一种超大基坑自动化施工监测和报警系统的制作方法

1.本发明涉及基坑施工技术领域，更具体的说是涉及一种超大基坑自动化施工监测和报警系统。


背景技术：

2.近年来，城市建设和城市化进程愈发完善，对城市土地资源、空间资源的合理利用提出了更高的要求。其中城市污水处理一直是重要内容，现有的污水处理方案中，地埋式污水处理厂技术具有更好的应用效果。将污水处理厂建设在地下，地上可用作绿化、公园等附属建筑，更好的利用了空间资源，符合绿色环保的发展理念，符合现代化大都市公共设施走向地下的发展趋势，更好地改善了城市环境。然而，地埋式污水处理厂建设均在城市范围内，大部分处于闹市区，场地狭小，周边环境复杂，施工过程大多涉及到深大基坑，保证施工过程中基坑的安全稳定是重中之重。污水处理厂深大基坑在基坑开挖过程中，由于地质条件、荷载情况、材料性质、施工工况和外界其它复杂因素的综合影响，加之理论预测值尚不能准确、全面、充分地反映工程的各种变化，在建设地埋式污水处理厂过程中，无法保障整个施工过程的高安全、高质量。因此，如何提供一种用于监测基坑施工过程安全性的基坑自动化施工监测和报警系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，实现基坑的自动化监测与报警，确保基坑的施工安全。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，包括：施工监控中心、视频监测模块、数据监测模块；施工监控中心分别与视频监测模块、数据监测模块连接；其中，数据监测模块包括：基坑水平位移监测单元、建筑物沉降监测单元、深层水平位移监测单元、支撑内力监测单元。
6.可选的，施工监控中心根据施工场地进行三维建模，根据数据监测模块、视频监测模块的监测内容更新三维建模对应位置的检测状态，根据监测内容进行预警。
7.可选的，基坑水平位移监测单元为全站型电子测距仪，全站型电子测距仪的监测点布设在基坑四周围护结构桩顶上，沿基坑长边每20m布置1个监测点，在基坑短边中点布设1个监测点。
8.可选的，建筑物沉降监测单元为电子水准仪，建筑物沉降监测单元检测建筑物沉降、周边地表沉降、周边道路沉降。
9.可选的，深层水平位移监测单元为测斜仪，测斜仪的测斜管导槽宜垂直于基坑开挖面设置，将测斜仪探头沿测斜管十字定向槽放至测斜管底进行测量。
10.可选的，支撑内力监测单元为振弦式便携频率仪，支撑内力监测单元包括应变计和读数仪，读数仪读取的数据为模数值，先通过模数值计算频率值，在通过下式计算支撑内
力：
[0011][0012]
式中，n为支撑内力，kj为第j个应变计标定系数，f
ji
为第j个应变计第i次监测频率，f
j0
为第j个应变计安装后的初始频率，ec为混凝土弹性模量，es为钢筋弹性模量，ac为混凝土截面积，as为钢筋总截面积。
[0013]
可选的，还包括与施工监控中心连接的塔吊监测模块，塔吊监测模块包括：制动控制单元、角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器、无线通信单元；其中，无线通信单元将角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器采集的数据传输至施工监控中心，施工监控中心基于数据进行风速预警、塔吊倾斜、禁行区域、多塔吊碰撞、限位运行状态监控，施工监控中心通过制动控制单元对塔吊进行远程制动。
[0014]
可选的，还包括与施工监控中心连接的用电监测模块，用电监测模块用于监测用电设备的开关状态和耗电量情况并传输至施工监控中心。
[0015]
可选的，视频监测模块基于摄像机采集的视频画面进行安全帽监测、基坑施工监测、裸土覆盖监测。
[0016]
可选的，还包括远程监控模块，远程监控模块与施工监控中心无线通信连接。
[0017]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，具有以下有益效果：本发明通过自动化监测和自动化报警系统，多点位多方面观察基坑稳定数据，确保基坑支护稳定可靠，从而确保了基坑的施工安全，提升了安全、质量、进度、物资设备及人员管理、环境监测等智能化管理水平；通过视频监测模块配合施工监控中心可以对施工现场实现无死角实时监控，有效促进安全质量及文明环保施工管理水平提升；通过用电监测模块减少人工成本、节能减排，保证了用电设备的安全，提高管理效率；通过远程监控模块可以实时监测基坑施工现场的情况。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0019]
图1为本发明的施工监测和报警系统原理图；
[0020]
图2为本发明的施工监控中心视频监控场景示意图；
[0021]
图3为本发明的测斜原理图。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
本发明实施例公开了一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，如图1所示，包括：施工监控中心、视频监测模块、数据监测模块；施工监控中心分别与视频监测模块、数据监测模块连接；其中，数据监测模块包括：基坑水平位移监测单元、建筑物沉降监测单元、深层水平位移监测单元、支撑内力监测单元。
[0024]
进一步的，施工监控中心根据施工场地进行三维建模，根据数据监测模块、视频监测模块的监测内容更新三维建模对应位置的检测状态，根据监测内容进行预警。在本实施例中，在施工现场共装有摄像头枪机36个、球机3个，可以对施工现场实现无死角实时监控，施工监控中心摄像头点位可以随时查看监控画面。
[0025]
进一步的，基坑水平位移监测单元为全站型电子测距仪，全站型电子测距仪的监测点布设在基坑四周围护结构桩顶上，沿基坑长边每20m布置1个监测点，在基坑短边中点布设1个监测点。
[0026]
具体的：监测点根据工程特点在基坑四周围护结构桩顶上设置，埋设时先在冠梁或围护墙的顶部用冲击钻钻出深约10cm的孔，再把强制归心监测标志放入孔内，缝隙用锚固剂填充；监测点应尽量布设在基坑圈梁、围护桩的顶部等较为固定的地方，以设置方便，不易损坏，且能真实反映基坑围护结构桩顶部的侧向变形为原则；测点标志埋设时应注意保证与测点间的通视，保证强制对中标志顶面的平整；测点应设置相应的保护装置，以免受到施工影响造成数据错误，在本实施例中使用棱镜保护盒保护测点，水平位移监测采用trimble s9 hp全站仪，精度为1
″
0.8+1ppm。高性能的edm机载监测软件与无摩擦驱动的magdrive伺服技术相结合，提供了无与伦比的快速测量能力，并且不影响精度，测完基坑一周只需十分钟左右。trimble surepoint可以降低瞄准误差，可以获得可信赖的测量结果，避免不必要的重测无论是风吹动，还是手触碰仪器，或是场地晃动，trimbles9全站仪都能够瞄准并保持在目标上，主动消除不稳定因素带来的影响，确保每次都能精确地进行瞄准和测量。借助拥有的multitrack技术和目标id能力，测量员可以选择最适合现场条件的目标类型(被动或主动)，精确地找到并锁定正确的目标。在内业，trimble business center可以在单一软件解决方案中实时帮助检查、处理和平差数据。
[0027]
在测量时用全站仪监测观测点的初始相对坐标(x0，y0)，其中x，y方向为沿基坑两面增大方向，设为纵横轴。位移计算：将每次测得的坐标(xn,yn)与初始坐标(x0，y0)相减，既得观测点相对纵横轴的位移变化量，既x＝xn－x0，y＝yn－y0，观测点位移仅为面向基坑的一个方向，实际计算时位移值仅为横纵方向的一个变化量，数测量时应测三遍以上，当读数无明显变化时取其平均数作为初始读数。在本实施例中，监测结果如表1所示：
[0028]
表1
[0029]
[0030][0031]
可以看出，位移量最大点e06累计位移10.9mm，位于4-4剖面基坑阴角处，所受土压力相对较大，基坑端部所受约束较大，但未超出警戒值。
[0032]
进一步的，建筑物沉降监测单元为电子水准仪，建筑物沉降监测单元检测建筑物沉降、周边地表沉降、周边道路沉降。
[0033]
具体的：建筑物沉降监测点埋设的方法为：在混凝土支撑对应的位置上用冲击钻钻孔，孔深10cm；将钻孔内的灰清洗干净；埋入顶部带球形的沉降观测标志；用专用胶水固定沉降观测标志。周边地表沉降监测点埋设的方法为：在土中挖300mm
×
300mm
×
100mm的小坑；往土体埋设1根直径14mm的钢筋，然后用c20混凝土浇筑至与地面持平；继续浇筑混凝土，制作成200mm
×
200mm
×
100mm混凝土墩；在混凝土墩顶部插入顶部为半球形的沉降观测标志。周边道路沉降监测点埋设的方法为：在选定的位置上用冲击钻钻孔，孔深10cm；将钻孔内的灰清洗干净；埋入顶部带球形的沉降观测标志；用专用胶水固定沉降观测标志。
[0034]
在本实施例中，采用trimbledini03电子水准仪，该仪器是新一代数字水准仪其突出特点有较大显示屏，数字字符键盘、双向水平微动、便携式摄像机电池、磁阻尼补偿器、机载程序、数据存储到内存等。测量快速可靠精度高，dini03电子水准仪采用电子影像识别技
术自动测量高差和获取距离，操作简单，可以在野外通过数据传输电缆记录测量数据，也可以采用pcmcia卡记录数据，测量数据可靠精确度高(双程每公里标准差仅为0.3mm)，避免错误。测量时，先进行水准网控制测量，将所有基准点组成闭合水准路线，联测出各基准点高程，水准网控制测量只需定期测量，用于相互检验基准点的稳定性。选择一个稳定的基准点做为沉降观测水准路线起闭合点，和所有的沉降监测点组成监测闭合水准路线。各次测量时，尽量避免更换监测闭合水准路线起闭合基准点。按以下操作要求进行测量：
[0035]
奇数站：后、前、前、后；
[0036]
偶数站：前、后、后、前。
[0037]
闭合水准测量按《建筑变形测量规范》jgj8-2016中二等沉降观测精度要求进行测量，各项技术要求如表2所示：
[0038]
表2
[0039][0040][0041]
本实施例中的监测结果如表3所示：
[0042]
表3
[0043][0044][0045]
可以看出，基坑沉降及周边建筑物沉降均未出现预警值。在基坑开挖过程中基坑变形趋势呈先期慢，中期快，后期缓慢并总体趋于稳定的变化规律。基坑沉降受降水影响会产生变形速率增大，但总体速率随基坑挖深不断增大，但施工进行到垫层施工时沉降数据趋于收敛，沉降速率再无明显改变。
[0046]
进一步的，深层水平位移监测单元为测斜仪，如图3所示，测斜仪的测斜管导槽宜垂直于基坑开挖面设置，将测斜仪探头沿测斜管十字定向槽放至测斜管底进行测量。
[0047]
具体的：点位埋设时钻孔深深入硬土层1～2m，孔径比所选的测斜管大5～10cm，在土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁；钻孔结束后将测斜管沉人孔中，然后在管内充满清水，以克服浮力，下管时对好槽口，使其中一对槽口垂直软基边；将测斜管用专用束节连接好，并对接缝处进行密封处理，连接好后边下管边注清水，直至测斜管底到达孔底；测斜管沉放到位后，在测斜管与钻孔空隙内填人细砂或水泥和膨润土拌和的灰浆，其配合比取决于土层的物理力学性能和地质情况。刚埋设完几天内，孔内充填物会固结下沉因此要及时补充保持其高出孔口；测斜管顶部盖好管盖，防止泥沙进入测斜管，并在测斜管周围砌设保护井，以免破坏测斜管。
[0048]
在本实施例中，使用江苏海岩测斜仪。测斜仪采用数字式传感器作为敏感元件的仪器，它广泛应用于：深基坑开挖、地铁地基、公路地基、挡土墙、坝体及山体滑坡等工程方面土体内部位移变化的监测，它是一种必配的测量仪器，它在工程中的应用对及时掌握工程的质量以及保证工程的安全性发挥着积极的作用。整套仪器由：读数仪、专用电缆、活动探头、数据通讯和处理软件等组成。测量方法为：测斜观测分正测和反测，先进行正测，再进行反测。测量时，将测斜仪探头沿测斜管十字定向槽放至测斜管底5～10分钟，待探头接近管内温度后，从底至顶每0.5m测一次数值，得到每0.5m的偏斜量。基坑开挖过程中测量值与初值比较的差值即是每0.5m由于开挖引起的位移量。测斜观测时每0.5m标记卡在相同位置，每次读数等候电压值稳定能读数，确保读数准确性。
[0049]
进一步的，支撑内力监测单元为振弦式便携频率仪，支撑内力监测单元包括应变计和读数仪，读数仪读取的数据为模数值，先通过模数值计算频率值，在通过下式计算支撑内力：
[0050][0051]
式中，n为支撑内力，kj为第j个应变计标定系数，f
ji
为第j个应变计第i次监测频率，f
j0
为第j个应变计安装后的初始频率，ec为混凝土弹性模量，es为钢筋弹性模量，ac为混凝土截面积，as为钢筋总截面积。
[0052]
具体的：支撑内力监测单元的点位埋设具体为：用一层橡胶带缠绕包裹应变计绑扎点位置，该橡胶层能起振动缓冲作用，选择一定长度的绑扎丝绕橡胶带包裹位置缠绕两圈后绑扎在选定的钢筋上，绑扎丝不能绑的太紧。将导线绑扎在钢筋上导出地表，从传感器引出的测量导线应留有足够的长度。为了避免振捣器损坏电缆，在仪器半径1m范围内禁止用机械振捣器振捣，而应该采用人工振捣。
[0053]
在本实施例中，使用bp-35振弦式便携频率仪，应于国内各种振弦式传感器的数据采集，并支持美国最新数字温度传感器的测量。仪器操作简单、体积小、重量轻，抗震性强，cpu采用目前最先进的新型混合信号处理器；具有超高的抗干扰性、超高精度、超高分辩率、超低功耗，且具有独立与cpu进行运算的乘法器，在提高乘法运算速度的同时也提升了cpu的利用效率。测频范围：300-6000hz，测频精度：
±
0.1hz。测量时，用连接线把应变计引线和读数仪连接起来，打开电源，等读数仪读数稳定后测存模数。由于读数仪在测量时会发出很高的脉冲电流，所以在测量时操作者必须使测量接头保持干臊，并使接头处的两根导线相互分开，不要有任何接触，不然会影响测量结果。监测时所记录的数据为模数值，计算时，先
通过模数值计算频率值，再把频率值和标定常数代入计算公式中计算支撑内力。
[0054]
本实施例中的监测结果如表4所示：
[0055]
表4
[0056][0057]
可以看出，支撑结构内力共监测147次，有一次黄色预警值，位于12-12剖面第一第二层锚索。出现预警时，首先封堵道路禁止人员在危险区域走动，然后挪走周围有可能影响的堆载，并与第三方监测人员进行联测，频率为1次/h。测量多次后发现挪走堆载支撑内力逐渐减小，其它测项并未出现明显变化，并不影响正常施工。
[0058]
进一步的，还包括与施工监控中心连接的塔吊监测模块，塔吊监测模块包括：制动控制单元、角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器、无线通信单元；其中，无线通信单元将角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器采集的数据传输至施工监控中心，施工监控中心基于数据进行风速预警、塔吊倾斜、禁行区域、多塔吊碰撞、限位运行状态监控，施工监控中心通过制动控制单元对塔吊进行远程制动。
[0059]
进一步的，还包括与施工监控中心连接的用电监测模块，用电监测模块用于监测用电设备的开关状态和耗电量情况并传输至施工监控中心。用电监测模块还可以进行远程监控用电设备开关，并在高负荷用电时及时进行预警，控制故障范围。
[0060]
进一步的，视频监测模块基于摄像机采集的视频画面进行安全帽监测、基坑施工监测、裸土覆盖监测。
[0061]
具体的，在本实施例中，施工现场设置红外枪式高清摄像机，按照距离30-50m左右布置，视频采集采用全覆盖、全作业管理。视频所有信息通过网络模式自动传输到施工监控中心，后方网址端或者手机端均可查看，减少现场安全质量管理工作量，对于现场作业人员安全帽无佩戴、基坑开挖未按交底施工、裸土及泥浆土未及时覆盖等问题，启动手动抓拍功能。
[0062]
进一步的，还包括远程监控模块，远程监控模块与施工监控中心无线通信连接。远程监控模块可以为手机、平板电脑的客户端等远程设备。
[0063]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0064]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，包括：施工监控中心、视频监测模块、数据监测模块；施工监控中心分别与视频监测模块、数据监测模块连接；其中，数据监测模块包括：基坑水平位移监测单元、建筑物沉降监测单元、深层水平位移监测单元、支撑内力监测单元。2.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，施工监控中心根据施工场地进行三维建模，根据数据监测模块、视频监测模块的监测内容更新三维建模对应位置的检测状态，根据监测内容进行预警。3.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，基坑水平位移监测单元为全站型电子测距仪，全站型电子测距仪的监测点布设在基坑四周围护结构桩顶上，沿基坑长边每20m布置1个监测点，在基坑短边中点布设1个监测点。4.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，建筑物沉降监测单元为电子水准仪，建筑物沉降监测单元检测建筑物沉降、周边地表沉降、周边道路沉降。5.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，深层水平位移监测单元为测斜仪，测斜仪的测斜管导槽宜垂直于基坑开挖面设置，将测斜仪探头沿测斜管十字定向槽放至测斜管底进行测量。6.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，支撑内力监测单元为振弦式便携频率仪，支撑内力监测单元包括应变计和读数仪，读数仪读取的数据为模数值，先通过模数值计算频率值，在通过下式计算支撑内力：式中，n为支撑内力，k
j
为第j个应变计标定系数，f
ji
为第j个应变计第i次监测频率，f
j0
为第j个应变计安装后的初始频率，e
c
为混凝土弹性模量，e
s
为钢筋弹性模量，a
c
为混凝土截面积，a
s
为钢筋总截面积。7.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，还包括与施工监控中心连接的塔吊监测模块，塔吊监测模块包括：制动控制单元、角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器、无线通信单元；其中，无线通信单元将角度传感器、幅度传感器、倾斜传感器、风速传感器采集的数据传输至施工监控中心，施工监控中心基于数据进行风速预警、塔吊倾斜、禁行区域、多塔吊碰撞、限位运行状态监控，施工监控中心通过制动控制单元对塔吊进行远程制动。8.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，还包括与施工监控中心连接的用电监测模块，用电监测模块用于监测用电设备的开关状态和耗电量情况并传输至施工监控中心。9.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，视频监测模块基于摄像机采集的视频画面进行安全帽监测、基坑施工监测、裸土覆盖监测。10.根据权利要求1所述的一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，其特征在于，还包括远程监控模块，远程监控模块与施工监控中心无线通信连接。

技术总结
本发明公开了一种超大基坑自动化施工监测和报警系统，应用于基坑施工技术领域。包括：施工监控中心、视频监测模块、数据监测模块；施工监控中心分别与视频监测模块、数据监测模块连接；其中，数据监测模块包括：基坑水平位移监测单元、建筑物沉降监测单元、深层水平位移监测单元、支撑内力监测单元。本发明通过自动化监测和自动化报警系统，多点位多方面观察基坑稳定数据，确保基坑支护稳定可靠，从而确保了基坑的施工安全，提升了安全、质量、进度、物资设备及人员管理、环境监测等智能化管理水平。环境监测等智能化管理水平。环境监测等智能化管理水平。


技术研发人员：杜有秀 程江 杨杰 牛超 张振发 杜晓伟 杨静 山允强 李振旭 张榕 张文生 苟富生 卜宗强 杨君林 卢晓军 金代宏 张志凯
受保护的技术使用者：中铁一局集团有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/21