静力水准仪在北京城铁变形监测中的应用

静力水准仪在北京城铁变形监测中的应用
作者：白韶红






     2002年9月刚刚通车的北京西线城铁，作为首都西北部的交通动脉，不允许中断或出现事故。为此，北京市城市建设工程研究院，在隧道开挖期间，对该段铁路进行连续监测。由于只允许在线路停电期间（每日22时至次日凌晨3时）进入轨道进行测量， 因此，选用磁致伸缩静力水准仪，结合水准测量，取得了良好的效果。

 

1 静力水准测量原理

相连的两个容器分别安装在待测平面A、B上（可以有若干个待测点），当连接两容器中的介质是均匀液体（即同类并具有同样参数）时，液体的自由表面处千同一水平面上。2个平面的高差仅仅取决于容器内的液位高度，测得液位高度就可以获得高差。 根据这一原理， 可将乎面的沉降问题，用测量液位的方法解决。对液体静力水准测量误差来源的分析表明，它的主要误差来自于外界温度的变化，特别是监测头附近的局部温度变化。为了减小温度的影响，应使连接软管下垂量尽量小；降低监测头内的液位；仪器尽量远 离强热辐射源。

静力水准仪测量系统的工作原理是，当主控制器按照设定周期向各仪器发送脉冲控制信号后，经DIA转换器使仪器的步进电机带动探针向下运动，探测容器内的液面，当其与液面接触后形成回路，使电机停止下行返回原位，接着进行下一台仪器的测试；从而将微小高差变化，转换为垂直位移量测试；经连续数据采集、计算、存储 电路，输出与每台仪器液位相关的RS485/RS232型数 字信号，直接与计算机连接。使用LAC或WINMOS软件，就可实现对路肩的实时监测。仪器的主要指标：测量范围50mm;分辨率0.01mm; 准确度0.2%;自动存储连续监测，与电话线连接可远程监测。由于冬季施工，北京地区的低温度一般不会低于-15°C,因此采用-25号乙二醇防冻液作为工作液体。 

2 测试方法与测点布置

2.1路肩沉降测晕

采用静力水准系统对路肩进行连续检测，在轨道路基两侧选择建立了12个测点，其中10个观测点2个基准点。静力水准仪安装在路基两侧，每侧6台，5台安装在观测点，分别安装在隧道中线、半宽2.85m、影响范围9m处；1台安装在隧道变形范围外的基准点。 

2.2轨顶沉降测量

根据工程变形测量方法， 采用静力水准仪，每天在线路停运期间进行高差测量。垂直位移监测网的观测点选在轨道顶面，位置与路肩测点相同，在隧道中间与铁道相交位置的两侧距隧道中间6m处，各增加1点。每条轨道7点，4条轨道共28个观测点，组成4条支水准路线，基准点选在变形区外。

3 测试结果与分析

3.1静力水准路肩沉降

对静力水准系统获得的自12月6日至22日路肩沉降变化数据曲线分析表明，自隧道12月10日开始钻进，路基随之逐渐明显下沉；到12月19日隧道贯通时，下沉呈增大趋势；随后下沉量开始减小，这种变化趋势与施工实际相符。东侧轨道No.4测点，数据曲线开始呈隆起的曲线，原因是仪器安装前，基础浇灌混凝土时间过短，使底角螺栓松动，不与基础一起下沉所致。12月9日后恢复正常，可能是由于气温过低，将螺栓与基础冻在一起。

3.2静力水准轨顶沉降

静力水准仪，获得的12月6日至22日轨顶的沉降曲线，可以看出，它的变化趋势与静力水准测量是一致的，区别是在4条轨道设置了4条导线，因此有4簇曲线。采用静力水准仪和静力水准仪获得的位移—时程变化曲线表明，在隧道开挖初期，沉降较大，隧道贯通后，沉降逐渐稳定在30mm以内。

4 问题与讨论

(1)在原监测方案中，为提高测试效率，拟采用数字水准仪，测量轨顶沉降。作为敏感元件，具有自动进行测量、自动判断处理误差并计算测量结果等功能，可以通过接口1、接口2或软盘进行数据传输。但是，实践中发现对于场地照明有一定要求，夜间铁路的自然月光照明和手电筒不能满足。

(2)对于静力水准测量，随着轨道和路肩沉降的趋缓，12月23日、25日地铁工务段分别拆除了该段铁路上的扣轨。但此后测试发现，由于拆除过程中对液体管道和电缆的扰动，测试开始显示不正常结果。联系到No.4测点在工程初期的状况，说明静力水准线路的基础牢固和线路不受干扰是十分重要的。

(3)对与轨顶测量，由于轨道表面无法标记，在轨道侧面做标记，容易产生标尺的一致性误差。为此，有时候需要反复测量几次，获得较为可靠的结果。

 

综上所述，采用静力水准仪可以满足地铁运行与 管理的要求。当隧道沉降较快时，地铁运营公司对运行的列车，采用了限速措施；降低了隧道开挖的速度。在沉降基本稳定后，拆除了扣轨，恢复了列车的运行速度。







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