斜坡段基坑泄水减压抗浮技术长期性能监测系统及方法

摘要

一种斜坡段基坑泄水减压抗浮技术的长期性能监测系统，其中，数据采集子系统包括能布置在基坑底部泄水层的水位计、流向计和流速计，以及通过数据传输电缆采集上述监测数据的数据采集设备；数据处理子系统包括数据后处理系统和数据显示设备，数据采集子系统中的数据通过数据传输电缆传输至数据后处理系统以进一步处理分析，并将处理结果显示于数据显示设备；决策子系统为预警系统，当监测指标超过阈值，预警系统即发出警告信号。本发明还公开了使用所述的长期性能监测系统对斜坡段基坑泄水减压抗浮技术的长期性能进行监测的方法。本发明建立了一整套针对斜坡段基坑泄水减压抗浮技术性能的监测方法，可保障监测设备和泄水层的长期正常使用。

说明书

技术领域

本发明属于隧道及地下工程领域，涉及基坑工程的监测技术，尤其是斜坡段基坑泄水减 压抗浮系统使用期间，对其长期性能的监测技术。

背景技术

随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市地下空间的综合开发利与利用成为世界 城市发展的共同选择，不断涌现出超大型地下结构。这类超大型地下结构工程上部结构自重 荷载一般较小，尤其是在地下水丰富的地区，抗浮问题尤为突出。与其它抗浮方案相比，采 用斜坡段泄水降压抗浮技术具有充分利用地形条件将地下水有组织地排泄的优势。

另一方面，超大型地下结构也意味着基坑底部的泄水面积大、路径长，会使泄水减压抗 浮技术在使用过程中极易出现局部失效的问题。另外，超大型基坑具有复杂的地质水文条件， 地下水的补给也呈现季节性变化的特点，均会导致基坑底部水压、水流方向、水流流速等的 不稳定性。可见，结构在长期使用过程中存在着诸多安全隐患，因此，对其进行实时的监控 是很有必要的。

现有的针对基坑泄水减压抗浮技术的监测方法很少，目前，针对基坑泄水减压抗浮技术 的监测方法主要是通过观察减压井内水位变化情况得知抗浮系统的浮力情况。然而，影响结 构安全性的因素是多方面的，其表现形式也不尽相同，只考虑单一指标是不够的。仅对水位 这一指标进行观测，只能监测到抗浮系统的大面积失效情况，不能监测到局部的失效，而抗 浮系统的局部失效也同样影响着抗浮系统的浮力情况，进而影响到基坑结构的安全。如果不 针对基坑泄水减压抗浮技术局部失效进行实时监测，将埋下极大的安全隐患。

可见，有必要在综合考虑地质水文条件、工程条件的基础上设计一套全方面的监控系统， 建立完整的监测方法，对影响结构安全的各个指标进行监测，并通过先进的数据后处理技术 对监测数据进行综合分析，辅以及时有效的安全保障措施，从而保证结构的长期安全使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜坡段基坑泄水减压抗浮技术长期性能监测系统及方法，不 仅能监测到抗浮系统的大面积失效情况，还能监测到局部的失效。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种斜坡段基坑泄水减压抗浮技术的长期性能监测系统，包括数据采集子系统、数据处 理子系统和决策子系统；其中，所述数据采集子系统包括能布置在基坑底部泄水层的水位计、 流向计和流速计，以及通过数据传输电缆采集上述监测数据的数据采集设备；所述数据处理 子系统包括数据后处理系统和数据显示设备，数据采集子系统中的数据通过数据传输电缆传 输至数据后处理系统以进一步处理分析，并将处理结果显示于数据显示设备；所述决策子系 统为预警系统，当监测指标超过阈值，预警系统即发出警告信号。

一种采用上述的长期性能监测系统对斜坡段基坑泄水减压抗浮技术的长期性能进行监测 的方法，在浇筑斜坡段基坑底板之前，根据具体的工程条件及地质水文条件，拟定监测设备 的布置间距，将水位计、流向计、流速计三种监测设备布置于底板之下；同时，将数据传输 电缆的一端连接于监测设备上，另一端预留给数据采集设备；在浇筑基坑底板之后，在底板 上布置多个数据采集设备，将其与临近的数据传输电缆预留端连接；之后，将多个数据采集 设备通过数据传输电缆汇总至后处理系统，通过该后处理系统对汇总的监测数据进行数据处 理，并以图像形式显示于显示设备上。

进一步，还包括：后处理系统会对监测到的数据进行判别，当超过用户设定的不同等级 的安全阈值时，系统将会发出设备故障警报或不同等级的安全警报。

所述流速计、流向计和水位计以横、纵向间距均不超过10m的要求布置于基坑底板下。

将泄水层水流的流速、流向和压力数据以图像形式综合显示于数据显示设备。

设定三级预警等级以及相应监测指标的确定方法。

需要根据前期调研工程的地质水文条件，对泄水层的正常流速范围和正常水位范围进行 设定；当监测点处的流速正常时，监测点处显示为符号一，流速过大显示为符号二，流速过 小则显示为符号三；监测点的流向通过符号四显示，当流向计未监测出流向时，监测点处显 示为符号五；监测得到的水位值显示于监测点上；当单个监测指标超过设定的安全阈值，则 系统发出三级预警，提醒工作人员开始注意，其原因可能是泄水层发生局部失效，或是该监 测设备失效；当有相邻两个监测指标均超过设定的安全阈值，则系统发出二级预警，监测设 备失效的可能性很小，基本可判定原因是泄水层发生局部失效，工作人员需要对该处的失效 区域进行补救；当有相邻三个监测指标均超过设定的安全阈值，则系统发出一级预警，确定 是泄水层发生了局部失效，且失效区域大，影响范围广，需要工作人员及时采取补救措施， 保证结构的正常安全运营。

其中：符号一为不带边框的灰色三角形；符号二为带边框的灰色三角形；符号三为带边 框和中垂线的灰色三角形；符号四为带箭头的直线；符号五为叉。

实时监测斜坡段基坑底部的长期泄水性能以控制可能发生的风险。

所述斜坡段基坑是为达到泄水减压抗浮目的采用基坑底底板下碎石垫层的斜坡段基坑。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：形成了一套针对斜坡段基坑泄水减压抗浮技 术的长期性能监测系统，建立了完整的监测方法，填补了目前缺乏监测抗浮系统局部失效的 空白，可保障工程的安全。

附图说明

图1为本发明实施例监测系统示意图。

图2为本发明实施例监测设备布置方法平面示意图。

图3为本发明实施例监测设备布置方法剖面示意图。

图4为本发明实施例数据显示方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1为监测系统示意图，其中包括数据采集子系统、数据处理子系统和决策子系统。其 中，数据采集子系统包括布置在基坑底部泄水层的水位计、流向计和流速计，以及通过数据 传输电缆采集上述监测数据的数据采集设备；数据处理子系统包括数据后处理系统和数据显 示设备，各数据采集设备中的数据通过数据传输电缆传输至数据后处理系统，并进行进一步 处理分析，将处理结果显示于数据显示设备；决策子系统为预警系统，当监测指标超过阈值， 系统即发出警告信号。

图2、3分别为监测设备布置示意图的平面图和剖面图。在图2中可见，流速计1、流向 计2和水位计3参差布置于基坑范围4内，间距根据具体工程条件及地质水文条件而定，一 般不超过10m。在图3中可见，流速计1、流向计2和水位计3布置于基坑底板5之下、泄 水层6之上，7为基坑顶板，8为基坑侧墙，并通过数据传输电缆9穿过基坑底板5与临近的 数据采集设备10相连，所有的数据采集设备10最终通过数据传输电缆9与一个数据后处理 系统11相连。

流速计1、流向计2和水位计3分别监测泄水层6中水流的流速、流向和水位，监测得 到的数据通过数据传输电缆9传输至临近的数据采集设备10，并最终汇总至数据后处理系统 11，数据后处理系统11对数据进行汇总分析。

图4为数据显示示意图，监测数据经过处理之后，将结果显示于显示设备上。工作人员 需要根据前期调研工程的地质水文条件，对泄水层的正常流速范围和正常水位范围进行设定。 当监测点处的流速正常时，监测点处显示为不带边框的灰色三角形，流速过大显示为带边框 的灰色三角形，流速过小则显示为带边框和中垂线的灰色三角形。监测点的流向通过带箭头 的直线显示，当流向计未监测出流向时，监测点处显示为叉。监测得到的水位值显示于监测 点上。当单个监测指标超过设定的安全阈值，则系统发出三级预警，提醒工作人员开始注意， 其原因可能是泄水层发生局部失效，或是该监测设备失效；当有相邻两个监测指标均超过设 定的安全阈值，则系统发出二级预警，监测设备失效的可能性很小，基本可判定原因是泄水 层发生局部失效，工作人员需要对该处的失效区域进行补救；当有相邻三个监测指标均超过 设定的安全阈值，则系统发出一级预警，一定是泄水层发生了局部失效，且失效区域大，影 响范围广，需要工作人员及时采取补救措施，保证结构的正常安全运营。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉 本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应 用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技 术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范 围之内。