某地铁基坑自动化与人工监测数据对比分析

某地铁基坑自动化与人工监测数据对比

分析

摘要：在当今经济高速发展的今天,地铁以其不占地面的安全性和效率优势,成为许多城市解决交通拥堵和土地利用问题的有效解决方案。地铁站通常位于市中心,周围有大量的建筑物,地下管道等。如果在施工过程中对坑本身和周围环境的变形没有得到适当的控制,可能会导致严重的后果。因此,研究地铁车站地基的构造变形规律,对其进行有效控制,以保证车站地基的安全稳定,是非常重要的。迄今为止,国内外学者对建筑地基变形问题进行了大量的研究,但建筑地基的地基表面变形较多,监控工作主要是通过人工监控,不仅效率低下,故障的可能性也很高,很容易出现不能及时发现的安全隐患,或者对建筑地基风险的错误预测,降低了信息技术建设的效率和价值。基于此，本篇文章对某地铁基坑自动化与人工监测数据对比分析进行研究，以供参考。

关键词：自动化监测；人工监测；深基坑

引言

为满足实时监测的要求，提高地铁基坑变形监测信息水平，进行早期、充分利用的监测数据，开发多种地铁监测系统，有效地减少人为干扰，取得可靠的变形监测结果和发布，为地铁基坑安全施工提供预警和数据保护。

1自动化监测的原则

1.1及时反馈原则

在基坑施工过程中，支护结构的稳定性需要进行实时监控，自动化监测的手段相较于传统的人工监测方式，需要具备及时反馈的能力，从而保证管理者能够及时了解基坑的稳定性情况。

1.2经济最优化原则

传统人工监测方式向自动化监测的转变，提高了监测效率和精确度，但是仍然需要根据现场实际情况考虑自动化监测设备的性价比，做到最优组合。

2自动化监测流程

2.1建（构）筑物沉降监测

测点布设建（构）筑物沉降监测采用LP-1液体压力水准测量系统，位于1倍H范围内时（H为基坑开挖深度），沿外墙每15m或每隔2根承重柱布设1个监测点；位于2倍H范围内时，沿外墙30m或每隔3根承重柱布设1个监测点；外墙拐角处应布点；高耸构筑物每栋测点不少于4个；重要建（构）筑物加密1倍布设；如产权单位禁止在建筑表面钻孔，应用条码尺粘贴于承重结构表面。

2.2深层水平位移监测

围护墙顶部水平位移监测采用DHL-2型深层水平位移测量单元，监测点设于围护结构冠梁顶部，对应围护墙（桩）深层水平位移孔布设，并避开混凝土支撑端部；布设间距为20m，基坑短边至少布设1点；基坑各边中部、阳角部位、深度变化部位、不同围护结构交接两侧以及邻近重要建（构）筑物位置应加密1倍布设。

2.3轴力及应力监测

测点布设轴力及应力监测采用四通道无线振弦读数仪。在测量钢筋混凝土支撑轴力时，四通道无线振弦读数仪埋设于支撑梁1/3位置，在浇筑混凝土时将该监测设备安放在混凝土支撑断面4个角上，并用护套管保护好其导线，引至集线箱并编号，共计布设46个轴力监测断面，每个断面每层支撑均对应布设。

3自动化监测数据分析

3.1自动化监测系统

由现场监测设备（沉降仪、水位计、测斜仪、轴力计等）、无线采集终端、计算机远程服务器组成。首先根据设计图纸在对应的位置安装数据传感器单元，通过电缆连接到信号自动采集箱，采集系统将传感器数据采集后，由无线网传输

到指定服务器中，从而达到全天候的数据自动采集。自动化监测不仅节省大量人

力资源，而且可以更加精确地掌握基坑变形情况。

3.2有限元数值模拟

模型建立基坑整体形状为轴对称长方体，为了减小重复计算，选择整体尺寸

的1/2进行建模。基坑长度选择为86.8m，宽度选择为20m。设置模型竖向边界

为地连墙以下1倍开挖深度，模型整体尺寸为200m×100m×60m。在数值分析中，土体参数的选取对模拟结果有着决定性的影响，文章土体的本构模型选择了修正

剑桥模型，相比于传统的摩尔-库伦模型，该模型更适用于软土地区的变形分析

情况，能够较好地反映地表沉降、围护墙水平位移。

4自动化监测流程

4.1测点布设建（构）筑物沉降监测

采用LP-1液体压力水准测量系统，位于1倍H范围内时（H为基坑开挖深度），沿外墙每15m或每隔2根承重柱布设1个监测点；位于2倍H范围内时，

沿外墙30m或每隔3根承重柱布设1个监测点；外墙拐角处应布点；高耸构筑物

每栋测点不少于4个；重要建（构）筑物加密1倍布设；如产权单位禁止在建筑

表面钻孔，应用条码尺粘贴于承重结构表面。

4.2数据对比

在本项目监测期间同时进行了人工监测工作，以便于和自动化监测进行对比，从而确定自动化监测设备的可靠度。表1是建（构）筑物沉降两种监测方式所得

数据的对比结果。

表1 某地铁基坑自动化与人工监测数据对比分析

4应用实例

4.1基坑墙体深层水平位移自动化监测

地基框架深度水平位移的自动监测点的布置是通过将倾斜管与钢壳捆绑在一起来实现的。等到墙壁用混凝土浇筑完毕后,检查斜度,确保管道平整、平稳。

4.2支撑轴力自动化监测

根据施工过程中的不同，在指定的支撑位置安装钢支撑的轴向力，并测试传感器的通信电缆，以确保根据设定的周期自动收集数据。

4.3地下水位自动化监测

地下水位自动监测使用振动气压计收集数据，当水压仪牢固地连接到水下某一点时，流体力学载荷作用于水压计，导致柔性层板变形，并将其传递到钢丝张力变化的钢丝上，从而改变电磁线圈的振动频率，并测量其通过电缆传递到采集设备的振动频率，从而测量该点处水压柱的高度(1000pa=101.971mm)，并与该点的高度相结合。

4.4自动化监测成效

垂直和水平的自动监测和人为监测井壁有共同的监测点,在井壁水平位移的

深度,靠近地下水自动监测1m范围内是传统的手动监测点。在挖掘过程中,将上

述自动化监测项目的结果与相应的人工监测点进行比较。使用手动监控结果作为

真实价值评估自动监控结果的可靠性。

4.5基坑墙顶竖向位移人工监测

几何水平测量方法在1mm范围内占数据标注栏总数的85%，在1mm到2mm范

围内占数据标注栏总数的15%，与通过自动测量机器人高程测量得到的跟踪结果

相比，使用与1mm到2mm范围内数据标注栏总数93.3%和6.7%的测量精度相同的

测量精度，且不超过2mm范围内数据标注栏总数的2mm，并且每个基坑的顶部和

水平位移自动监测结果与手动监测结果一致。

5模拟和监测结果分析

5.1围护结构深层水平位移

在地基坑开挖初期,伞结构整体变形相对较小,垂直伞结构的水平变形沿着地

基深度的变化曲线表现为“穹顶形状”,伞结构的顶部呈现最大水平位移。随着

基坑的进一步开挖和支撑结构的逐步建造,车站防护结构的深水平位移值逐渐增大,垂直防护结构的水平变形曲线逐渐呈现出大中间变形“拱形”的上下端小变形。纵向沿深度方向,水平位移值在水平变形峰值后逐渐变小,最终收敛到屏蔽结

构的下部。

5.2周边地表沉降

绕标准管段中心点(DC05横截面)移动曲面的仿真结果和自动监控显示，在开

挖开始时，外部曲面的总位移较小，下降曲线约为“三角形”，最大位移发生在

井底边缘附近。随着开挖深度的增加和一层接一层的支撑安装，坑周围的地面沉

降值会增加，沉积曲线会显示为「槽」，从底部向顶部延伸，并逐渐向底部延伸。结束语

当今社会经济快速发展，城市建筑规模不断扩大，地下空间也发展迅速，从

而对深基坑的设计和施工提出了更高的要求。目前，深基坑向着“深、大、难”