磁致伸缩式静力水准仪在地铁沉降监测中应用

磁致伸缩式静力水准仪在地铁沉降监测中应用
作者：无





       在经济高速发展的今天，铁路工程施工建设对我们的生活产生了不可忽略的影响，保证其施工质量已经变得越来越重要。静力水准仪作为一种较为先进的测量仪器已经被越来越广泛的应用地铁、隧道沉降检测等领域。保证静力水准仪测量的精度，是进行沉降检测工作中的一项重要任务。随着我国经济社会的快速发展，城市人口不断增多，城市轨道交通得以蓬勃发展，各大城市纷纷开展地铁线路的建设及规划工作。在各种公共交通方式中，城市地铁在快捷性、准时性等方面有着非常明显的优势，一直是我们出行的重要方式。随着地铁技术与应用的不断发展，其安全性也就变得越来越受人关注。城市地铁的沉降值是其衡量其运行安全性的一项重要指标，对其进行有效的监测是保证地铁系统安全的前提条件。所以不断的提高对地铁沉降监测的精度，是保证其稳定、安全运行的有效手段。相比于传统沉降监测手段，利用静力水准仪进行地铁的沉降监测，能够实时、精确的掌握地铁结构垂直位移，为地铁的安全运营的提供重要保障。

 

1、静力水准仪的工作原理

静力水准仪又称连通管水准仪，是测量两点间或多点间相对高程变化的一种精密的测量仪器，目前市场上的静力水准仪主要有磁致伸缩式，电容式、电感式和光电式三个类型。磁致伸缩式静力水准系统至少有两个观测点，由液缸、浮筒、精密液位计、保护罩、支撑架等部件组成，主要用于大型储罐、大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测工作。静力水准仪是一种高精密的液位测量装置，其即依据连通液原理，设置多个连通的测点，每个容器的液位有磁致伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随着液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。通过观测各测点容器的液面高程与安装高程的变化关系，进而获得每个测点沉降数据，并且可以通过与基准点的对比获得绝对沉降值。目前主流的静力水准仪在理想的条件下可以实现 0.1mm 的测量精度。正因为其精确、实时的特点，静力水准仪被越来越广泛的应用在对地铁、隧道及各类设施的沉降监测工作中。

2、利用静力水准仪进行地铁沉降监测的优势

静力水准仪作为近些年来得到广泛应用的新型仪器，相对于常规水准仪搭配水准标尺的测量方式，在进行地铁监测方面具有较为明显的优势，主要体现在以下几个方面：

（1）测量精度高。静力水准仪作为一种使用液位进

行测量精密仪器，其测量精度通常可以达到亚毫米级，甚

至有些型号的高端静力水准仪的标称精度达到 0.01mm。而常规水准仪则会受到仪器误差、读数误差、水准尺倾斜误差、水准尺变形误差等因素的影响，在精确性上受到不同程度的限制，通常无法保证毫米级别上数值的准确性。

（2）具有一定的抗干扰能力。静力水准系统通常布设在混凝土观测墩，或专用的安装支架上，屋里稳定性较好；许多较为先进的静力水准仪具有较好的气密性，能够抵御一定程度内的气压变化的影响；大部分主流的静力水准仪会配备温度补偿装置，以减弱温度变化对测量

结果值的影响，许多型号的静力水准仪都具有 -10 ～ 40℃的温度补偿范围。

（3）能够在极端温度下工作。目前市面上的主流静力水准仪，通常可以实现在 -30 ～ 80℃温度区间内的正常工作。而常规水准测量则会对温度条件比较敏感，较容易受到温度条件的限制。在实际测量工作中，常规的水准测量方式，一方面是水准仪、水准尺、尺垫等设备会因温度的变化产生变形；另一方面是测量人员也无法在极低或极高温度条件下正常的开展测量工作。

（4）布设简单，维护方便，自动化程度高。静力水准仪各部件的组装、连接较为简便，通常只需用连接管把贮液罐和各测点连接起来，然后从一端液罐注入调好的连通液，再经过简单的调试及设置，即可完成静力水准仪的布设工作。静力水准仪的贮液容器通常采用有机玻璃材质，即防止腐蚀生锈，又方便观察。静力水准仪内部通常都具有较先进的智能传感器、单片机以及通讯模块，可以方便的进行信号处理与识别、数据采集、数据存储、计算和通讯等功能，结合仪器的各种配套软件进行使用，方便快捷，自动化程度较高。

但是与此同时，静力水准系统也存在着其自身的局限性。比如由于液体的粘滞作用，当静力水准仪内部的连通液高度发生变化时，需要经过一段时间的流动才能重新达到平衡状态，所以静力水准系统不适合应用在高速沉降变化量的测量工作中。

 

3、影响静力水准仪监测精度的因素分析

气压、连通液密度和重力加速度是影响静力水准高程面的主要因素。而由于静力水准仪使用同一种液体作为连通液，并且在通常情况下，小范围内的重力加速度差别可以忽略不计，即静力水准仪中连通液密度以及各测点的重力加速度的影响可以忽略。运营中地铁隧道内对环境影响最剧烈的即为地铁列车的运行。当地铁列车在地铁隧道内的行驶时，会对地铁内部的综合环境带来一定程度的改变，而这也将会对静力水准仪的精度带来较大的影响，主要体现在以下三个方面：

（1）气压影响。当列车通过时，仪器内的气压会改

变。列车的快速行驶会造成列车周围空气的急剧流动，这将会使得安放在其附近的静力水准仪测点仪器内的气压趋于下降，进而导致该测点内连通液的液面趋于上升，影响整个静力水准系统观测值的准确性。

（2）震动影响。当列车通过时，会使铁轨及附近地面产生较强的震动，而当静力水准仪测点的位置与地铁轨道距离较近时，列车的通过对轨道和地面的压力会使该测点读数不稳，并有下沉的趋势，进而使得该测点液面趋于上升，相反，当地铁列车驶离静力水准仪测点后，地铁列车带来的压力逐渐减弱并最终消失，则会使该测点有上抬的趋势，进而使得该测点液面趋于下降。所以列车通过会影响静力水准仪瞬间读数的准确性。

（3）对基准点的影响。当基准点的布设与地铁轨道距离较近时，当列车经过该基准点附近时，也会对基准点产生如上所述的气压以及震动影响，使得基准点的瞬间读数产生变化，影响静力水准仪的测量数值，从而影响地铁监测精度。

 

综上所述，静力水准仪是因其精确、稳定、自动化程度高等优势，被广泛的应用在地铁沉降监测工作中，为城市地铁的安全运营提供了技术保障。而城市地铁的沉降监测精度受地铁列车运行的影响较大，由于列车行驶的原因造成的测点附近的大气压强波动、静力水准仪仪器和基准点的震动等，均会对静力水准仪的观测值产生影响，进而影响地铁沉降监测的精度。所以，在进行地铁沉降数据分析时需要把以上影响精度的因素考虑进来，合理避让列车运行时间段，进而降低或消除列车运行对静力水准仪的影响，保证监测精度。





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