无线自组网式钢支撑应力监测系统在地铁车站深基坑施工中的应用

第３２卷第４期　２０１２年８月　隧道建设　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．　２０１２　无线自组网式钢支撑应力监测系统在地铁车站　深基坑施工中的应用　黄卫华　（中铁隧道集团四处有限公司，南宁５３０００３）　摘要：为保证地铁车站深基坑施工开挖过程中钢支撑施工安全和工程质量，根据现场深基坑的实际情况，采用了无线白组网式钢　支撑应力监测系统。首先，介绍了自组网式系统的组成和工作原理；其次，对钢支撑轴力重点部位合理布设ＷＳＮ（无线传感器网　络）协调器、ＷＳＮ路由器、ＷＳＮ采集器以及应力传感器进行实时监测；最后，介绍了无线自组网式钢支撑应力监测系统与普通系统　的优缺点，发现该系统能够及时反馈信息，并且在一定程度上降低了人员的劳动强度，可以有效避免支撑轴力超过设计强度导致支　承破坏而引起的整个支护体系失稳。　关键词：地铁车站；深基坑；钢支撑应力；无线自组网式；监测系统　ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１２．０４．０２３　中图分类号：Ｕ　２３１．３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１２）０４—０５６１～Ｏ５　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ａｄ－ｈｏｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｓｔｒｅｓｓ：　Ｃａｓｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍｅｔｒｏ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉｈｕａ　（Ｔｈｅ　４ｔｈ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｇｒｏｕｐ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｄ—ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃ－　ｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔｓ　ｏｆ　Ｍｅｔｒｏ　ｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　０ｆ　ａｄ—ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ａｘｉａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ａｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ＷＳＮ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ，ＷＳＮ　ｒｏｕｔｅｒ，ＷＳＮ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｄ－ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｄ—ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ，　ｔｉｍｅｌｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ￣ｅｄｂａｃｋ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｔｈｅ　ｌａｂｏｒｓ’ｗｏｒｋｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏ￣ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｏｖｅｒｒｕｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏａ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｖｏｉｄｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｅｔｒｏ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｄｅｅｐ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｓｔｅｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｅｓｓ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｄ－ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｏ　引言　在地铁车站深基坑施工中，钢支撑正确安装和应　力监控是动态反映基坑安全情况的重要指标。在以往　施工中，钢支撑应力监测以人工监、狈０为主，存在着劳动　实现智能抄表、数据监测回馈等功能　ｊ。在一些施　工项目中，钢支撑应力监测采用基于ＺＩＧＢＥＥ标准无　线网络协议为基础，通过终端采集结点、路由器以及主　控器组成的无线传感网络的方法，但存在着数据有效　传输距离短、容易受干扰等问题＿９　。　本文详细介绍了无线白组网式钢支撑应力监测系　统的组成和工作原理，以便监测人员及时采取对策，确　强度大、容易出现人为误差等问题　Ｊ。在相邻深基　坑施工中，文献［３—４］通过ＰＬＣ控制自适应钢支撑系　统解决了基坑变形有苛刻控制要求的难题，但存在着　安装和更换困难，投入成本较高，设备复杂，不能自动　反馈等问题。随着微处理器技术的发展，ＷＳＭ（无线　保工程的施工安全，同时降低工人的劳动强度，避免人　为误差的出现，解决数据传输距离受限和受干扰的问　题，使用的设备也相对统一、设备安装简单。该系统的　传感器）技术已经广泛应用在军事和民用等领域，可　收稿日期：２０１２—０３—２１；修回日期：２０１２—０５—２０　作者简介：黄卫华（１９７８一），男，广西贺州人，２０００年毕业于上海同济大学起重运输与工程机械专业，本科，工程师，现从事设备管理与技术工作。　第４期　黄卫华：　无线自组网式钢支撑应力监测系统在地铁车站深基坑施工中的应用　４）实时跟踪分析功能。系统对基坑施工现场的　钢支撑受力状况进行实时跟踪分析，原始数据采集和　处理完全不用人工参与，避免人为因素操作造成错误　分析。　５）抗干扰。采用分布式采集方式，将数据采集　单元分散布置在靠近传感器的地方，完成所辖测点　传感器的激励、测量、数据暂存以及数据通讯等功　能，减少模拟量的传输距离，提高了系统的抗外界干　扰能力。　４　系统应用效果和评价　１）通过即时数据列表和历史数据列表可以轻松　实现即时数据曲线和历史数据曲线的查询，即时反映　钢支撑应力的变化情况，给施工方提供第一手直观　资料。　２）ＷＳＮ协调器、ＷＳＮ路由器以及ＷＳＮ采集器３　种设备是基于具有自主知识产权的无线传感网协议设　计，具备自组网、自组织、自维护功能，可以极大地降低　工人的劳动强度。　３）无线自组网式钢支撑应力监测系统同时展示　该钢支撑实时受力大小、温度值、报警状态以及通信质　量等信息，可以通过远程监控快速实现所有监测点实　时数据查询、实时数据曲线分析、历史数据查询和历史　数据分析等功能。　５结论和讨论　南宁市轨道交通１号线广西大学站通过使用无线　自组网式钢支撑应力监测系统实现了钢支撑应力信息　的实时监控，与施工现场结合紧密，很好地指导了施　工，确保了工程的施工安全，同时大大降低了工人的劳　动强度。但也存在着造价高、数据更新繁琐等缺点，将　在今后的工作中不断改善和提高。本文为深基坑钢支　撑轴力监测提供的一种自动监测新方法，在深基坑监　测中，钢支撑轴力只是深基坑监测内容的一部分，深基　坑墙体的测斜、沉降、基坑水位等监测也是确保深基坑　安全的重要指标，如何使用无线自组网式监测系统动　态监测深基坑墙体的测斜、沉降、基坑水位等指标，如　何将各监测子系统兼容于一个主系统，是今后科技攻　关的一个主要方向。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　［１］　李平安．某地铁车站基坑施工信息反馈与施工控制［Ｊ］　隧道建设，２００４，２４（２）：８１—８２．　［２］　王胜涛，梁小勇，周亦涛．隧道监控量测的数据回归分析　探讨［Ｊ］．隧道建设，２００９，２９（６）：６２９—６３２．（ＷＡＮＧ　Ｓｈｅｎｇｔａｏ，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｏｙｏｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｙｉｔａｏ．Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙ—　ｓｉｓ　ｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃ－　ｔｉｏｎ，２００９，２９（６）：６２９—６３２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［３］　方翌，刘开云．隧道监控量测数据分析与管理系统的设计　和开发［Ｊ］．隧道建设，２０１０，３０（３）：２３１—２３４．（ＬＩ　Ｙｉ，　ＬＩＵ　Ｋｍｙｕｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｍａｎ—　ａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｄａｔａ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎ・　ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ，２０１０，３０（３）：２３１—２３４．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［４］　沈咏，顾国明，吕达，等．自适应支撑系统在深基坑工程　中的应用［Ｊ］．建筑施工，２０１０（９）：９０５—９０６．（ＳＨＥＮ　Ｙｏｎｇ，ＧＵ　Ｇｕｏｍｉｎｇ，ＬＶ　Ｄａ，ｅｔ　ａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ａｄａｐ－　ｔｉｖｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｅｎ￣ｎｅｅｆｉｎｇ［Ｊ］．　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１０（９）：９０５—９０６．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［５］崔莉，鞠海玲，苗勇，等．无线传感器网络研究进展［Ｊ］．　计算机研究和发展，２００５（１）：１６３—１７４．（ＣＵＩ　Ｌｉ，ＪＵ　Ｈａｉｌｉｎｇ，ＭＩＡＯ　Ｙｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔ—　ｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２００５（１）：　１６３—１７４．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［６］　樊永春．港口起重机金属结构应力的无线远程监测系统　研究［Ｊ］．港口装卸，２０１１（３）：７一ｌ１．（ＦＡＮ　Ｙｏｎｇｅｈｕｎ．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｍｅｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ｏｎ　ｐｏｒｔ　ｃｒａｎｅ［Ｊ］．Ｐｏｒｔ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，２０１　１　（３）：７—１１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［７］　陈建明，王青海．基于无线传感器网络的监控系统自组网　设计［Ｊ］．兵工自动化，２００９（６）：５４—５５．（ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｍｉｎｇ，　ＷＡＮＧ　Ｑｉｎｇｈａｉ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｆｏｒ　ｍｏｍｔ￣　ｉｒｎｇ　ｓｙ￣ｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｏｒｄａｎｃｅ　Ｉｎ－　ｄｕｓｔｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２００９（６）：５４—５５．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［８］　陈德民．基于无线传感网的风机应力监测系统［Ｊ］．传感　器世界，２０１１（２）：２８—３１．（ＣＨＥＮ　Ｄｅｍｉｎ．Ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏ．　ｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｆｎａ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｗｉｎｄ　ｄｒｉｖｅｎ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｇｒｏｕｐｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＷＳＮｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒ　Ｗｏｄｄ，２０１１（２）：２８—３１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））　［９］　何成巨．基于无线传感网络的基坑钢支撑应力实时监测　系统［Ｊ］．信息与电脑，２０１２（１）：８１—８２．　［１０］　姜志刚．大跨度地铁车站深基坑中的钢支撑施工技术　［Ｊ］．建筑施工，２０１２（２）：１５一ｌ８．（ＪＩＡＮＧ　Ｚｈｉｇａｎｇ．　Ｓｔｅｅｌ　ｂｒａｃｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ　ａｎｄ　ｄｅｅｐ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｆ　ｓｕｂｗａｙ　ｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１２（２）：１５一ｌ８．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ））