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自动化监测技术在地铁深基坑施工中的应用

摘要：本文以上海市轨道交通某地下车站为案例，分析介绍自动化监测技术在

地铁深基坑不同阶段的施工过程中的应用。通过自动化监测技术实际运用，使地

铁深基坑监测数据采集及传输实时、准确、便捷，有效地提高深基坑施工的安全

性和稳定性。

关键词：地铁车站深基坑监测自动化信息化

一、案例介绍

上海市轨道交通建设某新建车站为岛式站台地下三层车站，站中心底板埋深

25.51m，车站净长219.682m，净宽20.3m。在钢筋混凝土结构中主要使用的是双

柱三跨式框架，标准段基坑开挖深度约25.81m，主要是在东、西相反方向进行开

挖，所挖深度为27.51m。车站采用明挖顺作法施工。

地铁基坑主要处于②3a层、⑤1层粉砂夹粉土及第⑤2层粉砂层地质环境

中。在接触到地下水时，主要涉及到两方面，在⑤1、⑤2层粉土、粉砂中主要

存有Ⅰ层承压水，而且水量较为丰富。为了保证施工过程中基坑施工安全，提高

基坑围护结构整体稳定性、抗倾覆稳定性、墙体抗隆起稳定性、抗管涌稳定性等

需求，对该基坑的局部地段进行自动化监测，以实时掌握基坑结构的动态变化和

满足信息化指导施工的要求。

二、自动化监测内容

本站深基坑自动化监测包括墙体测斜自动化监测6个，支撑轴力自动化监测

3组，地下水位自动化监测6孔。

三、硬件设施

硬件系统由数据采集设备、现场控制箱以及远程数据中心三部分组成。数据

采集设备包括测量机器人、固定式测斜仪、钢筋计、轴力计、水压力计等监测用

传感器，数据采集设备均安装在地铁基坑监测点位处。测量机器人用于采集监测

点的三维坐标，固定式测斜仪用于监测基坑墙体的水平位移，钢筋计用于监测砼

支撑应力，轴力计用于监测钢支撑应力，水压力计用于监测基坑周围承压水水压

力并反算出水位。

现场控制箱安放在地铁基坑不受施工影响的区域，包括计算机、传感器数据

采集仪、数据传输模块以及电源等。测量机器人的测量信号输出端与计算机的对

应信号输入端相连，监测用传感器的监测信号输出端与传感器数据采集仪的信号

输入端相连。计算机及传感器数据采集仪的信号输出端均通过数据传输模块与远

程数据中心的服务器进行通信，传输监测数据以及接收控制指令。

四、监测过程

首先应该将自动化系统的检测收集装置、钢筋仪，具有固定特点的测斜仪，

以及轴力计还有水压力计进行布置，安装或埋设在设定好的地铁基坑监测点位处，

并将各采集设备的数据线从合适的位置引出，避免受到施工破坏。

在地铁基坑不受施工影响的区域安放现场控制箱，并在现场控制箱中安装好

计算机、传感器数据采集仪、数据传输模块、电源等设备。

各监测用传感器的数据线与传感器数据采集仪的固定端口相连接，测量时传

感器数据采集仪按照设定好的监测频率向各传感器发送测量指令，传感器接收到

指令后采集当前时刻的测量数据并将测量数据传送给传感器数据采集仪，传感器

数据采集仪对数据进行解析后判断是否完整，将完整的传感器数据分别进行存储

并通过数据传输模块使用无线网传送给远程数据中心的服务器。

在远程数据中心，前述数据可以供用户进行分析，采用如下方式进行处理：

针对地铁基坑墙顶水平位移与竖直位移、地铁基坑墙体深层水平位移、钢支撑轴

力、砼支撑应力、地下水位、水压力等项目分别新建项目，设定好各项目的监测

信息和相关备注信息，各项目对应各自的数据库表。接收到各类型的监测数据后

首先要进行解析，判断数据是否完整，若数据不完整则直接丢弃。在数据完整的

情况下对原始数据进行处理，得到各期的测量成果并入库。接下来将测量成果与

设定好的报警值进行对比，若超过报警值则进行报警。

五、基坑墙体深层水平位移自动化监测

基坑墙体深层水平位移自动化监测的测斜管布设于人工监测点位旁间隔1m

处。固定式测斜仪主要是在将测斜管布置后完成在测斜管中进行安装。固定式测

斜仪型号为MI600，测量范围±30，°精度0.05°，分辨率0.01°。

首先将单个测点所使用的固定式测斜仪按照使用的位置依次排列，整理好线

缆。按照设计值首先下放一定长度的底部固定连接杆，底部固定连接杆为不锈钢

材质，每根长度2m。在安装固定式测斜仪和之间的连接杆时需要在固定连接杆

底部放下后进行连接。固定式测斜仪安装完后将所有线缆整理好，从管口引出，

将线缆沿基坑挡水墙内侧布设，引至数据采集仪处。

在安装固定式测斜仪时需要注意不同方向的数值，如图一所示。

图二