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基坑监测系统

福德正神线路导航线

深基坑自动化监测方案

一、项目概述

1.1 基坑概况

拟建基坑位于成都,现未投入使用,基坑深度约35米,基坑周长约为280米。


整个场地周围环绕建筑,基坑的施工也影响周边道路。(简要描述基坑附近环境情况)

                        

1.2 基坑周边概况

周边地表建筑: 

简要描述周边受影响范围内的建筑构筑物的情况,特别是重大建筑物构筑物。

周边地下建筑:

简要描述周边受影响范围内的地下建筑物构筑物情况。

1.3 基坑工程及水文地质概况

简要描述本工程的信息,以及项目所在地的地质水文情况,对可能存在的潜在风险进行分析,并在后续方案中进行针对性设计。

监测目标

2.1 监测任务目标

随着城市发展,建(构)物的基坑规模越来越大,并且城市基坑开挖风险高,施工难度较大等特点,同时由于地下土体性质荷载条件施工环境的复杂性的原因,如果只根据土工试验参数来确定设计方案和施工方案,往往含有许多不确定因素。对施工过程中引发的土体变化,周围环境,建筑物,以及地下设施变化的监测已经成了工程建设必不可少的重要环节,也是知道正确施。

在施工过程中,只有对周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测,才能对工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解,以确保工程的顺利进行,在出现异常情况时及时反馈,并采取必要的工程应急措施,甚至调整施工工艺或修改设计参数。基坑监测主要目标如下:

基坑支护位移监测;

基坑周边道路,建筑沉降监测;

支撑应力,轴力监测;

地下水位监测,基坑内部土体位移监测;

2.2 监测系统方案

陆通检测科技基坑安全监测预警系统(Roc Pit)以物联网为基础,结构安全监测为行业依托,利用云计算技术创立基坑健康状态的理念。将基坑监测与物联网结构体系、云计算、互联网等技术结合,建立一套智能基坑在线监测系统。

系统主要面向建筑、桥梁、市政、轨道交通等深基坑领域开发,具有先进的数据采集技术、智能化数据处理、多元化项目管理等特点,能够帮助现场作业人员、项目管理人员等减少作业强度、及时了解项目健康动态,并可为生产决策提供及时可靠的项目信息,为项目顺利实施安全护航。

RocPit深基坑自动化监测方案通过在基坑沉降监测点,周边建筑相应监测点上布置监测棱镜,拓普康0.5秒自动全站仪MS05AXII进行观测,以及在支护结构,混凝土内部表面,周边建筑上埋设传感器,通过RocBox盒子或者RocMIoT模块,将数据传输至控制中心。控制中心RocMos软件对数据进行处理,输出预警等,实现对深基坑的自动检测。

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3.1 方案依据

1)国家行业标准:《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012);

2)国家行业标准:《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009);

3)国家标准:《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);

4)湖北省标准:《建筑基坑支护技术规程》(DB33/T1008-2000);

5)国家行业标准:《建筑变形测量规程》(JGJ8-2007);

6)国家行业标准:《城市测量规范》(JGJ/T-99);

(7)国家行业标准:《工程测量规范》(GB50026-2007);

8)其他现行的相关规范、规程及政策等。

3.2 方案设计原则

“全面、开放、规范、科学、实用和扩充”是福德正神线路导航线进行建设和开发监测系统的基本原则。

本着总体设计规划、分步实施的策略,在系统实施的每一阶段,福德正神线路导航线都制定了相应的设计原则,以确保设计系统的先进、稳定和扩展。根据这一指导思想,福德正神线路导航线提出以下系统设计原则,并配以具体的应用分析。

1、先进性

信息社会技术日新月异,只有采用当前成熟、先进的技术和设备才能保证系统有较长的生命周期,充分发挥系统效益。系统的规划与开发应采用国际上先进且成熟的技术和产品,最终成型系统应是具有良好体系结构的产品,能适应用户业务需求和行业技术的不断进步,在升级扩展中保持良好一致性和兼容性

2、实用性

系统设计应以方便实用为宗旨,应具有简单友好的用户界面、稳定可靠的运行性能以及灵活多样的系统组网方式,使系统能够顺利地投入运行,真正能为地铁监测发展起到积极促进作用。

3、安全性

系统在运行中一旦出现故障,将直接导致用户单位监测工作的紊乱,给用户带来一定经济和社会损失。因此在系统设计时,就应尽可能消除安全隐患,使用先进加密技术保障数据的安全、成熟操作系统、数据库产品和技术,制定合理的数据备份策略,建立完善的预警方案,以防止未能及时预警而带来的各种安全事故的发生。

4、兼容性

新系统建设应充分利用现有技术条件,确保新系统运行平台与第三方信息系统平台及多种传感器兼容,以利于各类信息系统的整合和为用户提供统一的使用界面。

5、扩展性

重视系统的灵活性、可扩充性和可移植性,以适应用户项目的调整和功能需求的逐步扩充,保证系统软件的可操作性和数据一致性。

 监测系统结构

4.1 系统层级

整套系统基于MS05AXII与智能化一体化测控终端RT2000,监测软件RocMOS,云

服务RocPit基坑预警平台,通过传感器、测量机器人采集,测控终端传输,将整个基坑的的表面位移、沉降、内部位移、混凝土支撑、轴力等数据接入到RocPit系统平台。通过平台对数据进行分析,数据处理和展示,以及对潜在的风险进行预警。

RocPit基坑自动化监测系统主要分为4个层级:

1采集设备层

通过在基坑支护结构,周边建筑物上安装监测棱镜使用智能全站仪(MS05AXII)进行支护结构的位移监测,或者基坑内深层土体中等位置设置相应传感器监测点采集内部变化。

2数据传输层

一般情况下,使用RocBox将智能全站仪,部分岩土传感器采集的数据传输到控制中心。或者在基坑规模较大,设备铺设困难的情况下,可以使用RocMIoT采集模块,直接接入岩土传感器,RocMIoT自带电源和数据传输功能,通过网关将数据传输至控制中心,简化了设备的安装同时也降低可成本。

3平台处理层:

RocMos自动化监测系统在RocBox、RocMIoT的支撑下,实现对采集的数据进行分析处理,展示,预警等功能。

4应用层:

数据预警层主要是通过RocMos平台在紧急情况发生时,在控制中心通过声光电警报设备进行劲爆,或将预警信息发送至设定的邮箱,短信,微信,或者电话通知相关人员。相关人员也可以通过RocEye移动软件平台对数据进行远程访问。

4.2 监测项目说明

根据本工程的具体情况,依据有关规范的规定和设计方案及业主对施工监测工作的要求,对以下方面进行监测:

(1) 基坑支护桩位移:

在基坑支护结构上安置传感器,监测支护结构的水平位移和竖向位移,避免支护结构的倒塌和倾斜。本项目预计设置14个监测点。通过安装监测棱镜,使用智能全站仪进行监测。

(2) 土体深层位移:

在基坑内部土体安置固定式测斜仪,监测基坑内部土体的位移,监测预防内部结构的变化。

(3) 地下水位:

在基坑土体内部埋设渗压计,对基坑内部的地下水位进行监测。

(4) 支撑内力:

在支撑结构上安装钢板应变计,通过检测钢板的应变,反馈支撑内力的变化。

(5) 抗浮桩内力:

通过在抗浮桩上安装钢筋计,以反馈抗浮桩内力的变化。

(6) 周边建筑位移监测:共布置18个竖向位移监测点。

根据实际情况,对周边可能受到影响的房屋上安置监测点,以监测房屋的倾斜沉降,水平位移。

(7) 周边道路:

本项目在基坑周边可能受到影响的道路上布置51个静力水准监测点,以监测道路路面的沉降,避免塌陷发生。

如下表所示:

测内容

监测仪器

位置

备注

支护桩水平、垂直位移

测量机器人

支护桩

14测点

土体深层位移

固定式测斜仪

土体内部

6测点

地下水位

渗压计

土体内部

6测点

支撑内力

钢板应变计

钢板上

12测点

锚索应力

锚索应力计

锚索固端

28测点

抗浮桩内力

钢筋计

抗浮桩上

9测点

水平位移监测基准控制网

全站仪(人工测量)


人工测量

垂直位移监测基准控制网

水准仪(人工测量)


人工测量

周边道路及墙后土体

静力水准仪


51测点

周边建筑沉降

测量机器人

建筑墙体表面

18测点

五 监测设备

根据上述章节介绍,项目中主要使用到的硬件如下:

5.1 传感器

传感器是本项目仪器设备中的重要组成部分,列举如下:
 

静力水准仪

◎测量范围:1.5m

◎分辨率:0.1mm

◎测量精度:0.05%F.S.(0.8mm)

◎工作温度:-20℃~ +850℃

 

静力水准是一种精密液位测量系统,该系统设计用于测量多个测点的相对沉降。在使用中,一系列的传感器容器均采用通液管联接,每一容器的液位由一精密振弦式传感器测得,该传感器挂有一个浮筒,当容器液位发生变化时,浮筒所受到的浮力即被传感器感应。所有传感器的垂直位移均是相对于其中某点(该点又叫基准点)的变化,该点的垂直位移应是相对稳定的或者是可用其它人工观测手段来进行确定。以便能精确计算静力水准系统各测点的沉降变化。


固定式测斜仪

◎测量范围: ±15°

◎灵敏度: ≤ 9″

◎测量精度: ±0.1%FS

◎最小读数: ±0.02 mm/500mm/F

测量地球引力在测量方向上的分量。可同时测量X/Y两个方向倾斜变化,从而通过计算可以得出该点的倾斜方向与倾斜角度;并可直接挂接总线系统进行自动化数据采集。广泛用于观测山体边坡、桥梁、海边堤防以及建筑物基坑等土体内部的水平方向变化大小。

振弦式渗压计

◎测量范围:0~+2.5MPa

◎测量精度:±0.1%F.S

◎温度测量精度:±0.1℃

◎绝缘电阻:≥50MΩ

弦式渗压计埋设在水工建筑物、基岩内或安装在测压管、钻孔、堤坝、管道和压力容器里,测量孔隙水压力或液体液位。其主要部件均用特殊钢材制造,适合各种恶劣环境使用。特别是在完善电缆保护措施后,可直接埋设在对仪器要求较高的碾压混凝土中。

振弦式表面应变计

◎仪器标距:100 mm

◎测量范围:±1500με

◎灵敏度:≤0.5με

◎弹性模量:200~500 MPa

 

用于安装在钢结构及其它建筑物表面,测量结构的应变。仪器与待测钢结构的温度膨胀系数相同,与混凝土的温度膨胀系数也非常接近。所以很少需要温度修正。可同时监测安装位置的温度。具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。适合在恶劣的环境下长期监测建筑物的应变变化。

振弦式锚索测力计

◎弦数:可按要求定制

◎灵敏度:0.07%FS

◎耐水压:可按要求定制

◎工作温度:-30~+70℃

 

锚索测力计适用于锚索、岩石锚杆、锚栓、拱形支架的荷载及其它重型荷载的监测。锚索测力计本身为高强度的合金钢圆筒,不同荷载的锚索测力计分别内置3~6支高精度基康弦式传感器。传感器可监测作用在锚索测力计上的总荷载,同时通过测量每支传感器,还可测出不均匀荷载或偏心荷载。内置温度传感器具有温度功能。

振弦式钢筋

◎测量范围:-200~+350MPa

◎分辨率:≤0.025%F.S

◎耐水压:≥1 MPa

◎工作温度:-30~+70℃

振弦式钢筋计主要用来监测混凝土或其它结构中的钢筋或锚杆的应力,例如:桥梁、混凝土桩以及芯墙。钢筋计构成是由一定长度的高强圆钢,沿其中心轴线钻孔,在钻孔内安装一个微型振弦式应变计。使用基康提供的便携式读数仪或数据采集系统可远程读取钢筋或锚杆的荷载或应力读数。


5.2 拓普康MS05AXII全站仪 

拓普康MS系列全站仪,是以超精密三维自动化测量而著称的新型测量机器人,以独特的各项专利创新技术,提供了空前的0.5″测角精度和亚毫米级测距精度,以及卓越的测量机器人智能一体化功能,代表着测绘、工程、建筑和三维工业测量等广大应用领域的最高水准。

MS系列全站仪采用了三大最新的拓普康专利技术:IACS测角技术、RED-tech EX测距技术、多棱镜目标识别技术,并且具备三大特点:高精度、高性价比和自动化测量。而强大的测量机器人自动化测量特性,为MS系列全站仪中的MS05AX/MS1AX所具备,装载了拓普康先进的电动驱动,可以实现包含自动跟踪、自动照准、智能识别、遥测控制等功能在内的自动化测量,极大提高了测量效率。作为拓普康品牌的旗舰产品,MS系列全站仪主要应用于高精度变形监测、工业测量等精密测量领域,并为各种高精度测量任务提供完美解决方案。

独有的IACS 测角技术

IACS自主角度校准系统(Independent Angle

Calibration System),内置基准已知角,预

测并修正度盘测角误差,确保高精度角度测

量。形象地说,仪器所提供的0.5精度相

当于对距离200米外物体测量时的误差在0.5mm

以内。

 

独有的RED-tech EX测距技术

测量时,系统通过物镜中心向所测目标发射频率调制激光,经目标反射的激光通过物镜聚焦于一光电二极管上,根据光电二极管检测到的相位延迟便可计算出所测距离

多个测距频率同时调制发射技术(测距频率185MHz

高精度无协作目标测量

拓普康把反射棱镜测距融入到MS全站仪中,真正实现了所瞄及所测。独特的光学系统、电子系统以及数据处理算法提供了,卓越的无协作目标测量精度,最短测程可达0.3m。

优点:精度可以达到绝无仅有的1mm+1ppm

    测距速度快,效率高

    安全性好

 

自动跟踪功能

MS05能牢牢锁定并跟踪100m90公里时速或者20m18公里时速快速移动的棱镜目标。实现了移动物体的连续测量 

 

优点:降低外业强度,无人工照准误差,保证精度。

 

由光源产生的自动照准光沿视准轴方向发射到反射目标,经反射后折回到望远镜透镜,通过分色棱镜在传感器上形成图像,这些图像数据便可用来计算目标的位置。

自动照准功能可以自动识别与照准反射棱镜和反射片(半型反射片除外), 可实现真正的无人值守自动化测量。单个AP棱镜自动照准的范围为1000m。独特的多棱镜自动识别运算法则, 确保在周期性观测中自动照准预先设定的正确棱镜目标。

优点:无需重新搜寻目标、调焦照准,始终保持照准状态。

 

独特的技术-就近照准的自动目标识别技术

采用拓普康独特的多棱镜自动识别专利技术,确保在周期性观测中自动照准预先设定的正确棱镜目标。有效解决在同一视野内,出现多个棱镜时的智能识别问题。

MS05所具有的自动选取并照准最靠近十字丝中心棱镜的能力,相比那些只能自动选取和照准距仪器最近的棱镜(即反射信号最强的棱镜)的方式而言更具优越性,尤其是在变形监测应用中对以阵列方式设置的多个棱镜进行监测时更是如此。

优点:有效解决棱镜与棱镜的识别问题,拥有最多的数据呈现、保存、传输等功能

 

最具现代化的彩色显示屏:大屏幕、真彩色、可触摸

 

从单一数据内存发展为内存,U盘,CF卡,SD卡

 

从单一的RS232发展为RS232,蓝牙,USB等通讯接口

5.3 RT2000智能一体化测控终端

RocBox变形监测终端是北京奥腾陆通检测科技有限公司针对自动化变形监测领域的需求,自主研发的高集成度、高稳定性、高性价比监测终端。它弥补了自动化变形监测领域专业监测终端的空白,实现了系统供电、数据通讯、自动化控制和数据智能处理一体化。

2016年北京奥腾陆通检测科技有限公司在RT-1000的基础上进行了多项升级改进,革命性的推出了RT-2000变形监测终端。RT-2000进一步优化了通讯、供电和制造工艺,并突破性的兼容多款国际知名品牌高精度北斗OEM板卡,使得RT-2000能适应更加复杂的监测环境,并打造出集测量机器人、GNSS和岩土环境传感器联合监测的综合性自动化变形监测系统,成为自动化变形监测领域最为专业的变形监测终端。


RT-2000


RT-2000-TS

RT-2000-GS

RT-2000-ULT

计算机

处理器

工业级ARM Cortex-A9 800MHz

操作系统

Linux 2.6.14

内存 / 存储

128 MB / 512 MB

存储扩展

最大支持64GB

GNSS模组

信号跟踪

-

通道:440个超级跟踪通道
BDS:B1/B2/B3 I支路C码;GNSS:L1 C/A码、L1/L2P、L5;GLONASS:L1/L2;Galileo:E1/E5a/E5b;
SBAS:WAAS/EGNOS/MSAS

测量精度

-

H:±(2.5 +1×10-6×D)mm    V:±(5 + 1×10-6×D)mm

授时精度

-

20ns

数据格式

-

CMR/CMR+ : CMROBS, CMRREF, CMRPLUS
RTCM:RTCM2.X、RTCM3.0、RTCM 3.2(MSM4)
RocGNSS、BINEX、RINEX

数据更新率

-

1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、100Hz(可选)

支持接入设备

测量机器人

拓普康、索佳、徕卡、天宝

-

拓普康、索佳、徕卡、天宝

环境与岩土传感器

数字量、模拟量、振弦式传感器

蜂窝网络

网络制式

LTE-TDD/LTE-FDD/TD-SCDMA/WCDMA/ EVDO/EDGE/GPRS/CDMA/GSM

网络速率

LTE-FDD up to 100 Mbps DL,50 Mbps UL

 LTE-TDD up to 61 Mbps DL,18 Mbps UL

无线局域网

兼容标准

IEEE 802.11 b/g/n;150Mbps

无线安全

支持64/128 位WEP及WPA-PSK,WPA2-PSK等安全加密标准

无线模式

无线AP、客户端

以太网

LAN

100Mbps

电磁隔离保护

2.5 kV

串口

串口

RS-232、RS-485

电磁隔离保护

2.5 kV

Console口

USB

波特率

最高可达460800 bps

供电输出

12VDC 8.3A

电源控制单元

每个供电输出接口包含独立远程电源管理模块

按键和显示




按键

1个显示屏切换键和1个系统重置键

显示

1个显示屏和2个状态指示灯

接口




天线接口

1无线局域网:TNC;1个蜂窝网络:TNC;1个GNSS:TNC

串口

4个 LEMO 7针接口,1个Mini USB接口(Console口)

以太网接口

1个 LEMO 8针接口

2个 LEMO 8针接口

电源接口

1个LEMO 4针接口

其它

1个SIM卡插槽,1个SDHC插槽

机械特性




外壳

铝镁合金

重量

1.38kg

尺寸

228 x 155 x 40 mm(含挂耳);260 x 155 x 40 mm(不含含挂耳)

安装

壁挂(需安装配件)

工作环境




工作温度

-40 ~ +80 ℃

存储温度

-50 ~ +85 ℃

防尘防水等级

IP67,100% 防冷凝

抗振动、冲击

10Hz~500Hz,±0.35mm,5g;100g,5ms

电源




输入电压

12 V直流

电源功耗

典型功耗低于2W(不含蜂窝网络模块、无线局域网模块、GNSS模组和外部扩展设备)

可靠性




报警工具

内建蜂鸣器和带备用电池的实时闹钟

自动重启触发机制

内建WDT(看门狗定时器)

5.4 RocMIoT监测物联网终端

RocMIoT监测物联网终端是北京奥腾陆通检测科技有限公司自主研发的低功耗无线通讯传感器智能采集终端。可以兼容市面上主流的专业传感器,拥有RS485、RS232和振弦接口同时内置高容量电池,采用最前沿的Lora,NBlot,Mesh,无线通讯方式,适用于多种复杂环境下的自动化监测。

 

无线数采模块

振弦输入频率范围

500~5000Hz

振弦测量频率测量

分辨率:0.1Hz 精度:0.1%

锂电池

3V 6000mAh4年工作时间

理论可工作15年,按5次数据传输/天计

内部数据传输方式

全双工

输出数据传输方式

半双工,透传

 

Lo-Ra无线传输距离

8km,可视范围

Lo-Ra无线传输速度

0.18  37.5kbps,可设置

Lo-Ra无线传输带宽

433868915 MHz,可设置

NB-IOT 传输距离

>10km,可范围

NB-IOT 速率

上行72kbps下行:32kbps

NB-IOT 带宽

800MHz/850MHz/900MHz可选

蓝牙支持

BLE4.1 低功耗

无线传输天线布设

嵌于模块顶部壳体内,产品标签覆盖

输出数据

带时间戳的频率、温度、锂电池电量、及振弦传感器诊断(掉线、不稳定)和低电量、传输误码率等故障码

输出数据传输频率

10/分钟~10/天,可设置(影响内置锂电池工作时长)

允许设置功能

(远程,通过相应的命令)

振弦输入信号频段、无线传输带宽、无线传输速率、输出数据传输频率、ID号、485接口

允许输入数据(远程)

时间校准、采集频率

模块间无线传输同步精度

20ms(无GPS时钟输入,依靠模块内置时钟)

0.01ms(有外部GPS时钟输入,通过时间戳实现)

测温功能

范围:-40~105

分辨率:0.1

精度:1.0@-20~+60

供电输出

12V 60mA 两路

防护等级

IP67O型圈密封方式

对外接口

防水插座DTM04-12PA

工作温度

-40~85

抗冲击

100g

抗振动

5g

重量

300g(含电池)

外壳材质

金属CNC+PP防腐蚀塑料

Lo-Ra网关参数

通信标准及频段

410MHz - 441MHz1000KHz 步进,建议 433±5MHz,出厂默认 433.0

室内/市区通信距离

2km

户外/视距通信距离

15km

发射功率

<30dBm

通信理论带宽

6级可调(0.30.61.01.83.15.5Kbps

灵敏度

-140Bm

信道

32

最大串口数据

4K Bytes

通信功耗

4G:310~494mA@12VDC  3G:294~412mA@12VDC

接口

1 WAN接口  1LAN接口 1RS232串口

内置GPS模块

时钟精度10ns

标准电源

DC 12V/1.5A

供电范围

DC 536V

一般采用正弦式钢筋计,它可以长期埋在水工或其它混凝土结构中,测量结构内部的钢筋应力,并可同步测量埋设点的温度。加装配套附件可组成测力计。使用中不需要温度修正。


为监测物联网终端提供广域无线网,通过4g将数据直接传输至岩石云平台。

特点:

◎支持多种物联网通讯协议

◎支持多种传感器数据的采集

◎无线组网无需铺设电缆

◎即时获取各种监测数据

◎系统维护和扩展简便易行

◎适应各种恶劣监测现场

◎一个采集终端可以至多采集4个通道数据,一个网关至多接入250个终端