摘? 要：基坑安全監(jiān)測是地下工程建設(shè)運行的重要技術(shù)保障?；颖O(jiān)測手段有傳統(tǒng)人工配合儀器監(jiān)測和自動化監(jiān)測等方式，文章以黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測為例，在預(yù)算可控的前提下，通過基坑監(jiān)測項目實際經(jīng)驗，從監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面，比對分析兩種監(jiān)測手段的差異之處，討論基坑監(jiān)測項目實施操作的最優(yōu)方案，為同類型項目提供新思路。

關(guān)鍵詞：黃河兩岸深基坑；基坑監(jiān)測手段；預(yù)算可控；新思路

中圖分類號：TP274? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

本文討論的項目位于華東地區(qū)，黃河岸邊的空闊地帶，包括兩處深基坑：其一，基坑深19.5 m。四級進行放坡，四級自上而下高度分別為4 m、4 m、4 m、3.5 m，坡度1：2.0，臺階寬度4 m，最下部采用18 m長拉森Ⅳ型鋼板樁進行支護，高度為4 m，基坑底部尺寸為22 m×12 m，上口尺寸為116 m×106 m，周圍采取管井與輕型井點降水相結(jié)合的降水措施?；觾?nèi)輸氣管線和光纜間距8 m；其二，基坑深11.5 m。兩級進行放坡，每級高度3.5 m，坡度1：2.0，臺階寬度4 m，最下部采取18 m長拉森Ⅳ型鋼板樁進行支護，高度為4.5 m，基坑底部尺寸為30 m×12 m，上口尺寸為74 m×56 m，周圍采取管井與輕型井點降水相結(jié)合的降水措施。由基坑支護設(shè)計文件和相關(guān)規(guī)范確定基坑安全監(jiān)測等級為一級。對于一級基坑，基坑監(jiān)測內(nèi)容最為復(fù)雜，按照目前的技術(shù)發(fā)展水平，人工監(jiān)測是主流的監(jiān)測方式，但該種方式存在諸多問題，例如：坐標轉(zhuǎn)換、角度換算、方位角計算、距離推算等數(shù)據(jù)處理工作煩瑣；監(jiān)測日報、監(jiān)測周報、監(jiān)測月報等報表的傳遞效率較低；查詢、應(yīng)急管理、預(yù)警預(yù)報等信息存在滯后現(xiàn)象。自動化監(jiān)測解決了人工監(jiān)測面臨的問題，但是成本造價過高，自動化監(jiān)測常用于大型或特大型項目，對于常規(guī)基坑監(jiān)測項目，應(yīng)用經(jīng)驗較少。

1? 方案分析

基坑監(jiān)測是指基坑建設(shè)施工期間，采用儀器測量和現(xiàn)場巡查等方式，對基坑本身和周邊的安全狀況、變化特征及其發(fā)展趨勢進行定期的量測監(jiān)視及數(shù)據(jù)采集、分析、反饋活動。隨著儀器測量技術(shù)的快速發(fā)展，人工監(jiān)測方式逐漸被自動化監(jiān)測方式取代，與此同時，自動化監(jiān)測的代價卻高于人工監(jiān)測，在技術(shù)引用和生產(chǎn)經(jīng)濟效益之間權(quán)衡得失，是新技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.1? 監(jiān)測內(nèi)容

由基坑支護設(shè)計文件和《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》（GB 50497—2019）確定基坑安全監(jiān)測等級為一級。該項目監(jiān)測內(nèi)容包括坡（樁）頂部水平和豎向位移、深層水平位移、坑外水位監(jiān)測及周邊地表豎向位移。

坡（樁）頂部水平監(jiān)測通過量測特定方向上位移量，反饋水平位移監(jiān)測點的變化情況。人工監(jiān)測手段需要利用全站儀，配合棱鏡進行測量，人工干預(yù)度高，但成本較低；自動化監(jiān)測則是利用測量機器人，同時配合棱鏡，人工干預(yù)度低，代價較高。

坡（樁）頂部豎向位移（周邊地表豎向位移）監(jiān)測通過豎直方向的位移量，反饋豎向位移點的變化情況。人工監(jiān)測采用幾何水準測量方法，人工參與度高，成本較低；自動化監(jiān)測采用靜力水準測量，元器件價格高昂。

深層水平位移人工監(jiān)測采用測斜管和測斜儀，操作復(fù)雜，成本較低；自動化監(jiān)測所用元器件價格昂貴，但效率較高。

坑外水位人工監(jiān)測采用水位管和水位計，操作簡單，成本較低；自動化監(jiān)測所用元器件價格昂貴，但效率較高。

1.2? 監(jiān)測方法

基坑監(jiān)測有儀器監(jiān)測和巡視檢查兩種方式。

儀器監(jiān)測內(nèi)容包含坡（樁）頂部水平和豎向位移、深層水平位移、坑外水位及周邊地表豎向位移；人工監(jiān)測手段和自動化監(jiān)測手段各有利弊，當人工成本大于物質(zhì)成本時，優(yōu)先選擇自動化監(jiān)測，反之優(yōu)選人工監(jiān)測。

巡視檢查類型分為支護結(jié)構(gòu)、施工工況、周邊環(huán)境和監(jiān)測設(shè)施，具體情況如表1所示。

從表1中可以看出，巡視檢查工作內(nèi)容繁多，多數(shù)需要關(guān)注監(jiān)測項目細節(jié)，人工監(jiān)測相比自動化監(jiān)測，在細微處判別上有先天優(yōu)勢，若要使自動化監(jiān)測達到人的觀察力，需要依靠更尖端的三維影像技術(shù)，在工程造價上會有較大幅度的提高。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

人工監(jiān)測中的數(shù)據(jù)處理依靠專業(yè)軟件，采用人機交互方式，通過特定監(jiān)測方法統(tǒng)計分析監(jiān)測項目變化趨勢，達到安全監(jiān)測的目的。

坡（樁）頂部水平數(shù)據(jù)處理以施工坐標系為基準系統(tǒng)（以極坐標監(jiān)測方法為例），平行于施工軸線為X軸方向，施工軸線前進方向為正方向；垂直于施工軸線為Y軸方向，指向基坑內(nèi)部為正方向；通過水平位移監(jiān)測點位相對坐標信息，計算基坑安全監(jiān)測期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)點位差變化值，根據(jù)監(jiān)測周期換算水平位移點位變形速率和累積變形量等信息。

坡（樁）頂部豎向位移（周邊地表豎向位移）數(shù)據(jù)處理以整平后的施工面為基準面，垂直于基準面為方向線，基準面上方為正方向，通過豎向位移監(jiān)測點相對高程，計算基坑安全監(jiān)測期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測周期換算豎向位移點位變形速率和累積變形量等信息。

深層水平位移數(shù)據(jù)處理以基坑圍護結(jié)構(gòu)軸線為Y軸，豎直向下為正方向；垂直于圍護結(jié)構(gòu)軸線為X軸，指向基坑內(nèi)側(cè)為正方向；以圍護結(jié)構(gòu)底部為基準面，圍護結(jié)構(gòu)體0.5 m間距為觀測單元，利用測斜儀采集的測斜管變化傾角α0.5，利用公式Δ0.5 = 0.5×sinα0.5分段統(tǒng)計不同深度水平位移狀態(tài)：

其中，n是0.5 m的整倍數(shù)；n = L圍護結(jié)構(gòu) / 0.5 =

2L圍護結(jié)構(gòu)，L表示圍護結(jié)構(gòu)長度，單位是m。計算基坑安全監(jiān)測期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測周期換算深層水平位移點位變形速率和累積變形量等信息。

坑外水位數(shù)據(jù)處理以水位觀測孔位管口為基準面，垂直于基準面為方向線，基準面上方為正方向，利用水位計觀測地下水位相對于基準面高差，通過地下水位監(jiān)測點相對高程，計算基坑安全監(jiān)測期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測周期換算地下水位監(jiān)測點位高差變形速率和水位監(jiān)測點位累積變形量等信息。

自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)處理功能集成于數(shù)據(jù)云平臺，如圖1、圖2所示，平臺內(nèi)預(yù)先寫入專業(yè)數(shù)據(jù)處理代碼，當云平臺外接元件開始采集監(jiān)測數(shù)據(jù)時，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)同步處理后轉(zhuǎn)存至云平臺數(shù)據(jù)庫，整個過程全自動化實現(xiàn)，無須人工干預(yù)。自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示，核心功能在于云平臺的引用，綜合地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、施工進度數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以及地理信息數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，其中地質(zhì)資料提供設(shè)計依據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)、施工進度數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)體現(xiàn)基坑施工過程荷載變化情況以及周邊環(huán)境受影響情況，在系統(tǒng)集成軟件多種預(yù)設(shè)算法的加持下，實現(xiàn)基坑支護設(shè)計方案和實際施工狀態(tài)比對分析，驗證設(shè)計方案科學性；獲取實時日常報表，解決信息滯后問題；系統(tǒng)分析各種動態(tài)因素發(fā)展趨勢，做到事前控制；利用可視化平臺和多種媒介，做到項目進展可視化、監(jiān)測過程實時化、數(shù)據(jù)傳遞零延遲、預(yù)警快報高效化和解決方案同步化，對整個項目信息化管理起到關(guān)鍵作用。

1.4? 信息反饋

人工監(jiān)測信息以各種報表（包含監(jiān)測日報、預(yù)警快報和監(jiān)測周報、監(jiān)測月報等）形式展現(xiàn)，具體內(nèi)容要求為：

1）監(jiān)測日報。統(tǒng)計分析當天監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡查記錄及預(yù)警建議信息。

2）預(yù)警快報。在判斷基坑監(jiān)測工程達到綜合預(yù)警狀態(tài)或可能發(fā)生重大突發(fā)風險事件時進行預(yù)警快報，內(nèi)容主要包括風險時間、風險地點、風險概況、風險成因初步分析、風險趨勢、風險處理對策。預(yù)警快報是在充分結(jié)合施工、監(jiān)理、設(shè)計及勘察單位等預(yù)警建議信息基礎(chǔ)上進行的綜合預(yù)警快報。

3）監(jiān)測周報、監(jiān)測月報。包括一周或多周、月度周期內(nèi)，儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場巡查信息及異常信息存在和解決的匯總報表，包含各責任主體在風險監(jiān)測周期內(nèi)，針對風險評估、施工進程和安全評價進行的信息匯總。

自動化監(jiān)測信息反饋采用監(jiān)測云平臺系統(tǒng)，如圖4、圖5、圖6所示。云平臺是基于最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)，服務(wù)于監(jiān)測行業(yè)的開放云平臺和數(shù)據(jù)中心。在用戶與各種監(jiān)測設(shè)備之間架起一座便捷通暢的橋梁。為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠程采集、傳輸、存儲、處理及預(yù)警信息發(fā)送等多種服務(wù)。實現(xiàn)云存儲、實時監(jiān)控、可視化管理、數(shù)據(jù)預(yù)警、風險控制等第三方公共服務(wù)。該平臺的功能主要包括傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠程采集、傳輸、存儲、處理；報表、報告生成，實時推送；可視化管理、數(shù)據(jù)預(yù)警、風險控制等第三方公共服務(wù)。

2? 方案選型

在預(yù)算可控的前提下，根據(jù)甲方及設(shè)計要求，從監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面，對監(jiān)測項目進行拆分，對部分監(jiān)測項目實施自動化監(jiān)測，該部分包括坡（樁）頂水平和豎直位移、周邊地表及地下水位；其余部分人工配合儀器監(jiān)測，包括深層水平位移和現(xiàn)場巡視。

通過黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測方案選型分析發(fā)現(xiàn)，人工監(jiān)測手段和自動化監(jiān)測手段分別具有以下特點，如表2所示。

從表2中可以看出，自動化監(jiān)測在預(yù)算充足的情況下，所有方面均優(yōu)于人工監(jiān)測；但是從平衡經(jīng)濟效益角度考慮，可以拆分監(jiān)測項目，實行自動化監(jiān)測和人工監(jiān)測相結(jié)合，實現(xiàn)經(jīng)濟和質(zhì)量雙優(yōu)目標。

3? 結(jié)? 論

本文以黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測為例，在預(yù)算可控的前提下，從監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面討論項目實施的最優(yōu)方案。根據(jù)基坑監(jiān)測項目實施經(jīng)驗，對比分析人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測的優(yōu)缺點，做出如下總結(jié)：對于常規(guī)基坑監(jiān)測項目，人工監(jiān)測在保證質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)監(jiān)測手段的通用性，經(jīng)濟效益最大化，但卻存在監(jiān)測信息涵蓋單一和數(shù)據(jù)傳遞滯后等不足；自動化監(jiān)測更適用于特殊項目，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)服務(wù)于監(jiān)測行業(yè)的開放云平臺和數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)項目進展可視化、監(jiān)測過程實時化、數(shù)據(jù)傳遞零延遲、預(yù)警快報高效化和解決方案同步化。在用戶與各種監(jiān)測設(shè)備之間架起一座便捷通暢的橋梁，為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠程采集、傳輸、存儲、處理及預(yù)警信息發(fā)送等多種服務(wù)，是未來監(jiān)測項目的發(fā)展趨勢。

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作者簡介：董雪園（1988—），男，漢族，江蘇徐州人，工程師，碩士，研究方向：大地測量學與測量工程。

收稿日期：2023-04-14