黄河两岸深基坑安全监测技术分析

摘  要：基坑安全监测是地下工程建设运行的重要技术保障。基坑监测手段有传统人工配合仪器监测和自动化监测等方式，文章以黄河两岸深基坑工程监测为例，在预算可控的前提下，通过基坑监测项目实际经验，从监测内容、监测方法、数据处理和信息反馈等方面，比对分析两种监测手段的差异之处，讨论基坑监测项目实施操作的最优方案，为同类型项目提供新思路。

关键词：黄河两岸深基坑；基坑监测手段；预算可控；新思路

中图分类号：TP274  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）19-0191-05

Analysis of Safety Monitoring Technology for Deep Foundation Pit on Both Banks of the Yellow River

DONG Xueyuan

（Xuzhou Zhongkuang Geotechnical Technology Co.， Ltd.， Xuzhou  221000， China）

Abstract： Foundation pit safety monitoring is an important technical guarantee for the operation of underground engineering construction. The monitoring methods for foundation pits include traditional manual cooperation with instrument monitoring and automated monitoring. Taking the monitoring of deep foundation pit projects on both sides of the Yellow River as an example， this paper compares and analyzes the differences between the two monitoring methods from the aspects of monitoring content， monitoring methods， data processing， and information feedback under the premise of controllable budget， and discusses the optimal plan for implementing foundation pit monitoring projects， provide new ideas for similar projects.

Keywords： deep foundation pit on both banks of the Yellow River; foundation pit monitoring means; controllable budget; new idea

0  引  言

本文討论的项目位于华东地区，黄河岸边的空阔地带，包括两处深基坑：其一，基坑深19.5 m。四级进行放坡，四级自上而下高度分别为4 m、4 m、4 m、3.5 m，坡度1：2.0，台阶宽度4 m，最下部采用18 m长拉森Ⅳ型钢板桩进行支护，高度为4 m，基坑底部尺寸为22 m×12 m，上口尺寸为116 m×106 m，周围采取管井与轻型井点降水相结合的降水措施。基坑内输气管线和光缆间距8 m；其二，基坑深11.5 m。两级进行放坡，每级高度3.5 m，坡度1：2.0，台阶宽度4 m，最下部采取18 m长拉森Ⅳ型钢板桩进行支护，高度为4.5 m，基坑底部尺寸为30 m×12 m，上口尺寸为74 m×56 m，周围采取管井与轻型井点降水相结合的降水措施。由基坑支护设计文件和相关规范确定基坑安全监测等级为一级。对于一级基坑，基坑监测内容最为复杂，按照目前的技术发展水平，人工监测是主流的监测方式，但该种方式存在诸多问题，例如：坐标转换、角度换算、方位角计算、距离推算等数据处理工作烦琐；监测日报、监测周报、监测月报等报表的传递效率较低；查询、应急管理、预警预报等信息存在滞后现象。自动化监测解决了人工监测面临的问题，但是成本造价过高，自动化监测常用于大型或特大型项目，对于常规基坑监测项目，应用经验较少。

1  方案分析

基坑监测是指基坑建设施工期间，采用仪器测量和现场巡查等方式，对基坑本身和周边的安全状况、变化特征及其发展趋势进行定期的量测监视及数据采集、分析、反馈活动。随着仪器测量技术的快速发展，人工监测方式逐渐被自动化监测方式取代，与此同时，自动化监测的代价却高于人工监测，在技术引用和生产经济效益之间权衡得失，是新技术推广应用的关键。

1.1  监测内容

由基坑支护设计文件和《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497—2019）确定基坑安全监测等级为一级。该项目监测内容包括坡（桩）顶部水平和竖向位移、深层水平位移、坑外水位监测及周边地表竖向位移。

坡（桩）顶部水平监测通过量测特定方向上位移量，反馈水平位移监测点的变化情况。人工监测手段需要利用全站仪，配合棱镜进行测量，人工干预度高，但成本较低；自动化监测则是利用测量机器人，同时配合棱镜，人工干预度低，代价较高。

坡（桩）顶部竖向位移（周边地表竖向位移）监测通过竖直方向的位移量，反馈竖向位移点的变化情况。人工监测采用几何水准测量方法，人工参与度高，成本较低；自动化监测采用静力水准测量，元器件价格高昂。

深层水平位移人工监测采用测斜管和测斜仪，操作复杂，成本较低；自动化监测所用元器件价格昂贵，但效率较高。

坑外水位人工监测采用水位管和水位计，操作简单，成本较低；自动化监测所用元器件价格昂贵，但效率较高。

1.2  监测方法

基坑监测有仪器监测和巡视检查两种方式。

仪器监测内容包含坡（桩）顶部水平和竖向位移、深层水平位移、坑外水位及周边地表竖向位移；人工监测手段和自动化监测手段各有利弊，当人工成本大于物质成本时，优先选择自动化监测，反之优选人工监测。

巡视检查类型分为支护结构、施工工况、周边环境和监测设施，具体情况如表1所示。

从表1中可以看出，巡视检查工作内容繁多，多数需要关注监测项目细节，人工监测相比自动化监测，在细微处判别上有先天优势，若要使自动化监测达到人的观察力，需要依靠更尖端的三维影像技术，在工程造价上会有较大幅度的提高。

1.3  数据处理

人工监测中的数据处理依靠专业软件，采用人机交互方式，通过特定监测方法统计分析监测项目变化趋势，达到安全监测的目的。

坡（桩）顶部水平数据处理以施工坐标系为基准系统（以极坐标监测方法为例），平行于施工轴线为X轴方向，施工轴线前进方向为正方向；垂直于施工轴线为Y轴方向，指向基坑内部为正方向；通过水平位移监测点位相对坐标信息，计算基坑安全监测期间内各期数据点位差变化值，根据监测周期换算水平位移点位变形速率和累积变形量等信息。

坡（桩）顶部竖向位移（周边地表竖向位移）数据处理以整平后的施工面为基准面，垂直于基准面为方向线，基准面上方为正方向，通过竖向位移监测点相对高程，计算基坑安全监测期间内各期数据变化值，根据监测周期换算竖向位移点位变形速率和累积变形量等信息。

深层水平位移数据处理以基坑围护结构轴线为Y轴，竖直向下为正方向；垂直于围护结构轴线为X轴，指向基坑内侧为正方向；以围护结构底部为基准面，围护结构体0.5 m间距为观测单元，利用测斜仪采集的测斜管变化倾角α0.5，利用公式Δ0.5 = 0.5×sinα0.5分段统计不同深度水平位移状态：

其中，n是0.5 m的整倍数；n = L围护结构 / 0.5 =

2L围护结构，L表示围护结构长度，单位是m。计算基坑安全监测期间内各期数据变化值，根据监测周期换算深层水平位移点位变形速率和累积变形量等信息。

坑外水位数据处理以水位观测孔位管口为基准面，垂直于基准面为方向线，基准面上方为正方向，利用水位计观测地下水位相对于基准面高差，通过地下水位监测点相对高程，计算基坑安全监测期间内各期数据变化值，根据监测周期换算地下水位监测点位高差变形速率和水位监测点位累积变形量等信息。

自动化监测数据处理功能集成于数据云平台，如图1、图2所示，平台内预先写入专业数据处理代码，当云平台外接元件开始采集监测数据时，监测数据经同步处理后转存至云平台数据库，整个过程全自动化实现，无须人工干预。自动化监测数据处理流程如图3所示，核心功能在于云平台的引用，综合地质资料数据库、监测数据库、施工进度数据库中的数据以及地理信息数据等基础信息数据，其中地质资料提供设计依据，监测数据、施工进度数据和地理信息数据体现基坑施工过程荷载变化情况以及周边环境受影响情况，在系统集成软件多种预设算法的加持下，实现基坑支护设计方案和实际施工状态比对分析，验证设计方案科学性；获取实时日常报表，解决信息滞后问题；系统分析各种动态因素发展趋势，做到事前控制；利用可视化平台和多种媒介，做到项目进展可视化、监测过程实时化、数据传递零延迟、预警快报高效化和解决方案同步化，对整个项目信息化管理起到关键作用。

1.4  信息反馈

人工监测信息以各种报表（包含监测日报、预警快报和监测周报、监测月报等）形式展现，具体内容要求为：

1）监测日报。统计分析当天监测数据、巡查记录及预警建议信息。

2）预警快报。在判断基坑监测工程达到综合预警状态或可能发生重大突发风险事件时进行预警快报，内容主要包括风险时间、风险地点、风险概况、风险成因初步分析、风险趋势、风险处理对策。预警快报是在充分结合施工、监理、设计及勘察单位等预警建议信息基础上进行的综合预警快报。

3）监测周报、监测月报。包括一周或多周、月度周期内，仪器监测数据、现场巡查信息及異常信息存在和解决的汇总报表，包含各责任主体在风险监测周期内，针对风险评估、施工进程和安全评价进行的信息汇总。

自动化监测信息反馈采用监测云平台系统，如图4、图5、图6所示。云平台是基于最新的物联网技术、云计算技术，服务于监测行业的开放云平台和数据中心。在用户与各种监测设备之间架起一座便捷通畅的桥梁。为用户提供传感器数据、视频图像、图片远程采集、传输、存储、处理及预警信息发送等多种服务。实现云存储、实时监控、可视化管理、数据预警、风险控制等第三方公共服务。该平台的功能主要包括传感器数据、视频图像、图片远程采集、传输、存储、处理；报表、报告生成，实时推送；可视化管理、数据预警、风险控制等第三方公共服务。

2  方案选型

在预算可控的前提下，根据甲方及设计要求，从监测内容、监测方法、数据处理和信息反馈等方面，对监测项目进行拆分，对部分监测项目实施自动化监测，该部分包括坡（桩）顶水平和竖直位移、周边地表及地下水位；其余部分人工配合仪器监测，包括深层水平位移和现场巡视。

通过黄河两岸深基坑工程监测方案选型分析发现，人工监测手段和自动化监测手段分别具有以下特点，如表2所示。

从表2中可以看出，自动化监测在预算充足的情况下，所有方面均优于人工监测；但是从平衡经济效益角度考虑，可以拆分监测项目，实行自动化监测和人工监测相结合，实现经济和质量双优目标。

3  结  论

本文以黄河两岸深基坑工程监测为例，在预算可控的前提下，从监测内容、监测方法、数据处理和信息反馈等方面讨论项目实施的最优方案。根据基坑监测项目实施经验，对比分析人工监测和自动化监测的优缺点，做出如下总结：对于常规基坑监测项目，人工监测在保证质量的前提下，实现监测手段的通用性，经济效益最大化，但却存在监测信息涵盖单一和数据传递滞后等不足；自动化监测更适用于特殊项目，凭借物联网技术、云计算技术服务于监测行业的开放云平台和数据中心，实现项目进展可视化、监测过程实时化、数据传递零延迟、预警快报高效化和解决方案同步化。在用户与各种监测设备之间架起一座便捷通畅的桥梁，为用户提供传感器数据、视频图像、图片远程采集、传输、存储、处理及预警信息发送等多种服务，是未来监测项目的发展趋势。

参考文献：

[1] 崔逍，何文峰，胡文权.浅谈基于物联网技术的自动化监测 [J].城市勘测，2020，176（1）：159-162.

[2] 张培培，范家奇.基于物联网的综合管廊自动化监测系统应用与分析 [J].中国市政工程，2022，220（1）：109-112+117+130.

[3] 曹权，李清明，项伟，等.基坑群开挖对邻近既有地铁隧道影响的自动化监测研究 [J].岩土工程学报，2012，34（S1）：552-556.

[4] 肖同刚.基坑开挖施工监控对临近地铁隧道影响分析 [J].地下空间与工程学報，2011，7（5）：1013-1017.

[5] 葛继空，李卫军.基于测量机器人的深基坑自动化监测系统优化研究 [J].测绘技术装备，2021，23（4）：11-15.

[6] 逯焕波，陈昌师，刘俊生.自动化监测在城市深大基坑监测工程中的应用研究 [J].工程建设与设计，2020，430（8）：277-278.

[7] 谢雄耀，郁宏杰.基坑开挖对下卧隧道的变形监控实例研究 [J].地下空间与工程学报，2014，10（S1）：1646-1652.

[8] 李昊阳.软土基坑自动化回灌方案优化设计研究 [D].西安：长安大学，2019.

[9] 戴加东.深基坑施工影响下邻近既有地铁设施的监测及变形分析 [J].土木工程，2022，11（8）：954-962.

作者简介：董雪园（1988—），男，汉族，江苏徐州人，工程师，硕士，研究方向：大地测量学与测量工程。

收稿日期：2023-04-14