深基坑自動化監測工藝

深基坑自動化監測工藝我干巖土工程一線監測快十個年頭了，這幾年眼看著城市里超高層越蓋越多，地鐵線路、地下商圈、城市綜合管廊的開發越挖越深，十幾米甚至二三十米的深基坑早就成了工程界的常態。早些年我們全靠人工扛著儀器天天往基坑邊跑，不光風吹日曬累得慌，邊坡滑塌風險高的時候，人工進場測數據真的是提著膽子干活，遇到暴雨大雪天路滑難走，還沒法按時監測，好幾次因為沒及時捕捉到變形增量差點出大事。后來深基坑自動化監測工藝慢慢普及開，說實話這玩意兒真的是既解放了我們一線人，又給整個工程的安全上了一道實打實的大鎖。今天我就從一個從業者的角度，把深基坑自動化監測工藝從作用到流程再到實際經驗梳理清楚，給剛入行的朋友和工程建設方做個參考。1深基坑自動化監測工藝的核心作用與適用場景清楚了工藝應用的大背景，我們首先要明確，這套工藝到底能解決什么問題，又適合用在哪些地方，不能不管什么基坑都往上套，白花冤枉錢。1.1工藝的核心作用和傳統人工監測比起來，深基坑自動化監測的核心優勢，總結下來就是四個方面。第一是實時連續監測，傳統人工一般三五天甚至一周才測一次，數據間隔大，要是基坑變形突然加快，根本抓不住變形發展的過程，而自動化監測可以24小時不間斷采集數據，變形哪怕一毫米的變化都能精準記錄下來。我早年在城郊一個住宅項目碰到過險情，半夜基坑側壁受地下水滲透突然變形加速，系統凌晨兩點就給項目所有負責人發了預警，我們趕過來及時叫停開挖疏散了工人，要是等第二天人工進場測，后果真的不敢想。第二是降低人工作業風險，深基坑開挖本身就是高危作業，新開挖的邊坡穩定性差，雨天過后還有滑坡坍塌的風險，自動化裝完之后不用人天天往危險區跑，大大降低了一線人員出事的概率。第三是數據精度高，人為誤差小，人工測的時候，儀器擺放、讀數都會有誤差，自動化傳感器固定好之后，每次采集都是標準化操作，數據一致性和準確性都比人工好太多，還能自動整理生成報表，省了我們大把整理數據畫表格的時間。第四是預警及時，只要提前設置好變形閾值，超過閾值馬上就能通過短信、APP推送、電話告警等方式通知到人，不會出現通知不及時的問題。1.2常見適用場景深基坑自動化監測并不是所有基坑都必須用，一般來說符合這些特征的基坑一定要上：首先是深度超過10米的一級二級深基坑，尤其是周邊環境復雜的，比如基坑旁邊就是運營的地鐵線路、建成多年的老舊居民樓，或者埋著燃氣、給排水、電力等重要地下管線的項目，這些地方一旦基坑變形超標，殃及周邊就是大事，必須用自動化盯緊。然后是地質條件復雜的項目，比如開挖范圍內有軟土層、流沙層，或者地下水變化大的項目，變形風險比普通基坑高很多，需要連續監測。還有就是設計對變形控制要求特別嚴格的項目，以及需要24小時不間斷開挖趕工期的項目，自動化監測都能適配這些需求。反過來，深度只有三五米、周邊空曠沒有重要建（構）筑物的小基坑，其實用人工監測就足夠，沒必要花額外的成本上自動化。清楚了自動化監測的作用和適用場景，我們再來拆解這套工藝的核心組成，一套穩定能用的深基坑自動化監測系統，本質上就是完成“數據采集-傳輸-分析預警”整個流程，三個部分缺一不可。2深基坑自動化監測工藝的系統組成與核心設備2.1前端數據感知單元前端感知就是各類傳感器，這是整個系統的眼睛，測什么內容就用對應的傳感器，目前深基坑常用的監測項目和對應傳感器，我給大家理一理：測基坑頂部的水平和豎向位移，最常用的是GNSS接收機，直接連接衛星獲取位置數據，不用額外搭建基站，安裝方便精度也能滿足要求；測圍護墻體的深層水平位移，現在都用固定式測斜儀，提前埋進測斜管就能實時出數據，不用像人工測斜那樣每次把儀器放下去拉上來；測圍護結構和支撐的內力，用鋼筋應力計、軸力計，埋在混凝土里就能實時測受力變化；測地下水位用滲壓計，測周邊建筑和管線的沉降用靜力水準儀，測基坑周邊土體壓力用土壓力盒。這里我給大家提個醒，我剛入行那會為了給項目省成本，用過一批價格便宜質量差的傳感器，埋進去不到半個月，一半都因為不防水壞掉了，最后挖出來重新換，花的錢比當初買好傳感器還多，還耽誤了工期。所以傳感器一定要選防水抗震等級夠的，深基坑底下濕度大，開挖的時候機械設備振動也大，質量差的真的扛不住。2.2中間數據傳輸單元傳感器采集到數據之后，要傳到后端平臺才能用，目前常用的傳輸方式分有線和無線兩種。有線傳輸一般用光纖或者網線，優點是信號穩定，不受外界干擾，不容易斷聯，適合測點比較集中、周邊方便布線的項目。無線傳輸現在用得更多，一般是4G模塊或者NB-IoT模塊，不用挖溝布線，安裝快成本低，適合測點分散、周邊布線不方便的項目，現在三大運營商的信號覆蓋越來越好，無線傳輸的穩定性已經完全能滿足工程需求了。不過我也碰到過問題，在深基坑的地下位置，或者周邊有高樓大山遮擋的地方，無線信號會很差，這種情況下要么加信號放大器，還是不行就改用有線傳輸，不然數據經常斷傳，系統就等于白裝。2.3后端數據處理與預警平臺后端平臺就是整個系統的大腦，所有傳過來的數據都會在這里存儲、計算、展示，還能實現預警功能。現在主流的平臺都能自動把數據生成變形曲線、統計報表，不用人手動整理，而且支持電腦端和手機端訪問，不管你在辦公室還是在外面，打開就能看實時數據，特別方便。最重要的就是預警功能，我們可以根據規范和設計要求，設置黃色、紅色兩級預警閾值，當數據超過黃色預警，平臺就會提醒相關人員關注變形，超過紅色預警就會多渠道推送告警，確保沒人漏過消息，這比原來我們值班盯著數據挨個通知靠譜太多了。講完了系統組成，接下來就是大家最關心的，完整的深基坑自動化監測工藝到底是怎么走下來的，從進場到交付，每一步都有要注意的細節。3深基坑自動化監測的完整施工工藝流程3.1前期方案設計與點位布設準備進場第一步絕對不是上來就裝設備，得先把方案做細。首先我們要拿到基坑的設計圖紙、地質勘察報告、周邊環境圖，先摸清楚整個基坑的風險點在哪里，比如靠近老舊小區那一側的圍護樁，旁邊挨著燃氣管線的區段，這些都是高風險區，測點必須加密布設。然后根據項目的等級和要求，確定需要監測的項目，一般一級深基坑至少要測基坑頂部位移、圍護墻深層水平位移、支撐內力、地下水位、周邊建筑沉降、周邊管線變形這幾個核心項目，不能缺項。接下來就要根據規范和設計要求，確定每個項目的預警閾值，比如沉降速率一天不能超過3毫米，累計沉降不能超過30毫米這類，提前設置好。點位布設的時候還要注意，盡量選在不影響工地施工的位置，不然土方開挖、材料堆放很容易碰壞設備，布完點還要給施工方做交底，告訴他們哪里埋了傳感器，讓施工的時候注意避讓。點位定好之后，就要提前校檢所有傳感器，每個傳感器買回來都要先校核精度，不合格的直接換掉，別嫌麻煩，裝進去再調真的太折騰。3.2傳感器安裝與系統調試不同傳感器的安裝要求不一樣，幾個常用的我給大家說下關鍵細節：GNSS接收機要架在基坑頂部的冠梁上，周圍不能有高大建筑物或者樹木遮擋，不然收不到衛星信號，數據就會飄，安裝的時候要固定牢，防止被風吹歪或者被施工碰倒。固定式測斜儀要提前跟著圍護施工埋進測斜管，接測斜管的時候一定要對準導槽，導槽歪了后續所有數據都是錯的，然后把測斜儀按照設計間距固定在管內，封好管口防止泥沙進去。鋼筋應力計要焊接在鋼筋骨架上，焊接的時候一定要用濕毛巾給傳感器降溫，不然焊接的高溫會直接燒壞傳感器內部的元件，這是新手最容易犯的錯，我早年見過一個新手裝完二十個應力計，焊完壞了一半，就是沒做降溫。滲壓計埋進去之前要提前泡水飽和，排出傳感器里面的空氣，不然測出來的地下水位數據會偏差很大。所有傳感器都裝完之后，就要逐個調試，看每個傳感器的數據是不是正常，傳輸是不是穩定，平臺能不能正常接收存儲數據，這個過程一般要花一兩天，有問題馬上換設備調整，不能把問題留到后面。3.3試運行與正式監測調試完之后不能直接就正式交付，一般要試運行一周左右，這個階段我們要每天拿人工監測的數據和自動化數據做比對，看看偏差是不是在允許范圍內，如果偏差符合要求，說明系統運行正常，就可以轉入正式監測了，如果偏差太大，就要找原因，是傳感器移位了還是安裝位置不對，調整好之后再試運行，沒問題才能正式用。正式監測之后，采集頻率可以根據施工階段調整，開挖施工階段變形快，一般半小時到一小時采集一次，如果已經出現變形異常預警，就改成十分鐘采集一次，等到基坑開挖完成，主體結構起來之后，變形穩定了，一天采集一次就足夠，不用一直高頻采集，還能節省電源和流量。3.4日常維護與數據成果輸出很多人以為裝完系統就萬事大吉了，其實日常維護才是保證監測數據準確的關鍵，工地環境復雜，吊車碰天線、土方挖斷線路、下雨泡設備都是常有的事，所以我們一般要求一周至少去現場巡檢一次，看看設備有沒有損壞，電池電量夠不夠，太陽能板是不是被灰塵或者土方擋住了，信號是不是正常，遇到大風大雨天氣之后，必須當天就去現場檢查，因為極端天氣過后基坑變形風險高，設備也最容易出問題，這個時候千萬不能偷懶。數據成果方面，正常情況下每周出一份監測簡報，每月出一份正式月報，給甲方、監理、施工方，要是出現數據異常或者預警，第一時間出專門的預警報告，把變形情況和處理建議寫清楚，給相關方參考。干了這么多年，我也碰到過不少大大小小的問題，總結了一些實用的經驗，分享給大家。4深基坑自動化監測工藝常見問題與優化技巧4.1常見故障與處理方法第一個最常見的問題就是數據中斷，大部分情況要么是信號不好，要么是電源沒電。無線傳輸信號差的話，加個信號放大器就能解決，要是還不行就改有線；太陽能供電的話，冬天連續陰天，電池很容易虧電，所以要么換大容量的鋰電池，要么條件允許的話直接接市電，最穩定。第二個常見問題是數據偏差大，一般都是傳感器被碰移位了，比如GNSS天線被碰歪，測斜管被擠變形，這種情況只要人工復測一下，調整傳感器位置，不行就重新換點安裝就能解決。第三個常見問題是誤報警，有時候信號跳變會導致數據突然飄高，觸發預警，天天誤報警會讓大家麻痹大意，真出事反而不重視，所以我們一般會在平臺設置成連續兩次采集都超過閾值再觸發預警，就能大大減少誤報的概率。4.2工藝優化實用技巧第一個技巧就是測點分級布設，高風險區加密，低風險區稀疏，既能保證監測安全，又能節省成本，不用全基坑密密麻麻布一堆測點，花冤枉錢。第二個技巧就是提前預留備用測點，埋測點的時候提前多埋幾根測斜管、預留幾個安裝位置，萬一現有傳感器壞了，直接把新傳感器放進去就能用，不用重新鉆孔打洞，省時間也不耽誤事。第三個技巧就是自動化和人工監測結合，不能完全依賴自動化，畢竟設備都有出故障的概率，我們現在一般每月都會抽三分之一的測點做人工復測，校準自動化數據，關鍵施工節點比如開挖到設計基底、拆支撐的時候，也會加測幾次，這樣雙重保障，更靠譜。總的來說，深基坑自動化監測工藝發展到現在，已經非常成熟了，比起傳統人工監測，它不僅大大提高了監測效率，降低了一線從業人員