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1、第38卷第2期西安建筑科技大学学报(自然科学版)Vol.38No.22006年4月J1Xi’anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Apr.2006深基坑周边位移实时监测系统的研发11,22伍毅敏,吕康成,郑颖人(1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.解放军后勤工程学院,重庆400041)摘要:位移监测是保障深基坑施工安全的重要措施之一.针对常规基坑位移监测方法存在的问题与不足,开发了无接触、遥控、高精度和高可靠性的激光位移实时监测系统.系统借鉴激光准直测量原理,采
2、用半导体激光器提供基准激光束、光纤2光敏管阵列实现光电转换、单片机数字电路进行数据采集和预处理、数字信号经调制解调器进入监控计算机,最终由计算机实时绘制位移2时间曲线.根据位移2时间曲线评价基坑的稳定性.实用中的监测系统的监测精度为0.5mm,监测仪的最大位移量程为96mm,激光器的有效射程为100m.关键词:深基坑;施工;位移;监测系统3中图分类号:TU433文献标识码:A文章编号:100627930(2006)0220194205城市建设的快速发展使深基坑工程迅速增加,高层建筑为了做好深基础,通常需要开挖深基坑;地铁
3、工程的车站和出入口大多采用明挖法施工,也会涉及深基坑.随着城市建设用地的日益紧张,深基坑[1]的施工条件也越来越复杂.有的长大基坑深度可达30m(程骁等.上海地区深基坑施工技术.软土地下工程施工技术论文集,1995);有的基坑要穿越淤泥或流沙层;有的深基坑边缘距重要建筑物仅几米.一些深基坑在开挖过程中若稍有不慎,便有可能酿成重大工程事故.因此,许多深基坑工程在施工时,除了在开挖与支撑方法上采取种种措施之外,还对基坑周边的敏感部位进行监控量测,以保证深基坑的施工安全与施工质量.在深基坑的开挖过程中,常常出现基坑壁面的内移和
4、地表的下沉,因此,施工监测通[2]常是针对以上两种位移而进行的,并依据位移监测成果判断基坑周围岩土及支撑结构的稳定性.目前[3]在深基坑位移监测中,主要采用钻孔位移计、全站仪和精密水准仪等进行监测.这些方法存在以下不足:(1)不能实时监测.即不能随时监测测点的变形情况,因而不能及时反映施工过程中基坑工程的异常变化.(2)对施工干扰大.由于变形监测中需要架设仪器,所以对施工作业,尤其是运输作业干扰很大.(3)监测工作危险.在人员不易接近的地方,为了获取监测数据,监测人员不得不频繁接近危险空间.(4)监测费用高.同一断面要多
5、次反复监测,监测过程烦琐,用人多,耗时长,导致监测费用较高.为了克服传统位移监测方法的上述不足,笔者利用激光基准测量原理,开发了深基坑工程位移实时监测系统.1位移监测系统组成与工作原理基坑位移实时监测系统由激光指向仪、位移监测仪、调制解调器、信号线路和监控计算机等五部分组成(图1).其工作原理是:在工程场地的支架或场地内已完成的结构上固定激光指向仪并向监测部位发出激光束,该激光束投射到位移监测仪的传感器上,传感器将光信号变图1监测系统的组成与工作原理为电信号,然后由数字电路进行分析处理.由于位移监测Fig.1Struct
6、ureandprincipleofmonitoringsystem仪与被监测部位联系在一起,当监测部位发生位移时,激3收稿日期:2005203208修改稿日期:2005210228作者简介:伍毅敏(19802),男,江西赣州人,博士研究生,主要研究方向为岩土与隧道工程.第2期伍毅敏等:深基坑周边位移实时监测系统的研发195光斑在传感器上的位置将发生变化,据此可以检测出该测点位移的大小与方向.调制解调器的作用是先将数字信号调制到高频载波上,经传输线路,在进入计算机前再从高频载波上检出数字信号,这样可以增加信号的转输距离.监
7、控计算机获得位移信号后,经软[4]件处理,可实时绘制监测点的位移2时间曲线.2激光器选择激光器用来提供监测用的基准激光.工程上常用的激光器有He2Ne(632nm)激光器和半导体激光器,其中半导体激光器以其转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制以及与其他半导体器件集成的能力强等特点而成为信息技术的关键器件.经过反复试验和大量的市场调查,在新开发的监测系统中,基准激光器选用了JZY系图2JZY23型半导体激光指向仪列半导体激光指向仪,该指向仪具有体积小、重量轻、功耗Fig.2JZY23Semi2conductor
8、Laser低和安装调校方便等特点(图2).3位移监测仪位移监测仪是监测系统的核心,它具有接收激光信号、进行模数转换、控制激光器开关、与计算机通信等功能.位移监测仪的结构如图3所示.感光靶是一个精确定位的光纤阵列,由终端开口的192根光纤排列而成;与感光靶光纤阵列一一对应的是感光元件阵列.在工作时,被激光照射的光纤将接
