自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)中的可靠性分析

李軼宇　楊復(fù)興　蘇世雄

【摘要】深基坑是工程施工中常見(jiàn)的施工項(xiàng)目，然而，深基坑的施工充滿著許多隱藏的危險(xiǎn)和問(wèn)題，因此深基坑的監(jiān)測(cè)對(duì)于城市設(shè)施的安全施工至關(guān)重要。為及時(shí)采取有效措施，確保深基坑安全施工。本文主要探討自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用過(guò)程，并進(jìn)行可靠性分析，以證明通過(guò)使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效提高深基坑施工的安全性，并促進(jìn)城市建設(shè)的良好發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng);可靠性;深基坑監(jiān)測(cè);應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.106

1、深基坑的概述

深基坑施工在城市中非常常見(jiàn)，主要是指施工深度在5米或5米以上，或者雖然深度未達(dá)到5米但是施工環(huán)境極為復(fù)雜的工程。由于城市環(huán)境的復(fù)雜性，因此在發(fā)展過(guò)程中必然會(huì)遇到深基坑施工。施工質(zhì)量和深基坑施工安全性直接影響城市發(fā)展水平和施工效果。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)深基坑工程的安全監(jiān)測(cè)和項(xiàng)目管理，促進(jìn)城市環(huán)境中深基坑工程的施工，避免發(fā)生安全相關(guān)的緊急情況，并有效改善深基坑工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。

2、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)以及結(jié)果報(bào)告系統(tǒng)組成。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)其功能主要是收集有關(guān)深基坑深水平位移的數(shù)據(jù)和有關(guān)深基坑地下水水位的數(shù)據(jù)，隨后將所有收集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，以便監(jiān)測(cè)站和數(shù)據(jù)處理中心可以同時(shí)監(jiān)測(cè)深基坑。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)基本上自動(dòng)組織、分類、處理和計(jì)算所有收集的數(shù)據(jù)，然后將所有處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。結(jié)果報(bào)告系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)查詢、視頻數(shù)據(jù)管理、分析和統(tǒng)計(jì)以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和預(yù)測(cè)。結(jié)果報(bào)告系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢功能可以調(diào)出數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)查詢和計(jì)數(shù)深基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其他功能在深基坑現(xiàn)場(chǎng)的安全監(jiān)測(cè)和管理中也起著重要作用。

當(dāng)前，隨著城市發(fā)展速度和水平的不斷提高，深基坑施工項(xiàng)目數(shù)量不斷增加，面積和深度也在增加，施工的復(fù)雜性也在增加。由于城市的大部分深基坑都位于交通繁忙以及地下管道密集的區(qū)域，因此環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，周圍有一些永久性建筑物。因此，在深基坑施工中，監(jiān)測(cè)深基坑的安全非常重要。

3、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)中的可靠性分析

3.1全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度分析

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用Trimble監(jiān)測(cè)點(diǎn)S8全站儀，該全站儀已安裝在所需的觀察臺(tái)上，并使用極坐標(biāo)法的全圓觀察法觀察單測(cè)站[6]。要分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)的整體精度，需要分析平面的精度。將儀器放在所需的觀察臺(tái)上，可以忽略調(diào)整誤差。假設(shè)原點(diǎn)為O，觀測(cè)點(diǎn)P，測(cè)水平角ɑ，垂直角β和傾斜距離S，可以從中得出要測(cè)量的P點(diǎn)的3D坐標(biāo)。計(jì)算公式（1）如下：

Xp=S·cosα·cosβ

Yp=S·sinα·cosβ

Zp=S·sinβ

根據(jù)公式（1），假定水平距離OP為監(jiān)測(cè)點(diǎn)D監(jiān)測(cè)點(diǎn)=S·cosβ，找到觀測(cè)值α、β、S的全微分并將其轉(zhuǎn)換為中誤差，計(jì)算公式（2）如下：

在公式m監(jiān)測(cè)點(diǎn)x中，m監(jiān)測(cè)點(diǎn)y和m監(jiān)測(cè)點(diǎn)z分別是在x，y和z方向上的點(diǎn)的坐標(biāo)中心的誤差。ms，mα，mβ分別是測(cè)量邊界的誤差，水平角的誤差和垂直方向的誤差?？梢运愠鳇c(diǎn)P的平面精度（3）如下：

從點(diǎn)P的平面測(cè)量精度（3）的公式可以看出，角度測(cè)量的精度和距離測(cè)量的精度共同影響測(cè)量點(diǎn)的位置誤差。因此，角度測(cè)量精度和距離測(cè)量精度相匹配，可以提高測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量精度。

3.2自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)深基坑監(jiān)測(cè)實(shí)例

在某地大樓深基坑監(jiān)測(cè)中采用該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該項(xiàng)目位于人口稠密的地區(qū)，環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)的手動(dòng)監(jiān)測(cè)很困難。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在大樓的頂部，根據(jù)需要建造一個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)，可防止建筑環(huán)境阻擋棱鏡。將3個(gè)棱鏡固定到3個(gè)周圍的建筑物上，以創(chuàng)建基準(zhǔn)網(wǎng)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)L形棱鏡位于凹坑頂部，作為觀察點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)之間的距離約為15m，總共有20個(gè)。經(jīng)過(guò)連續(xù)30期監(jiān)測(cè)得出如下結(jié)果（如表1所示）。

可以計(jì)算出P控制點(diǎn)的平面精度，并且不超過(guò)±0.8471監(jiān)測(cè)點(diǎn)mm。計(jì)算結(jié)果表明，在野外觀測(cè)條件下，平面控制的精度優(yōu)于測(cè)量二次變形時(shí)控制位移所需的觀測(cè)精度，點(diǎn)中心誤差為±3.0監(jiān)測(cè)點(diǎn)mm。手動(dòng)測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)差較大，相鄰點(diǎn)之間的偏移差大于自動(dòng)測(cè)量的點(diǎn)差。最大偏移量1.5毫米。自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的波動(dòng)較小。手動(dòng)測(cè)量的波動(dòng)明顯更大，并且測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性低于自動(dòng)測(cè)量的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)比較分析，可以得出結(jié)論，在監(jiān)測(cè)水平位移時(shí)，自動(dòng)測(cè)量的穩(wěn)定性要比手動(dòng)測(cè)量的穩(wěn)定性高得多。因此，自動(dòng)的可靠性控制可以滿足的要求。

4、在深基坑監(jiān)測(cè)中使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的策略研究

（1）構(gòu)建和改進(jìn)用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)深基坑的集成管理平臺(tái)：集成管理平臺(tái)可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)深基坑工程的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，例如應(yīng)力、坡度、位移、水位、軸向力等，以收集有關(guān)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)警和自動(dòng)警報(bào)處理以及項(xiàng)目安全的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，最后生成具有查詢功能的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告，從而節(jié)省在深基坑設(shè)計(jì)的成本，提高了工作效率和管理水平，并有助于有效改善深基坑的技術(shù)和水平監(jiān)測(cè)，協(xié)助施工監(jiān)督部門及時(shí)，全面地接收來(lái)自深基坑城市項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估安全狀況。

（2）部署自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：在監(jiān)測(cè)深基坑工程時(shí)，可以結(jié)合深基坑的特殊情況使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并可以設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)深層水平位移并控制深基坑中的地下水位。并將所有收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)管理中心。使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集城市深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以完全保留所有原始收集的數(shù)據(jù)，從而有效地提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）通過(guò)深基坑監(jiān)測(cè)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)：自動(dòng)處理通常使用Trimble4D軟件，該軟件可以自動(dòng)更正收集到的數(shù)據(jù)中的一些嚴(yán)重錯(cuò)誤，然后更正。同時(shí)，在處理監(jiān)測(cè)數(shù)時(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分類和組織，并對(duì)所有收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)自動(dòng)處理的效率和質(zhì)量。

（4）發(fā)布監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的在線發(fā)布是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要功能，可以提供在線預(yù)警，還可以發(fā)布包含動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的地圖或可視化地圖，以提供有關(guān)城市深度基準(zhǔn)的信息，有效捕獲坑的動(dòng)態(tài)變形，做出更及時(shí)有效的決策和措施，以確保深基坑的安全施工。

結(jié)語(yǔ)：

深基坑工程的數(shù)量和范圍在不斷擴(kuò)大，對(duì)深基坑工程的監(jiān)測(cè)也變得極為重要。為了有效提高深基坑工程監(jiān)測(cè)的效率，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集，分析，處理和發(fā)布深深基坑各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果，其可靠性可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，并可以有效提高監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，保證深基坑的施工安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]申冠鵬.自動(dòng)化技術(shù)在深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].城市建筑，2015（24）：110-110.