项目背景与行业痛点

地下连续墙、支护桩、隧道围岩、地下结构侧墙及深基坑围护体系在开挖、降水、支撑转换和周边荷载变化过程中，会沿深度产生不同程度的水平变形。工程人员不仅需要知道结构“移动了多少”，更需要知道最大侧向位移发生在哪个深度、变形曲线如何发展以及不同施工阶段的变形位置是否发生迁移。

传统人工活动测斜通常需要定期将测斜探头放入测斜管，由人员逐段测量并形成阶段性成果。该方式能够用于复测，但两次人工测量之间存在时间空档，夜间施工、暴雨、连续开挖和突发工况下无法持续获得地下结构内部的变形过程。

地下结构监测还有明显的“深度属性”。地表沉降或顶部倾角只能反映局部结果，而围护墙可能在地表变化不明显时，已经在某一开挖深度附近形成较大的侧向挠曲。因此，仅依靠表面位移难以完整刻画地下结构变形。

远程地下结构固定式测斜系统将多个测斜单元长期固定在设计深度，通过统一采集、分段位移计算、深度积分和远程通信持续生成地下结构深度—位移曲线，实现从周期性人工测读向长期自动化侧向变形监测转变。

建设目标与监测目标

本项目建设地下结构固定式测斜在线监测系统，在围护墙、支护桩、地下连续墙、隧道或其他地下结构内部布设固定式测斜链，对不同深度的倾斜状态和侧向位移进行连续监测。

系统主要获取各测段倾角、分段侧向位移、不同深度累计侧向位移、最大位移值、最大位移所在深度、位移变化速率以及完整深度—位移曲线。

通过长期数据对比，分析地下结构在不同开挖深度、支撑安装、支撑拆换、降水和周边施工条件下的变形演化。

系统同时监测温度、通信及设备运行状态，为判断真实结构变化、测点异常和长期零点漂移提供辅助依据。

需求分析

地下结构固定测斜首先要求测斜管与被监测结构可靠连接。测斜管如果与围护体之间存在脱离、局部松动或安装方向变化，传感器测得的倾角就可能不能真实代表结构侧向变形。

其次，需要合理设计测点深度和间距。并非测点越密越好，应根据结构受力、开挖深度、预计变形区、孔深和工程控制要求确定重点监测深度。

固定式系统属于长期测量，温度变化、零点、传感器重复性以及安装方向都会逐渐影响趋势解释，因此系统应同时保存原始量、工程量、温度、初始基线和参数版本。

地下工程现场还存在渗水、线缆距离长、电气干扰、通信中断和施工碰撞等问题，需要从测斜终端、通信电缆、采集主机、远程网络和平台完整性几个环节同时设计。

总体解决方案

本方案采用S-FINC固定式测斜系统，由多个固定式测斜测量终端、测斜管及导轮定位组件、防护电缆、边缘数据采集主机、远程通信组件、现场供电以及SIYB智能监测平台组成。

多个测斜单元沿地下结构或测斜管深度方向固定布设，每一个监测单元对应一个明确深度位置，并持续测量自身相对于重力方向的倾斜角度。

边缘采集主机按照统一时间采集各深度测斜数据，根据测段长度、安装方向和初始基线将角度变化换算为分段侧向位移，并按照深度顺序进行累计。

现场数据通过项目配置的蜂窝网络、有线网络或其他远程数传方式发送至SIYB平台，实现远程自动测斜、历史存储、变形断面分析和异常报警。

最终形成“地下深度感知—分段倾角测量—位移积分—边缘质量判断—远程传输—深度断面分析”的地下结构自动化测斜体系。

系统架构设计

系统以监测孔或结构断面作为基本管理单元，而不是把每一支测斜仪简单作为独立设备管理。

感知层由多个固定式测斜单元构成，每个单元保存自身设备编号、安装深度、测量方向和测段长度。

边缘处理层负责RS485数据采集、时间同步、零点与温度信息管理、分段位移换算、累计侧移计算、状态检查和现场缓存。

远程通信层根据地下工程现场条件配置蜂窝、有线或其他数传方式，将现场边缘主机与远程服务器连接。

平台层按照“项目—结构—测斜孔—测点深度”的方式组织数据，形成实时侧移、深度断面、时间趋势、异常状态和工程事件之间的对应关系。

监测内容与监测方法

分层倾角用于记录地下结构不同深度位置姿态。每一支固定测斜单元对应确定深度，可长期比较同一深度倾角变化。

分段侧向位移根据该测段相对于初始状态的角度变化及测段有效长度计算，反映某一局部结构段的水平变形。

累计侧向位移由多个测段按照深度顺序积分得到，用于形成地下结构从参考端至不同深度位置的整体水平位移。

最大侧向位移及其发生深度是地下围护结构监测中的重要分析结果。平台可自动从当前位移断面中识别最大值所在位置。

位移变化速率用于判断地下结构是否由稳定变形进入持续发展或加速阶段。

系统可保存不同施工阶段的深度—位移断面，使开挖前、不同开挖标高、支撑施工及后续阶段的变形曲线能够直接比较。

技术原理与算法模型

固定式测斜仪采用重力倾角测量原理。传感器利用地球重力方向作为参考，持续测量测斜单元相对于竖直方向的倾斜变化。

设第i个固定测斜单元对应的有效测段长度为Li，当前倾角为θi，初始倾角为θi0，则实际工程计算首先得到相对于初始状态的角度变化Δθi。

该测段的侧向位移变化可根据测段长度和倾角几何关系计算。对于具体项目，应按照系统坐标方向、测杆结构和算法定义统一执行，而不能脱离安装方向单独解释角度数值。

多个测段按照深度方向逐段累计，可形成地下结构不同深度的累计侧向位移。最终将深度作为纵轴、侧向位移作为横轴，即可得到深度—位移曲线。

如果某一深度区间的位移曲线长期形成明显弯折，而其上下测段变化相对较小，说明结构变形可能主要集中于该深度范围，需要结合开挖工况、支撑状态和结构计算进一步分析。

系统同时保留原始倾角、工程位移、初始零点、温度和算法参数。当某个累计位移发生异常时，可以逐级追溯具体深度传感器，而不是只查看最终断面。

系统功能设计

系统具备固定测斜连续采集、测点深度管理、分层倾角显示、分段侧移计算、累计侧向位移计算、深度断面重构、历史断面对比、变化速率分析、质量诊断和异常报警等功能。

监测孔管理功能保存孔深、测点数量、各测点安装深度、测量方向、测段间距和设备编号，实现地下结构位置与传感器数据一一对应。

断面分析功能可按照指定时间自动生成整孔侧向位移曲线，并支持多个日期或施工阶段曲线叠加比较。

单深度趋势功能可选择任意测点，查看该位置倾角、分段位移和累计侧移随时间的变化。

质量控制功能可识别越量程、突变、数据停滞、断线、通信失败和异常变化率，并对对应时间数据进行质量标记。

远程接口功能可按项目协议向已有基坑监测平台、轨道交通平台或用户业务系统提供数据。

硬件组成与配置方案

系统硬件主要包括S-FINC固定式测斜单元、测斜管、导轮组件、悬挂或定位组件、防护通信电缆、边缘数据采集主机、远程通信模块、现场供电设备和防护箱。

固定式测斜单元按照项目设计深度依次安装在测斜管内部，通过导轮或定位结构保持测量轴方向与测斜管导槽方向一致。

测点数量与间距根据围护结构深度、预计最大变形区和设计要求确定，不采用统一固定数量。

多个测斜单元通过RS485总线接入边缘数据采集主机，由主机统一管理地址、采集周期和数据上传。

地下结构现场具有固定电源条件时，可采用直流或现场转换供电；偏远或特殊环境可根据项目配置电池、太阳能或其他供电方式。

远程通信可根据现场选择蜂窝、有线或无线数传，实现固定测斜系统从地下感知端到云平台的完整连接。

核心设备参数

S-FINC固定式测斜仪测量范围可配置±15°或±30°，具体根据预计结构变形及安装条件选型。

角度分辨率为0.001°。

传感器精度资料典型值为±0.005°。需要说明的是，该指标属于单个倾角感知单元参数，并不直接等同于整个测斜孔累计侧向位移的最终测量不确定度。

长期稳定性资料典型值为±0.05%F.S/年。

重复性资料典型值为±0.002°。

工作温度范围为-30～+80℃。

设备采用RS485数字输出，可根据项目配置Modbus RTU或项目约定通信协议。

安装系统包括测斜管、导轮组件、悬挂或定位组件及防护电缆，具体数量和长度按照监测孔深度配置。

测点间距不设置统一固定值，应根据结构变形特征、监测孔深、工程计算和设计要求确定。

上述典型参数用于方案设计和设备选型，最终量程、精度、安装附件、接口和通信配置以实际项目技术要求确定。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台针对地下固定式测斜采用“结构断面+监测孔+深度测点”的数据展示方式，避免大量传感器数据彼此孤立。

监测孔页面可以显示当前各深度分段倾角、累计侧向位移、最大侧移及最大侧移位置。

深度—位移曲线用于展示某一时刻整个地下结构断面的水平变形，是固定式测斜系统的主要工程成果之一。

多时刻断面对比可将开挖前、不同开挖阶段和支撑转换阶段的曲线叠加，直观观察最大变形位置是否向下或向上迁移。

时间趋势页面可选择指定深度，查看该测点长期位移、变化速率及相关报警。

平台同步保存温度、通信和设备状态，使工程人员在分析异常位移时能够同时核查传感器及数据链是否正常。

系统支持数据表格、周期报表、标准格式导出、权限管理和项目数据接口。

数据分析与智能应用

地下固定式测斜最重要的数据价值是形成“时间—深度—位移”三维关系，而不是简单记录一个最大水平位移值。

对于深基坑，可将每一级土方开挖时间与对应深度—位移断面叠加，分析围护墙最大侧移位置和曲线形态随开挖深度发生的变化。

支撑或锚索安装完成后，可继续观察对应深度附近位移速率是否减缓，为结构变形趋势分析提供数据依据。

对于隧道及地下结构，可以长期比较不同深度或不同结构位置侧向变化，识别局部持续变形区域。

平台可对各测点位移速率进行排序，使技术人员快速找到当前变化最快的深度，而不是逐条浏览所有传感器数据。

如果项目同时接入地下水位、支撑轴力、地表沉降、裂缝或施工事件，可将各参数统一到同一时间轴分析，观察地下结构侧移与其他工程状态之间的对应关系。

预警机制与决策支撑

固定式测斜预警可围绕最大累计侧向位移、指定深度位移、位移变化速率、持续时间和多测点关联进行设置。

最大位移报警用于监测整个测斜断面是否达到项目控制条件；单深度报警则用于关注特定开挖层、结构节点或预计高风险部位。

变化速率预警可在绝对位移尚未达到最终控制值时识别变形加速。当某一深度连续多个周期变化速度增加时，可提前进入重点关注状态。

多个相邻深度同时发生同方向连续变化时，通常比单一传感器瞬时跳变具有更强的结构变形特征，可作为人工复核的重要依据。

如果只有一个测点突然产生较大变化，同时伴随数据跳变、通信异常或长期漂移标记，则应首先检查传感器和安装状态。

具体报警控制值不由传感器量程或精度直接确定，应按照基坑设计、地下结构专项监测方案、风险等级和项目责任方确定的控制指标执行。

项目实施方案

实施前首先根据地下结构类型、最大开挖深度、围护结构形式和预计变形模式确定监测孔位置及深度。

对于深基坑项目，应结合围护墙、支护桩和重点风险区确定固定测斜孔，并明确测量轴方向与基坑内外方向之间的关系。

测斜管施工完成后，应检查管体连续性、导槽方向、固定情况和孔口防护，确保后续传感器能够按照设计方向安装。

固定测斜单元按照设计深度逐节放置，记录每个设备编号、安装深度、测段间距和方向，并完成RS485地址配置。

边缘采集主机接入后，冻结采集周期、通信地址、数据单位、零点、补偿参数和远程通信方式。

系统稳定后建立初始倾角和初始深度—位移断面，并完成方向、重复性、通信、断电恢复、断网缓存和报警功能检查。

经过试运行确认数据趋势合理后，再正式启用项目报警控制值。

运维服务保障

地下固定式测斜属于长期埋设型系统，运维重点不仅是传感器本身，还包括测斜管、孔口、防护电缆、通信主机和数据基线。

应定期检查孔口防护和通信电缆，避免施工车辆、机械和人员操作造成线缆拉扯或损坏。

平台持续检查各深度传感器通信状态。当单个节点离线或数据长期停滞时，可以直接定位对应深度进行排查。

长期运行过程中，应结合温度和零点数据识别漂移，必要时采用人工活动式测斜或项目认可的其他方法进行周期性复核。

传感器被更换后，应保存原设备终止时间、新设备启用时间及新的基线，不能将不同零点的数据直接连续累计。

监测孔、测点深度、安装方向、测段间距、补偿系数或算法发生变化时，应进行版本管理并保存历史记录。

项目优势与方案价值

固定式测斜最大的特点是传感器长期留在指定深度，不需要每次人工重新下放探头，可以持续获取地下结构不同深度的侧向变形。

相比只在结构顶部布设倾角仪，固定式测斜能够形成完整深度—位移断面，直接看到最大变形发生在哪个深度。

RS485数字化组网允许多个测斜单元通过一套边缘主机集中采集，适合几十米深地下结构的多点监测。

±15°和±30°两种量程可根据地下结构实际变形范围选择，0.001°分辨率和典型±0.005°传感器精度为分段角度变化测量提供基础。

系统同时保存原始倾角、累计侧移、温度、零点、质量标记和设备状态，使长期变形结果能够向下追溯到具体测段。

远程通信和SIYB平台减少基坑、隧道及地下结构危险区域人工高频进入需求，并使设计、施工和监测人员能够共享同一套连续变形数据。

应用场景

本方案适用于深基坑地下连续墙固定测斜，可连续监测围护墙从顶部至深部的水平位移分布。

适用于支护桩或排桩体系，在桩体内部或配套测斜管中监测不同深度侧向变形。

适用于城市轨道交通和地下工程，对隧道结构、围岩或邻近施工影响区进行长期固定式测斜。

适用于地下室、地下通道和大型地下结构，监测结构侧向变形及施工影响。

适用于边坡深部位移，可沿测斜孔观察潜在滑面以上不同深度变形发展。

适用于大坝、堤防及岸坡内部侧向变形长期监测。

还可用于矿山边坡、交通工程及其他需要获得深度—侧向位移断面的岩土工程项目。

效益分析

监测连续性方面，固定式设备将人工周期测斜转化为自动连续采集，可以获得施工关键阶段更完整的地下结构变形过程。

风险识别方面，深度—位移断面能够直接显示最大侧移位置，使工程人员不仅知道变形量，还能够知道变形集中在哪个深度。

现场管理方面，远程监测减少人员频繁进入深基坑、隧道和施工影响区域读取数据的需求。

数据一致性方面，同一批固定传感器长期保持在确定深度，可减少不同人工测次在探头位置、时间和操作方式上的差异。

资料积累方面，长期保存的倾角、位移断面、施工事件、报警和设备状态可以形成地下结构全过程变形档案。

标准规范与政策依据

深基坑围护结构固定式测斜项目可根据实际适用范围参考GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》。

房屋建筑及相关结构变形测量可根据项目条件参考JGJ 8-2016《建筑变形测量规范》。

具有整机外壳防护要求的设备可参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

采用Modbus RTU方式进行数字通信时，可依据相应Modbus通信规范和项目数据协议进行系统集成。

测斜孔布设、监测深度、测点间距、报警控制值和验收方法应结合具体地下结构设计文件、专项监测方案和项目实施要求确定。

相关标准用于监测方法、选型和项目设计参考，并不表示产品自动满足标准全部条款或已经取得相应认证。

成功案例

成功案例应以真实实施并取得公开授权的项目资料为准。典型深基坑地下连续墙固定测斜项目，可在围护结构关键断面预埋测斜管，并按照设计深度安装多个S-FINC固定式测斜单元。

基坑开挖前首先建立各深度初始倾角和初始位移断面。随着土方分层开挖，系统持续自动采集不同深度倾角，并将分段测量结果换算为累计侧向位移。

平台按照不同开挖阶段保存深度—位移曲线，使技术人员能够观察最大侧移位置是否随开挖深度变化，以及某一支撑层施工后围护结构位移速率是否发生改变。

当某个深度区间连续发生同方向位移并达到项目控制条件时，系统产生相应关注或报警信息，管理人员结合开挖进度、支撑状态和其他监测数据进行现场复核。

项目全过程形成初始基线、分层倾角、累计侧向位移、深度断面、设备质量状态和报警记录。以上内容为基于S-FINC能力编制的典型应用路径，不作为欣仰邦既有工程业绩或固定量化效果声明。

参考文献

[1] GB 50497-2019，《建筑基坑工程监测技术标准》。

[2] JGJ 8-2016，《建筑变形测量规范》。

[3] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》。

[4] Modbus Application Protocol相关通信技术规范。

[5] 固定式测斜、重力倾角测量及分段侧向位移积分相关技术资料。

[6] 深基坑围护结构、地下连续墙、支护桩及隧道地下结构变形监测相关工程资料。