之后，变形稳定了，一天采集一次就足够，不用一直高频采集，还能节省电源和流量。3.4日常维护与数据成果输出很多人以为装完系统就万事大吉了，其实日常维护才是保证监测数据准确的关键，工地环境复杂，吊车碰天线、土方挖断线路、下雨泡设备都是常有的事，所以我们一般要求一周至少去现场巡检一次，看看设备有没有损坏，电池电量够不够，太阳能板是不是被灰尘或者土方挡住了，信号是不是正常，遇到大风大雨天气之后，必须当天就去现场检查，因为极端天气过后基坑变形风险高，设备也最容易出问题，这个时候千万不能偷懒。数据成果方面，正常情况下每周出一份监测简报，每月出一份正式月报，给甲方、监理、施工方，要是出现数据异常或者预警，第一时间出专门的预警报告，把变形情况和处理建议写清楚，给相关方参考。干了这么多年，我也碰到过不少大大小小的问题，总结了一些实用的经验，分享给大家。4深基坑自动化监测工艺常见问题与优化技巧4.1常见故障与处理方法第一个最常见的问题就是数据中断，大部分情况要么是信号不好，要么是电源没电。无线传输信号差的话，加个信号放大器就能解决，要是还不行就改有线；太阳能供电的话，冬天连续阴天，电池很容易亏电，所以要么换大容量的锂电池，要么条件允许的话直接接市电，最稳定。第二个常见问题是数据偏差大，一般都是传感器被碰移位了，比如GNSS天线被碰歪，测斜管被挤变形，这种情况只要人工复测一下，调整传感器位置，不行就重新换点安装就能解决。第三个常见问题是误报警，有时候信号跳变会导致数据突然飘高，触发预警，天天误报警会让大家麻痹大意，真出事反而不重视，所以我们一般会在平台设置成连续两次采集都超过阈值再触发预警，就能大大减少误报的概率。4.2工艺优化实用技巧第一个技巧就是测点分级布设，高风险区加密，低风险区稀疏，既能保证监测安全，又能节省成本，不用全基坑密密麻麻布一堆测点，花冤枉钱。第二个技巧就是提前预留备用测点，埋测点的时候提前多埋几根测斜管、预留几个安装位置，万一现有传感器坏了，直接把新传感器放进去就能用，不用重新钻孔打洞，省时间也不耽误事。第三个技巧就是自动化和人工监测结合，不能完全依赖自动化，毕竟设备都有出故障的概率，我们现在一般每月都会抽三分之一的测点做人工复测，校准自动化数据，关键施工节点比如开挖到设计基底、拆支撑的时候，也会加测几次，这样双重保障，更靠谱。总的来说，深基坑自动化监测工艺发展到现在，已经非常成熟了，比起传统人工监测，它不仅大大提高了监测效率，降低了一线从业人员