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摘要：文章针对某央企总部基地基坑工程，着重探讨了自动化远程监测预警系统在基坑工程中的应用，对工程进行了介绍，分析了自动化监测技术原理，阐述了监测设备选型、自动化监测及远程监控系统、监测项目布点及自动化监测方法以及监测数据分析，重点在于掌握自动化远程监测预警系统的运行方式，提高基坑工程质量。
关键词：自动化远程监测预警系统；基坑工程；电子技术；通讯技术
传统的监测多为人工监测，具有以下特征：（1）监测设备人工加电存在设备供电不足，且无法及时发现导致数据无法监测的可能性；（2）人工记录数据，受记录数据周期的局限性；（3）手工汇总，纸面作业且精度一般低于2mm；（4）监测数据采用人工分析，可能存在不及时性；（5）监测数据人为程序多，无法保证数据的安全性，保密性。基于传统的基坑监测的以上特点，我们对其进行了改进形成了具备：（1）利用太阳能供电的全自动供电设备（或蓄电池，低功耗传感器可实现长期监测）；（2）实时监测无线传播，24小时无间断且监测周期可控；（3）远程遥控，无需人工值守，达到预警值自动上报；（4）监测精度可达0.01mm，且系统自动对监测数据分析处理并生成监测报告的远程自动化监测预警系统。以及能够在确保工作人员安全的前提下，高效、准确的监测危险源，从而达到安全、高效、及时的监测目的。（5）当赶工期或者隧道变形呈现变大趋势时可随时加密监测（人工监测时效性略差，同时受地铁运营影响较大），只需后台设置操作，即可实现自动加密监测。
1工程概况
本工程为某央企总部基地基坑工程，位于世博园地块.东西宽约95m，南北长约120 m ,基坑开挖面积约11000m2，地下3层，地下建筑深度为13.50 m，开挖深度为15.40 m，地块属滨海平原地貌类型。
2 自动化监测技术原理
利用电子技术和通讯技术能解决自动化监测的难题。自动测试、自动传输数据、报警数据自动发送（数据自动采集、自动保存传输、软件自动处理分析数据、云平台自动发布结果并报警），这样就可直观且实时不间断地掌握工程的实际动态，能为在有安全隐患情况下进行的加固处理提供依据，赢得宝贵时间，也为管理者进行决策提供有力支持，提高工程效益，实现安全生产。应变、相对位移、轴力、应力、孔隙水压力、土压力等的监测都可应用传感器技术[1]。传感器分为振弦式和电感调频式（光纤式）。振弦式传感器的工作原理是（见图1），将传感器两端沿变形方向固定在被测物体的两点上，被测物体的变形传递给两端座间的钢弦2，当测试电流通过感应线圈6时激发钢弦2作单向振动，从而切割磁力线，于是在感应线圈6上有与钢弦振荡频率相同的交流频率信号输出，经过放大、滤波、平滑等处理过程，可以测量出钢弦的振荡频率，再与标定值相对应，即可变换为所需测量的物理量，温度传感器4可以测量温度并进行温度补偿。串行存储芯片5用于存储标定系数和测量数据。电感调频式传感器的基本结构，在一个圆柱形金属螺旋线圈2内有一个可以移动的磁芯1（测杆），在实际应用中螺旋线圈2的一端3与不动点相连，测杆与需要测量的变化端点相连，测杆的位置变化将引起线圈的电感量的变化，电感的变化将引起LC振荡器输出频率的变化。当测量出频率后，再结合相应的标定系数就可计算出测杆位置的变化。在其内还封装了一个温度传感器4以测量温度并进行温度补偿。串行存储芯片5用于存储标定系数和测量数据。
（光纤式传感器采集模式与振弦式相同，只是光纤式传感器将信号转化为光信号传输，在一些特殊环境，如有易燃易爆爆气体物质的地下管廊环境，电信号存在安全隐患，光信号可不受此种环境影响）
3 监测设备选型
本文仅介绍本项目的深部位移监测设备，为保证工程埋设的观测仪器、设备能够稳定可靠运行，使其真正起到监测预警作用，所选仪器设备不仅要有多个类似工程成功运行的实践经验，而且必须是公认的成熟、可靠的品牌产品[3]。经比较目前国内应用的观测仪器情况，通过仪器稳定可靠性、技术成熟先进性的综合分析，确定本项目观测仪器主要选用智能监测传感器，且使用的产品在国内重点工程、大型工程有广泛的应用。
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3 自动化监测及远程监控系统
3.1自动化监测系统
利用Zigbee（或lora）无线协议实现传感器数据采集和系统数据采集之间的无线连接。传感器连接端设置l台数据采集发生器，将采集的数据发送给工程现场的数据采集接受终端，数据采集接受终端再将采集的数据通过GPRS无线网络上传到数据处理中心。
3.2远程监控系统
远程监控管理系统是由某建工集团主导研发的一套集工程项目管理、数据实时监控和文案上传下达于一体的远程监控管理系统。现阶段每天的基坑监测数据需技术人员人工上传到远程监控系统[5]。
4监测项目布点及自动化监测方法
本次白动化监测基于第三方一监测，设置了如下相关的试验点:支撑轴力观测点3组，坑外土体深层水平位移观测点1个，坑外潜水位观测点1个，坑外土体分层沉降观测点1个。
4.1钢筋混凝土支撑轴力监测
4.2坑外土体深层水平位移监测(土体测斜)
4.3坑外潜水位监测
预埋水位测管于基坑外的土体内，用水位计测量，了解水位变化。
4.4坑外土体分层沉降监测
对土体分层沉降监测采用与本系统配套的智能数码分层沉降计。分层沉降由多个单点沉降单元PVC管串接而成。
5监测数据分析
本基坑共设3道支撑，基坑第1皮土方开挖开始于2012年11月7日，并于2013年2月I日完成基坑大底板浇筑.
5.1钢筋混凝土支撑轴力监测
5.2坑外潜水位监测
由自动化监测方法得到的基坑外潜水位变化曲线，水位变化曲线显示，与初始潜水位相比，整个水位的变化介于-300~+500 mm之间，属于合理区间[8]。
5.3坑外土体地表沉降监测
在基坑进行土方开挖时，土体有较大沉降；在基坑开挖完成、底板浇筑完成后，土体沉降基本稳定在沉降数值方面，最大沉降为35mm，传统方法监测数值相近。
5.4坑外土体水平位移监测
截至2013年3月5日，坑外土体的最大水平位移达到38mm,最大位移点随着基坑开挖，逐渐向下移动，最大位移值也逐渐趋于稳定。这一变化规律符合理论逻辑。
6 成功预警典型点位
根据央企总部基地基坑工程工程自动化监测预警系统项目现场埋设的深层位移传感器实时监测成果，测斜测点HZB-7-Y于2012年09月30日13时42分数据报警（-32.01mm超过32mm的设计累计报警值），超过报警值 0.01mm。虽然变化值在控制值（40mm）之下，但对数据及图表分析研判，在19m深度处，Y方向位移有缓慢变大的趋势。为了保障项目安全，需要现场相关单位及预警控制值设计单位对场地进行核实，同时现场施工单位已采取加强巡查频率的措施，组织专家论证安全后再施工。目前我单位已积极开展加强监测频率等相关工作[10]。
结束语：
综上所述，通过对项目工程情况的分析，明确了监测设备布置方法与监测原理，由此也决定了以远程监测预警系统替代传统人工监测方法，使数据监测更具实时性、准确性的特点，预警信息也可以及时上报，实现数据可视化。为了避免传统人工监测方法存在的弊端，要在保证工作人员安全的基础上，针对工程中的危险源进行重点监测，以此达到安全、高效、及时监测预警这一目的。此外，文章最后通过典型点位成功预警的论述证明了监测系统的可靠性。
参考文献：
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[10]Sornette D,Helmstetter A,Andersen JV,et al.Towards Landslide Predictions：Two Case Studies[J]. Physica A：Statistical Mechanics & Its Applications, 2003, 338（2）：605-632.
论文作者:李立辉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第03期
论文发表时间:2019/5/27
标签：基坑论文; 数据论文; 工程论文; 预警系统论文; 位移论文; 传感器论文; 测量论文; 《工程管理前沿》2019年第03期论文;