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技術專訪第二十期 | 針對超大深基坑智能監控及預警系統的研究 ... ... ... ... ... .. ...

2019-7-2 11:38

編前語:深基坑的定義是什麼?相信大家都知道,一般深基坑是指開挖深度超過5米(含5米)的基坑土方開挖、支護、降水工程為危險性較大的分部分項工程或地下室3層(含3層)或深度雖未超過5米,但地質條件和周圍環境及 ...

編前語:
深基坑的定義是什麼?相信大家都知道,一般深基坑是指開挖深度超過5米(含5米)的基坑土方開挖、支護、降水工程為危險性較大的分部分項工程或地下室3層(含3層)及深度雖未超過5米,但地質條件和周圍環境及地下管線特别複雜的工程,但根據住建局去年3月印發,6月1日開始實施的(危險性較大分部分項的工程安全管理規定),土方開挖深度超過3米的基坑即為危險性較大的分部分項工程,例如地下停車站、地鐵車站的建設等。同時,依據地質條件分類,基坑的危險等級也不同,深基坑的支護成敗,關系着建設周邊環境的安全及坑内施工人員的生命安全,而在基坑支護工程中,确保基坑支護本身及周邊環境的安全是首先必須要考慮的問題。

目前,随着城市化建設的不斷發展,城市建設用地緊張化,既有建、構築物周邊地塊的開發與利用越來越多,而面對這些工程事故多發的環節,探索運用現代信息技術也成了當代保證工程安全的重要手段之一,本次專訪,我們就具體案例,針對深基坑的工程施工監測與預警分析研究展開讨論。

專家介紹:
王登傑,工學碩士,高級實驗師。主要從事工程測量、精密測量及土木工程監控與檢測技術工作,負責完成山東廣電大廈、山東大衆傳媒大廈、山東省地礦局地質大廈、人民傳媒大廈等二十幾項超深大基坑工程的穩定監測及超高層建築物的沉降觀測工作。主持完成了三十多座大跨度連續剛構橋及斜拉橋的施工監控及檢測任務。在國内外核心期刊上發表科研論文30多篇,其中EI5篇,授權發明專利10多項。主編教材二部,參編教材二部。

研究方向:
主要研究方向有,大型橋梁施工過程監控與檢測及數據分析、深基坑工程施工監測與預警分析研究、結構工程檢測與數據分析、大地測量與測繪技術實施與數據分析、工程測量與精密定位技術研究、建(構)築物的變形檢測與數據分析研究、管道地理信息采集與數據分析。

Q1:王教授,我們了解到您做了濟南最大的深基坑監測項目,您能簡單給我們介紹一下項目背景麼??

王教授:濟南恒大國際金融中心是恒大集團在濟南重點打造的大型城市綜合體項目,位于濟南市槐蔭區體育公園東地塊。規劃用地面積10.86公頃,地上規劃總建築面積76萬平方米,地下規劃總建築面積約35萬平方米。主樓高度:518m,地上95層;裙房高度:37.2m,地上3層;地下室:地下4層,最大深度22m。更值得一提的是,它是山東第一高度,在全國在建高樓中排名13名。

基坑平面總面積約44000平米,基坑挖深約22米,南北長458米,東西寬260米,為超大深基坑工程。基坑工程的四周支護結構采用樁錨支護。基坑支護結構的安全等級為一級。


Q2:針對該項目,我們的建築基坑自動化監測系統,有哪些部分組成?具有哪些功能呢?

王教授:為實現超大深基坑的無人值守、遠程控制的連續在線監控制與檢測,我們建立了建築基坑自動監測系統。此監測系統既可以在監測站現場獨立連續運行,也可以通過布設到現場的無線局域網和遠程桌面控制方式對其進行遠程操作、查看和下載數據等。

而此智能監測及預警系統基本上是由四部分組成:監控傳感器、數據處理與成果呈現、數據采集與傳輸、數據分析與報警系統。


Q3:該自動化變形監測系統是怎樣的運行模式呢?與傳統的監測模式相比,有哪些更可觀的優勢?

王教授:整個系統是無人值守自動化變形監測系統,項目主要由三個部分組成——傳感器部分、數據采集與傳輸部分、數據呈現與控制部分。而針對兩種監測模式的對比來說:

傳統方式:人工檢測為主,環境惡劣,交通偏遠,成本高,且不少場景不利于作業,人員安全受威脅。評估受人為因素影響大;單次性,缺乏連續性和系統性;對事故災害的發生不做能做及時監控推送;處理結果繁瑣低效,缺乏創新點。 

自動化監測系統:省去人力,采用自動化監測設備取代人工的方法,減少人員安全威脅;自動化設備采集,能夠保證數據采集的客觀性、實時性和連續性,對後期對整個結構的分析具有一定參考價值;平台直接處理數據,省時省力,新技術的應用(大數據時代)。

Q4:在監測方法及傳感系統建設方面有哪些内容,您能跟我們做些分享嗎?

王教授:當然可以。主要内容主要分為6個方面,包括基坑監測控制網的建設、基坑水平位移及豎向位移監測、基坑深層水平位移(測斜)監測、基坑錨索拉力監測、基坑支護狀結構内力監測、基坑水位監測。

1.監測控制網的建設


2.基坑水平位移及豎向位移監測

基坑水平和豎向位移監測點采用同一個,均采用強制對中裝置
觀測方法一:基于差分技術的空間三維坐标法;
觀測方法二:基于距離收斂的基坑水平位移監測方法

3. 基坑深層水平位移(測斜)監測

基坑支護結構深層水平位移監測,也稱為測斜監測。是了解基坑開挖過程中基坑支護結構不同深度的水平位移和變化趨勢,判斷基坑支護結構的工作狀況,分析支護結構的作用,驗證設計計算結果,确保基坑支護結構和周邊環境的安全。

智能深層水平位移監測采用:導輪式固定測斜儀。


4. 基坑錨索拉力監測

錨索拉力監測是采用振弦式錨索測力計,監測錨索的拉應力的變化情況,并及時掌握基坑施工過程中預應力錨索的錨固力的變化情況,避免因錨索的錨固破壞,引起局部支護系統失穩乃至整個支護系統失敗。

5. 采用鋼筋應力計監測支護樁結構鋼筋的應力,然後通過鋼筋與混凝土共同工作﹑變形協調條件反算支護樁結構的彎矩和軸力,進而可有效判斷支護結構的穩定狀況,避免因支護樁破壞,引起局部支護系統失穩乃至整個支護系統失敗。


6. 基坑周圍地下水位監測

使用振弦式滲壓計(水位計)進行在線監測,振弦式滲壓計是一種測量滲流水或靜水壓力的傳感器。
水位計通過一條鋼線纜懸挂在河道裡,為了确保監測的準确性消除誤差影響,拟在河道裡投入2個水位計。安裝GPRS在線監測系統,以便在室内進行數據的動态實時監測。


王教授:地下水監測系統主要由水位監測中心主站、通信網絡、現場監測設備三部分組成,利用前端監控、數據采集設備的數據遠傳通訊功能和系統軟件功能實現。


Q5:根據基坑監測的安全等級、地質條件、環境等諸多的因素影響,該項目的安全監控級别是怎樣的一個劃分?又怎樣實現監控預警值的判斷?

王教授:
根據基坑監測的安全等級、建築物類比經驗、地質條件、環境因素和建築物穩定性等諸多因素,我們将該項目的安全監控級别劃分為5級。

紅色警戒狀态
對應于基坑支護結構已出現整體失穩的各種迹象,應采取緊急工程措施搶險或對人員設備進行撤離;
黃色預警狀态
對應于基坑支護結構已出現潛在與局部失穩的一些迹象,除正常工程措施外,還應着手于預案啟動準備;
藍色常規狀态
總體上按正常工程措施實施或運行即可
綠色基本穩定狀态
對應于基坑支護結構基本穩定,尚未實施的工程措施可适當滞後實施或局部優化;
白色穩定狀态
對應于基坑支護結構已穩定,對尚未實施的工程措施可進行優化。


監控預警值的判斷
(1)當基坑支護結構位移-時間曲線出現拐點、深層和表面變形方向與地質結構特征逐步趨向統一、支護結構表面出現裂縫等現象時,可作為一、二級監控标準的判識,進入預警和警戒監控狀态。
(2)當基坑支護結構監測效應量-時間曲線變化平緩、無IV級以上不利地質結構面存在、巡視檢查成果一切正常時,可作為三級監控标準的判識,進入常規監控狀态。
(3)當基礎教育同監測過程中,監測效應量-時間曲線變化平穩,經曆過2~5個雨季的考驗五異常情況後,可作為四、五級監控标準的判識,進入基本穩定-穩定監控狀态。

注 :本文摘自山東大學土建與水利學院王登傑教授在2019年結構安全監測技術交流會【山東站】的演講報告《超大深基坑智能監控及預警系統》 ,感謝王教授的分享。
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