静力水准自动化监测系统在盾构隧道工程中的应用

静力水准自动化监测系统在盾构隧道工程中的应用
作者：赵伟;韦永斌;后超;乔茂伟;





       目前，随着经济的发展和城市化进程的不断加快， 越来越多的城市在大力兴建地铁，城市交通形成了立体式布局。在地铁修建过程中经常会发生盾构下穿既有运行地铁线路的情况，如何减少施工对地层的扰动，确保既有地铁线路的安全，是地铁施工亟需解决的问题之一 。其中磁致伸缩式静力水准仪自动化监测在地铁施工过程中扮演着重要的角色， 通过获取的监测数据，可以实时了解施工方法的实际效果以及施工对周边环境的影响，以便及时采取有效措施，达到控制隧道变形，保护既有线路安全运营的目的。该套系统可实现对结构变形数据的自动化采集，实时上传服务器数据库，通过移动互联技术， 相关人员可在计算机、平板电脑、手机等终端 实时查看数据，生成数据报表等。以长沙地铁4号线区间盾构穿越既有运营地铁2号线为背景，讨论该监测系统在工程中的应用情况。

 

1 系统设计

1.1 系统总体设计

       该套监测系统由现场数据采集单元和远程监测单元构成。现场数据采集单元将静力水准仪采集到的沉降数据，通过3G数据传输模块传输至监测服务器。项目相关人员可以通过联网且安装有监测系统客户端的计算机、平板电脑、手机等终端随 时随地查看现场数据，实时了解沉降信息，同时项目管理人员可通过操作软件设置各项监测参数，灵活地调整自动监测频率，设置预警、报警值等。

1.2 传感系统设计

        静力水准仪多为液位式，通过电容、电感、磁致伸缩等其他传感器测量水位的变化，并且一起安装时需要整平，容易受到大气、场 地的影响，测量精度难以保障。该监测系统采用磁致伸缩式静力水准仪，通过磁致伸缩液位传感器测量液位变化。该静力水准仪体积小，精度高，安装简洁、方便。由于要监测道床的沉降或隆起，静力水准仪需要安装在道床上，根据监测区域内测点高差以及沉降变化范围选取量程为1.5m、接口为RS485口 的静力水准仪。该套传感器系统包括磁致伸缩液位传感器、水、通液管、通气管和多个亚克力罩体，该系统适用千测量多点位的相对沉降。使用中，基准点静力水准仪安装在一个稳定位置远离沉降区，各静力水准仪间用通液管、通气管连通，安装完毕后先采集l组初始页面值。监测过程中当测点与基准点高程发生变化时，测得的液面高度也会发生变化，通过计算可得出各测点的沉降量叽沉降量。

1.3 软件系统的设计

      整套软件是在Visual Studio 20 15 集成开发环境下，以vb.net为开发语言，SQL Sever2008为数据库开发完成的。该软件支持多项目、多用户、分机权限管理等操作，同时具有系统配置、数据显示报表生成、预警报警等功能。 

2 工程应用

2.1 工程概况

      长沙地铁4号线淉湾镇—湖南师范大学区间盾构始发不久，即要下穿既有地铁2号线，在项目施工期间对地铁2号线进行道床沉降监测，及时了解分析对 2号线隧道的影响情况，以便及时采取有效措施，达到控制既有地铁线路变形，保护其安全运营的目的。

2.2 测点布置及现场安装

     根据新建地铁与既有地铁隧道平面位置图，确定2号线上、下行隧道的监测范围为50m,5 m设1个断面，共 11个监测断面，每个断面在道床两侧各布置 1个测点。基准点布置在施工影响区域外的稳定位置。每条隧道共22个测点、1个基准点.

现场安装步骤：

 1)传感器的安装固定。将磁致伸缩液位传感器安装在静力水准仪的亚克力壳体上。

 2)静力水准仪的安装固定。用膨胀螺栓将静力水准仪的底座固定在预先规划好的拱腰位置处。然后用螺丝将亚克力壳体固定在安装底座上。

 3)线路连接 。传感器的RS485信号接口和电源接口采用 4芯快速防水接头，根据传感器间距确定线缆长度，现场快速连接，最后将总线引入采集箱中。

 4)通气管的连接。相邻的静力水准仪之间通过1根透明的PU管连起来。为了减少水中的气泡，通常选烧开后的纯净水，灌水时注意检查水准仪与通液管路连接处是否存在气泡，可轻轻振动将气泡排净，并保证将整个管路里的气泡排净。

2.3 数据验证与分析

     为了验证系统的准确性与稳定性，系统安装完毕后，人工用电子精密水准仪对测点初始值进行了测量，施工一段时间之后，通过同一时间自动化与人工测量数据对比，看出2组测最数据结果吻合，数据偏差在 0.5mm以内。通过自动化监测数据发现，地铁停运期间数据比较稳定，波动通常在0.1mm左右。由于传感器安装在道床上，地铁运营期间容易受到列车的影响，监测数据波动较大，为解决这个问题，根据列车运营时刻表，通过软件设置监测频率错开列车行驶时间或者通过软件滤波来减少列车行驶的影响。

     静力水准仪自动化监测系统在地铁盾构穿越既有运营地铁线路中的成功设计与应用，实现了对道床沉降的全天候实时监测且做到不受地铁列车运行的干扰。为前期MJS注浆加固以及盾构穿越提供了实时数据，指导了各项参数的调整和方案的制定，保障了既有地铁线路的安

全运营。







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