项目背景与行业痛点

高边坡、深基坑、隧道洞口、水库岸坡和矿山边坡广泛采用锚杆、锚索及预应力锚固体系，将潜在不稳定岩土体与较稳定区域连接起来。锚固结构是否处于合理受力状态，不仅取决于施工时是否完成张拉锁定，还取决于后续开挖、卸荷、降雨、岩土变形、温度变化和长期松弛作用下锚固力是否发生持续变化。

传统锚索管理往往重点记录施工张拉阶段的锁定值。锚索完成验收后，内部轴力通常无法通过肉眼持续观察。即使坡面、冠梁或挡墙外观暂时没有明显异常，部分锚索也可能已经出现荷载重新分配、预应力损失或局部受力增加。

对于高边坡和基坑工程，锚固受力还具有明显的施工阶段特征。土方开挖、支撑转换、锚索分级张拉、地下结构施工以及暴雨等事件，都可能在较短时间内改变锚固体系荷载路径，仅依赖人工周期检测难以完整还原受力变化过程。

在线锚杆索轴力监测系统通过在锚头与承压结构之间布设荷载感知组件，长期获取锚杆、锚索轴力及温度数据，并结合边缘采集、4G通信和SIYB智能监测平台，对锁定基线、轴力增减、变化速率和设计控制比进行连续分析，为边坡、基坑和地下工程锚固体系运行状态提供数字化依据。

建设目标与监测目标

本项目建设锚杆、锚索轴力在线监测系统，对重点预应力锚索、锚杆及其他锚固构件进行长期自动受力监测。

主要监测内容包括当前轴力、初始锁定轴力、相对基线变化量、轴力变化率、设计控制比、温度状态、历史最大最小值以及通信和设备运行状态。

系统重点分析锚索是否保持合理预应力、是否发生持续卸载、是否出现异常增载，以及不同锚索之间的荷载分配是否发生明显变化。

通过4G、RS485/Modbus或项目配置的其他通信方式，将现场轴力数据实时上传SIYB智能监测平台，实现无人值守、远程趋势查看、分级告警和设备状态管理。

需求分析

锚杆索轴力监测首先需要明确设计轴力、张拉控制值、锁定值和允许变化范围。设备量程只能决定“能够测多大”，并不能直接决定工程预警值。

第二，需要保证轴向荷载能够正确通过传感器受力中心传递。锚头、承压板、荷载感知组件如果不同轴，或承压面局部不平整，会形成偏心加载并影响长期测量结果。

第三，需要区分施工阶段和运营阶段基线。张拉过程中轴力快速变化，锁定完成后才逐渐进入稳定阶段，因此项目应明确在哪一个施工节点建立正式长期监测基准。

第四，需要考虑温度、潮湿、长期浸水、腐蚀、灌浆和线缆保护。高边坡、基坑和隧道现场环境复杂，安装完成后的长期稳定性与防水、防腐和现场保护同样重要。

第五，锚索轴力异常需要与位移、倾角、裂缝、降雨、渗压和现场施工工况联合解释，不能脱离工程背景单独给出结构安全结论。

总体解决方案

本方案采用S-ANCR锚杆（索）轴力监测系统，由锚杆索荷载感知组件、承压安装组件、温度与安装基准组件、边缘数据采集主机、4G/LoRa/RS485通信组件、现场供电系统以及SIYB结构安全监测平台组成。

荷载感知组件安装于锚头与承压结构之间，使锚杆或锚索产生的轴向荷载通过感知单元传递。

根据最终配置，可采用承压式或振弦式等荷载感知方式。锚索轴力发生改变后，弹性敏感结构或振弦元件产生相应电学量、频率等变化，由边缘主机读取并依据校准参数换算为工程轴力。

边缘主机同步记录温度、原始量、工程轴力、基线和质量状态，计算轴力变化量、变化率及设计控制比。

监测数据通过4G等通信链路进入SIYB智能监测平台；断网期间现场继续采集和缓存，网络恢复后按照原始时间戳顺序补传。

系统架构设计

系统按照锚固荷载感知层、边缘计算层、通信供电层、数据平台层和工程应用层进行设计。

感知层负责各锚杆、锚索轴向荷载和温度测量，并保存测点编号、锚索编号、设计轴力、锁定值及安装位置。

边缘计算层负责多通道激励和采样、工程量转换、温度补偿、基线计算、变化率计算、质量判断和本地缓存。

通信供电层可根据项目配置4G、LoRa、RS485/Modbus以及太阳能、市电或备用电源。

数据平台层负责实时轴力、设计控制比、历史趋势、多点比较、报警和设备状态管理。

工程应用层将锚索受力与边坡位移、基坑变形、降雨、孔压及施工阶段进行关联，为现场监测和专业研判提供连续数据。

监测内容与监测方法

当前轴力用于反映锚杆或锚索当前承受的轴向荷载，是系统最主要的直接工程量。

锁定轴力是在锚索张拉、锁定或项目规定阶段记录的重要参考值，可作为后续长期轴力变化分析的基础。

轴力变化量通过当前轴力与项目基线比较得到，用于识别长期预应力增加或损失。

轴力变化率用于描述一定时间内锚固荷载变化速度，可辅助识别开挖、卸载、暴雨或结构变形阶段出现的快速变化。

设计控制比用于将当前轴力与项目设计或控制值进行比例化表达，使不同量程、不同设计荷载的锚索能够在统一管理逻辑下比较。

温度同步监测用于辅助判断环境温度变化及传感器温度响应对长期轴力曲线的影响。

多锚索监测时，可按照边坡分区、基坑断面、锚索排次和高程进行组织，分析不同位置之间的荷载重新分配。

技术原理与算法模型

锚杆索轴力监测的基本原理是将锚固构件的轴向荷载通过锚头和承压结构传递至荷载感知单元。感知单元内部弹性体或振弦敏感元件随着荷载变化产生可测信号。

边缘采集主机依据对应设备出厂标定系数，将原始频率、电学量或其他原始信号转换为轴力工程值。

设锚索建立长期监测基线时轴力为F0，当前轴力为Ft，则相对轴力变化量可表示为ΔF=Ft-F0。

轴力变化率可表示为VF=(Ft-Ft-1)/Δt，用于识别一定时间窗口内受力增加或减小的速度。

如项目设计控制值为Fd，可根据项目定义计算当前设计控制比K=Ft/Fd×100%，用于平台分级管理。Fd必须来自项目设计或正式监测方案，而不是采用传感器量程代替。

对于长期预应力损失分析，可以比较锁定阶段基线与后续稳定阶段轴力，观察轴力衰减幅度和发展趋势；具体预应力损失原因仍需要结合锚具、岩土体、温度、松弛和现场工况专业分析。

同一边坡或基坑多个锚索同时监测时，应关注荷载是否出现区域性重新分配，而不是只根据单个锚索的某一次波动判断整个锚固体系状态。

系统功能设计

系统具备锚杆索轴力连续监测、温度同步采集、锁定基线管理、相对变化计算、设计控制比、变化率分析、多点对比、本地缓存、4G联网、质量控制和分级告警等功能。

实时监测页面持续显示各锚杆索当前轴力、设计控制比、温度和设备状态。

施工阶段管理功能可记录张拉、锁定、分层开挖、支撑转换、地下结构施工和锚索维修等工程事件。

质量控制能够识别越量程、突变、漂移、断线、离线、低电及异常状态，并保存相应质量码。

断网运行功能使边缘主机在公网异常时继续采集、判断和存储，网络恢复后自动补传。

系统可根据项目设置阈值、变化率、持续时间和多测点一致性规则，并支持声光或继电器等现场联动配置。

硬件组成与配置方案

系统硬件主要包括锚杆索荷载感知组件、中心孔及承压结构、承压板适配组件、温度测量单元、防水电缆、边缘数据采集主机、4G或LoRa通信模块、太阳能或市电供电组件、防护箱及现场告警附件。

荷载感知组件的中心孔尺寸、外径、承压面和结构形式需要根据锚杆或锚索端头尺寸、锚具和承压板进行匹配。

对于高边坡和地灾治理工程，可采用太阳能加蓄电池以及4G通信组成独立远程监测站。

深基坑和隧道具有稳定供电条件时，可采用市电、直流电源和RS485集中采集，再由边缘主机统一联网。

一台边缘主机可按照通道容量集中管理多个轴力测点，使多排、多层锚索统一进入一个项目平台。

需要现场警告时，可增加声光或继电器输出，但外部设备联动方式应在项目设计阶段明确。

核心设备参数

S-ANCR监测对象包括锚杆、锚索及预应力锚固构件，安装接口和承压板根据具体工程结构设计。

锚索荷载典型可选量程最高可到0～5000kN范围；锚杆应根据设计轴力和安全储备选配，不采用一个固定量程覆盖所有工程。

参考精度资料典型值≤±0.1%F.S。系统最终测量效果还受到偏心加载、承压面、温度和安装质量影响。

分辨能力资料典型为0.025%F.S～0.05%F.S，具体随荷载感知结构、量程和采集通道配置变化。

温度测量典型范围为-40～+80℃，温度参考误差±0.5℃，主要用于温度补偿和长期状态解释。

耐水压资料典型≥0.5～1.0MPa；长期浸水、腐蚀或灌浆工况需要根据具体产品结构专项确认。

通信支持RS485/Modbus、4G或LoRa按项目配置，NB-IoT、以太网或其他接口可根据最终系统配置确认。

供电可采用太阳能加蓄电池、市电加备用电源或其他项目化低功耗方案。

采集周期和上传周期可分别设置，并可支持定时采集、加密采集、事件触发和断网缓存。

最终量程、精度、功耗、尺寸、中心孔、材质、线长、防护和安装附件均根据项目配置确定。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台按照“项目—区域—锚固断面—锚索编号”的方式组织监测数据。

实时页面显示轴力、温度、相对基线变化、设计控制比、变化率、报警等级以及通信和电源状态。

历史趋势页面可查看单根锚索从张拉、锁定、开挖到长期运行全过程的轴力变化。

多点比较功能可将同一排、同一断面或不同高程锚索曲线同步展示，分析荷载分布和重新分配。

平台支持分钟、小时、日等不同统计尺度，并可对轴力最大值、最小值、变化率和持续异常状态进行统计。

质量状态页面保存超量程、突变、漂移、离线、维护、校准和低电等信息，使工程人员能够区分真实受力变化与设备异常。

数据可根据项目要求进行CSV/Excel导出，并支持API、Modbus、MQTT或行业平台对接。

数据分析与智能应用

锚索轴力分析的第一个重点是预应力保持状态。系统可以比较张拉锁定阶段和长期运行阶段轴力，观察是否存在持续性预应力损失。

第二个重点是施工响应。在深基坑中，可将每一级开挖、锚索张拉和支撑转换时间标记到轴力曲线上，观察不同施工阶段荷载如何重新分配。

第三个重点是区域一致性。高边坡同一排或相邻锚索通常具有一定受力关联，如果部分锚索持续增载、部分持续卸载，可作为现场重点检查线索。

第四个重点是降雨和地下水影响。边坡项目可将雨量、渗压和锚索轴力进行时间关联，观察强降雨之后锚固体系荷载是否出现明显变化。

第五个重点是轴力与位移关系。如果边坡GNSS位移或基坑墙体位移增加的同时锚索轴力也持续变化，其工程意义通常高于单一监测参数独立变化。

平台可以按照历史稳定阶段逐渐形成不同测点自身的正常波动区间，为后续异常筛查提供项目本地化数据基础。

预警机制与决策支撑

锚杆索轴力预警不宜简单采用“量程百分比”，应根据设计控制值、锁定值、监测基线、变化率和现场工况建立工程化规则。

轴力上限预警适用于识别锚索持续增载，防止长期逼近项目设计控制范围。

轴力下降预警适合识别明显预应力损失、锚固体系卸载或荷载传递状态变化。

变化率预警用于识别短时间快速增载或卸载，即使当前轴力尚未达到绝对控制值，也可提前进入关注状态。

持续时间规则用于过滤极短时间波动。当轴力连续多个监测周期满足异常条件后，再提升报警等级。

多点联合规则可用于识别一组锚索同步变化或局部荷载重新分配，并结合墙体、边坡或围岩位移进行复核。

具体预警值必须由设计单位、监测方案或项目责任方根据结构设计值、锁定值、风险等级和现场工况确定，不能直接把设备量程的80%或其他固定比例作为通用报警值。

项目实施方案

实施前首先取得锚杆索设计轴力、张拉控制值、锁定值、锚头尺寸、承压板结构、施工工序和正式监测控制值。

根据最大设计荷载、安全储备、锚杆索直径、中心孔、承压结构刚度及现场腐蚀环境选择对应荷载感知组件。

安装过程中应保证承压面平整、受力中心基本同轴，并避免焊接热、剧烈敲击或明显偏心荷载作用于传感组件。

张拉和锁定过程中同步记录参考荷载、设备读数、温度、张拉时间、锚索编号和现场照片，为长期监测建立初始依据。

将所有监测通道接入边缘主机，完成量程、标定系数、通信地址、设计控制值、采集周期、4G网络和平台测点配置。

正式运行前逐通道验证原始量、工程轴力、温度、低电、通信异常、断网补传及告警功能。

试运行数据稳定后建立正式监测基线，并启用项目分级预警规则。

运维服务保障

长期运维应重点检查锚头、承压组件、传感器固定、电缆、接线箱、电源和通信设备。

锚头维修、重新张拉、卸载或加固后，应及时在平台记录工程事件，并根据实际情况重新建立或调整监测基线。

暴雨、地震、大规模开挖或明显边坡变形以后，应重点复核锚杆索轴力及相邻位移、裂缝和渗压数据。

平台持续检查漂移、突变、离线、低电和数据停滞状态，先判断数据质量，再安排有针对性的现场巡检。

4G网络中断期间边缘主机继续采集和存储，恢复后按照原时间戳补传，保证关键施工阶段和恶劣天气期间数据连续性。

量程、校准系数、设计控制值、基线、采集周期、报警规则和设备更换均应保留历史版本，确保长期轴力数据可追溯。

项目优势与方案价值

系统将原本难以直接观察的锚固构件内部轴力转化为连续数字数据，使工程人员能够长期掌握锚索预应力保持及荷载变化状态。

典型0～5000kN锚索荷载配置能够覆盖多种高边坡、基坑和大型预应力锚固项目，同时锚杆项目可按实际设计轴力单独选型。

轴力、温度、原始量、基线、设计控制比、变化率和质量码同步保存，相比只显示一个荷载值更有利于长期工程解释。

4G、LoRa、RS485/Modbus等通信方式可根据现场条件组合，适应山区边坡、地下基坑和隧道等不同监测环境。

边缘主机具备本地判断、缓存和断网补传能力，使公网异常期间监测系统仍可以持续运行。

SIYB平台可进一步融合锚索轴力、位移、倾角、裂缝、雨量和渗压等数据，形成锚固结构“受力—环境—变形”综合在线监测体系。

应用场景

本方案适用于公路、铁路和山区高边坡预应力锚索监测，长期跟踪锚索荷载、温度及降雨后的受力变化。

适用于深基坑支护，对开挖、锚索张拉、支撑转换和地下结构施工期间锚杆索受力进行连续监测。

适用于隧道洞口、边仰坡及重点支护构件，对锚固体系开展长期轴力观测。

适用于水库坝肩、库岸和水利工程边坡，对加固锚索预应力进行长期监测。

适用于露天矿山和矿区高边坡，监测边坡锚杆、锚索荷载及变形过程。

适用于滑坡、崩塌等地质灾害治理工程，对抗滑和锚固结构运行状态进行综合在线监测。

适用于建筑边坡、挡墙及其他采用预应力锚固构件的结构安全监测项目。

效益分析

连续性方面，将人工阶段性检测扩展为全天候锚杆索轴力时间序列，减少关键变化发生在两次人工检测之间而无法追溯的问题。

风险识别方面，轴力、变化率、持续时间和设计控制比可以从多个角度筛选异常锚索。

施工管理方面，轴力曲线能够与张拉、开挖、支撑转换和降雨等事件对应，为施工阶段荷载路径分析提供连续依据。

巡检效率方面，管理人员可以先通过远程平台查看各锚索数据、质量状态和设备状态，再针对异常点安排现场检查。

运维资产方面，长期保存的锁定值、轴力、温度、维护、告警和处置记录，可以形成锚固体系完整运行档案。

标准规范与政策依据

建筑基坑锚杆索轴力监测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》。

建筑边坡和锚固体系设计及监测可结合GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》。

涉及工程基准和相关变形观测时，可参考GB 50026-2020《工程测量标准》。

具有外壳防护声明的设备可参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

采用Modbus方式进行设备通信与系统集成时，可参考Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

大型联网平台项目涉及网络安全建设时，可根据实际适用范围参考GB/T 22239-2019《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》。

不同公路铁路、水利、矿山、隧道和地质灾害治理项目，还应结合所属行业现行设计、施工、监测和验收文件确定最终轴力控制值和实施方法。

上述标准用于项目设计、选型和监测方法参考，并不表示S-ANCR整套系统自动满足相关标准全部条款或已经取得相应认证。

成功案例

成功案例应以实际完成并获得公开授权的项目资料为准。典型高边坡锚索综合在线监测项目可在重点坡段选择具有代表性的预应力锚索安装轴力感知组件，并同步布设GNSS位移、雨量或其他边坡监测设备。

施工张拉阶段记录锚索张拉值、锁定值和初始温度，并在稳定阶段建立正式监测基线。随后边缘主机持续采集各锚索轴力，并通过4G上传SIYB平台。

正常运行期间，平台分析每根锚索的当前轴力、相对锁定值变化、设计控制比和变化率，同时比较同一排或相邻锚索之间的受力差异。

强降雨或边坡发生明显位移变化后，可进一步查看对应锚索是否出现持续增载、卸载或区域性荷载重新分配，并结合现场排水、坡面裂缝和结构巡检进行专业复核。

项目长期形成轴力、温度、设计控制比、位移、降雨、报警和设备状态记录，为锚固体系运行管理和后续治理提供连续数据依据。

以上内容属于基于S-ANCR产品能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、工程业绩或固定安全效果声明。

参考文献

[1] GB 50497-2019，《建筑基坑工程监测技术标准》。

[2] GB 50330-2013，《建筑边坡工程技术规范》。

[3] GB 50026-2020，《工程测量标准》。

[4] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》。

[5] Modbus Application Protocol Specification V1.1b3。

[6] 预应力锚杆、锚索张拉锁定、轴力传递与长期预应力损失相关技术资料。

[7] 高边坡、深基坑、隧道洞口及地质灾害治理锚固体系受力监测相关工程资料。