城市基坑工程光纤监测——以某扩建大厦为例 - 52监测网

基坑施工过程中，对基坑工程围护结构、基坑周围土体和相邻建筑物、地下管线等进行全面、系统的实时和在线监测，预测和评估基坑工程安全性和开挖对周围环境的影响，并将监测结果及时反馈，对可能出现的险情和事故进行预警，以便及时采取相应的趋利避害处理措施，同时为调整设计参数和施工开挖方案提供科学依据，做到信息化动态施工，已经成为工程发展的迫切要求。

某大厦改扩建项目基坑工程西侧紧邻道路，地下为运营期地铁；基坑北侧为六层智能大楼；基坑东侧为道路及绿化带，沿路有给水管、污水管及雨水管等；基坑南侧为停车场及六层建筑物。场地发育有强透水性的粗砂层，地下水对混凝土结构和钢筋均具有微腐蚀性。

为了准确及时的掌握基坑开挖过程中支护结构及周围建筑物的变形情况，确保支护结构及周围建筑物安全，苏州南智传感科技有限公司采用光纤感测技术对基坑结构及周围建筑物进行了实时监测，并建立了一套光纤光栅无线实时数据传输系统。

基坑北侧为六层智能大楼，其承台边与基坑开挖边线的最近距离约2.0m。通过在大楼顶部安装FBG静力水准仪，建立光纤光栅静力水准监测系统，用于各监测点的不均匀沉降情况，从而对大楼基础不稳定变形情况进行监测，获得大厦的基础差异沉降量和其本身的倾斜程度。

本次基坑中首先打入的工程桩体，用作混凝土支撑梁的受力支撑作用。工程桩为支撑梁提供支力作用，受混凝土支撑反力作用，工程桩体会受力发生弯曲变形。通过在工程桩体内植入分布式感测光缆，可以测试到工程桩体受力变形应变。利用测试到应变数据可以测算出桩体的弯曲变形形态。

在支护结构体中，混凝土内支撑受土体挤压作用而发生变形。对混凝土内支撑内力进行监测，可以测试出混凝土内支撑的受力状态和土体变形趋势，从而利用监测数据来把控基坑施工质量安全。对于混凝土内支撑内力监测可以采用布设分布式感测光缆和在钢筋主筋上布设安装光纤光栅钢筋计来实现内力测试。布设在内支撑梁钢筋笼上的光纤传感器随钢筋笼浇注成型，植入到混凝土内支撑内，与混凝土内支撑发生协调变形。

地下水位监测主要分为两部分：地下水位的自由水位高差变化和地下土体各含水层渗水压力变化。对于地下水位的自由水位监测，可以采用在水文监测孔内投入光纤光栅液位计的方式，来监测监测孔内的水位变动情况。在投放光纤光栅液位计之前，可以先记下孔内水位标高。利用光栅液位计测试到的水位变化量，来求算监测孔内的水位高程。

对于地下土体各含水层内水体变动情况，可以采用光纤光栅渗压计进行监测。利用钻孔钻取水位监测孔，将光纤光栅渗压计下至指定位置，最后采用滤料和粘土球进行封孔。将光纤光栅渗压计封入到含水层内，测试含水层水体的渗水压力变化。

在所用光纤光栅传感器布设完毕后，利用多芯通信光缆与冗余光纤引线进行线路串联连接，通过地埋走线引入到建立的监测站内。最终实现所有光路信号在监测站内采集数据，系统集中监测，整体监测单元的网络化控制。配合相关软件系统开发，进行自动化测量、储存和分析，通过无线传输网络及客户端软件可以实时在线监测、查看监测结果，最终达到自动化监测的目的。