CN108180938A - 一种深基坑实时监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深基坑实时监测预警系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据管理平台和数据分析警报模块，所述的数据采集模块通过数据采集模块与数据传输模块连接，数据采集模块将实时数据发送到数据传输模块，数据传输模块与数据管理平台相连，数据传输模块将数据发送到数据管理平台对数据进行编译和储存同时数据发送至数据分析警报模块进行比对分析。

Description

一种深基坑实时监测预警系统

技术领域

本发明涉及基坑监测技术领域，具体是一种深基坑实时监测预警系统。

背景技术

随着城市建设的快速房展，地铁、超高层建筑和高铁工程车站等深基坑施工项目越来越多。而城市建设用地的日益紧张，导致深基坑的施工条件也越来越复杂。有的长大基坑深度可达30 m，有的基坑要穿越淤泥或流沙层；有的深基坑边缘距重要建筑物仅几米。深基坑在开挖过程中，会引起支护结构内力和位移以及深基坑内外土体的变形，这不仅危及深基坑本身，而且还会危及周边建筑物，容易引发重大事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。如2009年3月青海西宁市发生的深基坑坍塌事故，造成8人死亡。因此，许多深基坑工程在施工时，除了在开挖与支撑方法上采取种种措施之外，还对基坑周边的敏感部位进行监控量测，以保证深基坑的施工安全与施工质量。

经研究发现，在深基坑的开挖过程中，常常出现基坑壁面的位移和地表的下沉，因此，施工监测通常是针对以上两种位移而进行的，并依据位移监测成果判断基坑周围岩土及支撑结构的稳定性。目前，在深基坑位移监测中，主要采用钻孔位移计、全站仪和精密水准仪等进行监测。这些方法存在以下不足：

(1)不能实时监测。即不能随时监测测点的变形情况，因而不能及时反映施工过程中基坑工程的异常变化。

(2)对施工干扰大。由于变形监测中需要架设仪器，所以对施工作业，尤其是运输作业干扰很大。

(3)监测工作危险。在人员不易接近的地方，为了获取监测数据，监测人员不得不频繁接近危险空间。

(4)监测费用高。同一断面要多次反复监测，监测过程烦琐，用人多，耗时长，导致监测费用较高。

为了克服传统位移监测方法的上述不足，根据基坑工程监测技术规范，申请人设计一种针对深基坑的实时监测预警系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种对基坑实时在线式的位移监测，结合基坑设计资料，预测基坑支护结构的位移趋向，通过对监测数据的分析，确定是否存在危险情况发生的检测预警系统，。本发明的技术解决方案是：

所述深基坑实时监测预警系统及其监测方法，包括数据采集模块、数据传输模块、数据管理平台和数据分析警报模块，所述的数据采集模块通过数据采集模块与数据传输模块连接，数据采集模块将实时数据发送到数据传输模块，数据传输模块与数据管理平台相连，数据传输模块将数据发送到数据管理平台对数据进行编译和储存同时数据发送至数据分析警报模块进行比对分析。

所述数据采集模块，包括钢筋应力计、锚索应力计、表面应变计、深部应变计、轴力计、渗压计、水位计、位移计、扬压力计、测斜仪、温湿度计和土压力计。

所述数据传输模块，包括无线路由器、集线器和信号发射塔。

所述数据管理平台，包括网络云数据库和译码器。

所述数据分析警报模块，包括实时监控软件、分析软件和警报软件。

围护桩内部受力的监测方法：

1.基坑深部位移监测

深层水平位移监测是观测支护结构各深度的水平位移量，用以监测支护桩或土体的变形。当测出支护结构在没有外界荷载作用下位移急剧增大则表示土体临近破坏。其量测方法是：

①首先在预定位置埋设足够深（以达到不动点为止）铅直的测斜管，管内有互成90°的四个导槽，使其中一对互成180°的导槽与土体变形方向一致（与基坑边垂直）；

②放入带有导轮的测斜仪沿导槽滑动，由于测斜仪能反应出测管与重力线之间的倾角，因而能测出测斜仪所在位置测管在土体作用下的倾斜度θi，换算成该位置测斜仪上下导轮间（或分段长度）的位置偏差Δd:Δd=Lsinθi

式中，L为量测点的分段长度。自下而上累加可知各点处的水平位置：

d=ΣLsinθi

与初次位置测值相减即为各点本次量测的水平位移。

深层水平位移采用GN-1B型固定式测斜仪施测，精度0.1mm。

设备简介

深部位移量是对基坑围护内部结构的扰度变形的直接反应，是影响基坑结构体稳定的重要因素。项目采用一组内部测斜仪对围护结构的扰度变形进行实时、连续的监测，所用设备为GN-1B型固定式测斜仪。仪器采用打孔安装方式，采用钻孔机打孔时孔径要求大于75mm。在每个孔位不同深度安装一组（N支）内部测斜仪，仪器沿着铅垂线的方向在变形面的指定勘测位置进行安装。

2.地表沉降监测

沉降观测为工程建设中一项基本的监测参数，有些沉降幅度是允许范围内，而有些则可能造成工程质量的缺失甚至灾难性事故，因此对于大型工程沉降的观测尤显重要。

在静力水准仪系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)的变化，该点的垂直位移应是相对恒定的或是可用其它方式校核的，以此便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降相对变化量。

设备简介

JL-1型静力水准仪是由磁致伸缩式传感器组成的高精密液位测量仪器，该仪器适用于岩土工程长期监测多点部位的沉降量。测量方式是将多台静力水准仪的容器用通液管联接，每台容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的磁浮子位置随液位的变化而同步变化，由测量值可计算出各测点的沉降量。

静力水准仪所采用的磁致伸缩式传感器具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快，工作寿命长等优点。主要功能：直线测量，绝对位置输出，非接触式连续测量，永不磨损，传感器不用重新标定及定期维护，输入/输出多种选择：可选择电压、电流、RS485数字信号输出，安装简单方便等性能。

3.浸润线监测

基坑处于高地下水区域，地下水的变化往往对灾害点的加速恶化起到很大作用，因此在这样的地方增设地下水观测项目，布设一个测点，采用钻孔安装一支渗压计来实现地下水监测，监测站采用VWP型渗压计进行测量。用于监测区域范围内的水位、水温等参数。

设备简介

当被测水压荷载作用在渗压计上，将引起弹性膜板的变形，其变形带动振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号传输至读数装置，即可测出水荷载的压力值，进而计算出浸润线的高度。

4.支护结构内力监测

主要包括支撑内力、围护墙内力、锚杆拉力等。

当被测结构物内部的钢筋发生应力变化时，钢筋计将受到拉伸或压缩，钢套同步产生变形，变形使应变计感受拉伸或压缩的变形，此变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内钢筋所受的应力。同时可同步测量埋设点的温度值。

所述深基坑实时监测预警系统各模块作用：

数据采集模块：根据不同的监测需求，本模块可采集包括应力应变、水压水位、土压力、渗透压、位移、倾斜、沉降、水位等监测元素，可集成钢筋应力计、锚索应力计、表面应变计、深部应变计、轴力计、渗压计、水位计、位移计（裂缝计）、扬压力计、测斜仪、温湿度计、土压力计等监测传感模块。本模块适用于自动测量多类传感器信号，其测量精度高、功能齐全、抗干扰能力强、适应长期运行。单个模块可接入32支传感器。模块拥有黑色金属外壳，可有效防护电磁干扰。模块与主板为即插即拔式设计，系统自动识别模块类型及插座地址。

数据传输模块：由集线器、路由器和信号发射塔组成，集线器用于接收有线采集设备的数据，路由器用于接收无线采集设备的数据，同时接收集线器发出的数据，信号发射塔将路由器收集到的数据通过光缆、局域网或因特网等方式将数据实时地发送至数据管理平台。

数据管理平台：用于储存从数据传输模块端接收到的数据，并利用译码器将信号进行编译，编译好的数据发送至数据分析警报模块。

数据分析警报模块：

1）实时监控软件可实时监测的各测点传感器，可自定采集时间，并对原始数据进行滤波、计算等处理,数据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印。

2）实时监控软件监测数据能够保存在多种数据库内，并可进行历史数据查询，生成选定时间段内的传感器最大最小值，还可以直接生成EXCEL或其他形式报表。

4）警报软件具有数据越限报警设置显示功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示或手机短信报警。

5）实时监控软件能对系统中的每一用户进行口令和操作权限的管理，能对不同的用户分配不同的系统访问、操作权限级别。用户登录后的操作将写入系统日志，保障运行系统的安全性。

6）分析软件满足开放性标准的要求，方便系统功能的添加、删除、维护、修改、扩展。兼容当前流行的多种数据库，包括Access、SQLServer、Oracle，并满足数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求。

7）采用先进分析软件，功能强大、灵活方便、界面美观，信息化管理，智能化监测，不仅可完全实现安全监测的功能要求，还可根据实际需要进行软件升级,符合今后的发展方向。

本发明的深基坑实时监测预警系统具有如下有益效果：

1、本发明通过增设深部位移监测、地表沉降监测和浸润线监测，通过采集水平位移信号、围护桩顶部沉降信号和深基坑地下水位信号从而分析围护桩受力情况和变化趋势，避免由于围护桩内力变化而导致基准值变化产生预警误差，提高系统预警精准度。

2、本发明的具有全自动化功能，可在无人值守的情况下不间断定时观测，采用远离全站仪监测站的计算机中心控制机房监控方式，值班人员在控制机房可全面了解监测系统的运行情况。

3、本发明所述的警报系统设有三重报警功能，分别是：窗口弹出提示报警，网络报警，短信息报警，确保采用多重方式准确及时的传达报警信息，做到万无一失。

4、本发明系统结构简单，采用模块化系统，各部分相对独立，易于检查和维修，采集到的数据均会上传网络云数据库，可以随时异地同步下载。

5、本发明采用无线路由和信号发射塔实时发送数据采集模块采集到的动态信号，保证系统的实时监控软件能够准确、及时地反应基坑现场情况。

附图说明

图1是所述的深基坑实时监测预警系统的结构示意图；

图2是所述的倾斜仪图片；

图3是所述的静力水准仪图片；

图4是所述的渗压仪结构示意图；

图5是所述的实时监测软件界面图。

具体实施方式

为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步说明。

所述深基坑实时监测预警系统及其监测方法，包括数据采集模块、数据传输模块、数据管理平台和数据分析警报模块，所述的数据采集模块通过数据采集模块与数据传输模块连接，数据采集模块将实时数据发送到数据传输模块，数据传输模块与数据管理平台相连，数据传输模块将数据发送到数据管理平台对数据进行编译和储存同时数据发送至数据分析警报模块进行比对分析。

所述数据采集模块，包括钢筋应力计、锚索应力计、表面应变计、深部应变计、轴力计、渗压计、水位计、位移计、扬压力计、测斜仪、温湿度计和土压力计。

所述数据传输模块，包括无限路由器、集线器和信号发射塔。

所述数据管理平台，包括网络云数据库和译码器。

所述数据分析警报模块，包括实时监控软件、分析软件和警报软件。

优选的情况，选择GN-1B固定式测斜仪，由固定式测斜仪、测杆、导向轮、连接软缆、传输电缆等组成。测斜仪采用的是耐冲击型倾斜传感器，可靠性好稳定时间快，安装附件少组装方便，配合测斜管使用，可方便实现测量的自动化。

所述固定式测斜仪安装方法：

在安装前，须对测斜管进行测量，最好用活动测斜仪进行测量，这即可探一下测斜管安装的好坏，同时可绘制出测斜管的管形图，以使传感器就位后测值不至于超过其满量程限度。

在安装前还要检查孔口架是否就位固定好，以及测管是否做好十字导槽的“A+”轴向和“A-”轴向的永久标记。

固定测斜仪从生产厂家出厂时是散件包装的，首先应检查测斜仪的导向轮是否转动灵活，扭簧是否有力。检查传感器部件是否工作正常(以铅垂线为基准倾向高端导向轮一侧读数增大，倾向另一侧读数减小)，按设计高程截取连接钢丝绳(设计高程加减25cm)，并将固定测斜仪用钢丝绳首尾相连，确认完好后以备安装。

如在测孔内只安装一套仪器，只要把固定测斜仪头部与钢丝绳连接即可。在安装时要根据被测体需要观测的偏移方向，先将传感器和轮架导轮的正方向(高轮方向)对准测斜管的“A+” 轴向的导槽内，缓缓滑入测管内，理顺仪器电缆，每放一段深度用自锁扎带把电缆同吊装钢丝绳缠在一起，不要扎在固定测斜仪的部件上。当放到设计高程后把最后吊装钢丝绳固定在孔口装置的横轴上用锁扣锁紧，将电缆按设计走向埋设。

串联安装两套以上固定测斜仪时安装方法基本相同，固定测斜仪是用钢丝绳首尾相连,组装时应按施工图纸要求的数量装成一个个测量单元，检查确认完好后以备吊装。吊装是按一个个测量单元的顺序放入测斜管内，每个测量单元之间的连接用钢丝绳连接，连接一定要牢靠，各个测量单元的所有导向轮方向必须一致。

Claims (5)

1.一种深基坑实时监测预警系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据传输模块、数据管理平台和数据分析警报模块，所述的数据采集模块通过数据采集模块与数据传输模块连接，数据采集模块将实时数据发送到数据传输模块，数据传输模块与数据管理平台相连，数据传输模块将数据发送到数据管理平台对数据进行编译和储存同时数据发送至数据分析警报模块进行比对分析。

2.根据权利要求1所述的深基坑实时监测预警系统，其特征在于：所述数据采集模块，包括钢筋应力计、锚索应力计、表面应变计、深部应变计、轴力计、渗压计、水位计、位移计、扬压力计、测斜仪、温湿度计和土压力计。

3.根据权利要求1所述的深基坑实时监测预警系统，其特征在于：所述数据传输模块，包括无线路由器、集线器和信号发射塔。

4.根据权利要求1所述的深基坑实时监测预警系统，其特征在于：所述数据管理平台，包括网络云数据库和译码器。

5.根据权利要求1所述的深基坑实时监测预警系统，其特征在于：所述数据分析警报模块，包括实时监控软件、分析软件和警报软件。