摘要：光纤传感技术在基坑监测领域的试验性研究和应用已有一定程度的开展，主要是就如何基于光纤传感技术对公路、铁路的山体边坡灾害的调查和预警监测，进而提供边坡灾害的预警及治理根据。光纤传感技术在边坡灾害的调查和预警监测应用已日趋成熟。在深大基坑工程领域主要是对传统监测技术的各单项监测内容的替代及监测自动化方面的研究，还处于探索、研究阶段。
关键词： 光纤传感自动化监测系统； 自动化监测数据采集； 比对与分析
１ 光纤技术应用到深基坑监测的优点及创新
１．１ 光纤技术应用到深基坑监测的优点a
光纤传感技术对深大基坑支护体系、基坑外土体等的内力、应变均可以根据需要采用上述两种传感技术进行全方位实时监测。具体而言，对基坑本体可以监测的项目有围护墙体的深层位移、内力、墙顶位移，立柱桩的隆降、受力的变化与分布状态，支撑轴力的动态变化，坑内开挖面以下土体的位移、隆降动态变化，基坑外土体对侧墙的压力动态变化，地下水位的动态变化等全方位、全过程的实时监测。对周边环境的建构筑物、管线、隧道等的动态变形也可以实时自动化监测。
１．２ 该课题的创新点
１ ）建立深大基坑工程光纤传感自动化监测系统。通过该课题的研究，初步建立轨道交通深基坑工程光纤传感自动化监测的方法、流程和规定要求的工作指南。 ２ ）解决传统监测技术无法实施的立柱桩摩阻力等项目的监测数据，验证支护体系应力、应变的相关性。 ３ ）深基坑围护结构质量缺陷的监测。利用光纤对温度的感测原理，可以对地墙接缝的质量缺陷进行监测，便于及早发现处理围护体系隔水帷幕的问题，保证基坑工程的隔水效果。 ４ ）监测数据的可视化处理。（１ ）建立可视化监测点位布设三维空间示意图；（ ２ ）建立基于ＢＩＭ 平台的监测数据分析、报警、警讯发送系统。
２ 深基坑自动化监测研究的方向
２．１ 基坑支护体系自动化监测新方法的应用研究
拟采用的密集点式和分布式光纤传感技术实施轨道交通深大基坑的自动化系统监测，研究不同方式（原理）监测技术的可操作性，数据采集的精确性、可靠性、持续性，监测仪器和材料的适用性，以及操作流程的标准化、规范化等，试图在基坑工程信息化施工技术领域全天候提供快速、连续、全面、系统的监测信息，更好地确保基坑工程支护体系和周边环境的安全，同时为设计、施工优化设计和施工参数提供及时、全面的信息 。
２．２ 光纤传感自动化监测与传统监测成果的比对分析研究
近年来，光纤传感技术在基坑工程信息化施工领域的运用处于稳步发展状态，监测技术日益成熟，其监测距离和时段长的优势已充分展现。在深基坑工程监测领域，作为对常规项目自动化监测的替代方式分别进行试验，并取得了一定成果。在提升光纤材料性能本身的稳定性、精度方面还需要通过试验、实践而不断地提高和完善，同时，对光纤信号解析的仪器设备，其精度、可靠性等指标需要通过实践来检验。在该科研项目实施阶段，一方面通过实施传统监测方法，来验证光纤传感自动化监测方法的精度和可靠性，另一方面运用光纤传感技术实施部分传统监测方法无法实施有效监测的项目，从而建立一个全面完整的深基坑光纤传感自动化监测系统 。
２．３ 监测数据可视化处理研究
监测信息的可视化技术是提高对监测信息分析水平的重要手段。改变现有监测成果单一的数据表格和二维曲线的表示方式，将独立的监测点串联起来，建立监测点（孔）的平面、空间、时间、工况等综合因子的五维变化立体模型。既可以展示单个监测项目的五维变化状况，也可以展示整个基坑单个或任意组合的监测项目五维变化。克服当前监测信息碎片化、零散化的缺陷，提高监测信息分析的水平和效率，为决策分析决策提供强有力的支撑。
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３ 工程概况
该课题研究的载体是某城市轨道交通１８ 号线监测 １０ 标长江南路站基坑工程，该基坑总长５０５ｍ ，开挖深度１７．４～１９．８ｍ 。某城市轨道交通１８号线一期工程终点站长江南路站位于逸仙路以西，沿长江南路布置。北侧为小吉浦河，南侧为军队用地，沿街现状基本为商铺、民宅和军事用地入口。车站东侧运营 ３ 号线车站及高架区间，高架桥墩距东端头井基坑距离约１７ｍ ，车站施工前河道内施工临时箱涵，车站纵向４００ｍ 范围内箱涵与车站距离０～３ｍ 。
３．１ 自动化监测项目的设计
根据现场条件和科研的研究方向，结合光纤传感监测技术的应用于基坑工程的成熟程度。采用光纤传感方法共进行了以下几个项目的监测：１ ）墙体测斜监测项目的验证及分析； ２ ）钢支撑轴力监测项目的验证与分析。根据技术方案设计，该自动化监测部位共选择两个监测断面，分别位于东端头井的３轴和标准段６轴位置附近。个别自动化监测项目因现场原因，位置有所调整。
３．２ 自动化监测点（孔）的布设
１ ）地墙深层水平位移监测（测斜） 光纤传感自动化监测项目对应的内容和测点（孔）分别为测斜孔：常规ＣＸ６１对应自动化ＣＸ１ ；常规ＣＸ６０对应自动化 ＣＸ２ ；常规 ＣＸ１对应自动化 ＣＸ３ ；常规 ＣＸ２对应自动化ＣＸ４ 。安装部位处于标准段的试验断面上。２ ）砼支撑轴力和钢支撑轴力监测 在标准段的砼支撑轴力测点，两种监测方法的布设位置一致。钢支撑轴力第一道，原方案设计采用反力计，安装完成后，预应力施加后，反力计将钢支撑端头钢板挤压变形，造成了支撑的破坏，后拆除。所以第一道钢支撑后期未设置轴力测点。其余布设的自动化轴力分别在５～７轴的３、４ 、 ５道支撑上进行了安装，并在５轴的４道支撑上安装了一组应变计。
４ 光纤传感自动化监测数据与常规监测数据的比对与分析
４．１ 墙体测斜监测项目的验证及分析
光纤传感墙体测斜监测孔共布设４只孔，其中ＣＸ１ 、 ＣＸ２位于基坑北侧的施工作业面，反复被施工机械破坏，无法修复，导致数据无法采集，只有位于基坑南侧的试验段的自动化测孔 ＣＸ３ 、 ＣＸ４成活。对应的常规测斜孔分别为ＣＸ２ 、 ＣＸ１孔。常规监测的起算数据日期与光纤传感监测一致，两种监测技术的数据是相一致的。主要参考对象是最大位移值、位移速率以及最大位移值对应的深度等指标 。
４．２ 钢支撑轴力监测项目的验证与分析
钢支撑轴力测点主要是以 ４ 轴附近的试验段断面为主进行了同支撑安装监测
４．３ 混凝土支撑的差异沉降数据的比对与分析
在试验断面上的混凝土支撑对应的立柱沉降点及对应的支撑两端圈梁沉降点作为常规的立柱与圈梁差异沉降数据，是衡量支护体系垂直方向稳定性的重要指标之一。常规方法是采用精密水准测量的手段，监测立柱桩顶与对应圈梁顶设置的沉降点的差异变化。采用基于光纤原理设计的静力水准测量是直接在圈梁、立柱顶部（位于同一支撑）对应部位设置静力水准装置，在圈梁阴角处设置基准点，监测圈梁、立柱的差异沉降，来反映立柱与圈梁的差异沉降变化。
5 结论
通过前期实施的光纤传感自动化监测系统在深基坑工程监测工作，并与常规手段验证后，可以得出的结论是：光纤传感自动化监测系统基本可以代替常规监测技术。前提是需要解决以下几个方面的问题：ａ．增加光纤传感技术在深基坑工程自动化监测的应用研究数量，积累该技术全过程一套成熟的技术、流程和操作程序。ｂ．结合地下工程、结构力学等理论完善个别监测项目（测斜）应变数据的转换算法和约束条件，使得测斜数据更为合理地反映地墙测斜变化与施工工况的变化匹配关系。ｃ．解决现场信号传输线路及监测点的保护措施。
参考文献
［ １ ］ 吴 楠 ． 基于深基坑施工期风险评估的安全指数研究［ Ｊ ］ ．地下空间与工程学报，２０１１ ， ７ （ ３ ）： ６０５ － ６０８．
［ ２ ］ 黄志伟，王克荣，田金鑫，等．深基坑水平位移监测的自动测量及数据处理方法研究［ Ｊ ］ ． 工程勘察，２０１３ ， ４１ （ ７ ）： ７９ － ８２．
论文作者:顾炜澄,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第12期
论文发表时间:2019/8/27
标签：基坑论文; 光纤论文; 技术论文; 圈梁论文; 工程论文; 项目论文; 常规论文; 《工程管理前沿》2019年第12期论文;