静力水准自动化监测系统在工程测量中应用

 静力水准自动化监测系统在工程测量中应用
作者：戴加东；褚伟洪





       垂直位移量是直接反应工程结构物及其基础的是否稳定的关键指标，垂直位移是大部分工程安全监控的重要内容。在工程测量中，液体静力水准测量是一种精密的水准测量方法，对高差的观测精度可达到20μm 甚至更高。常规监测技术和人工采集数据的方法，监测范围小、工作量大、效率低和投入高，存在漏检的弊端。静力水准系统具有精度高、自动化性能好、实时测量功能等特点。

1 静力水准系统测量原理

      静力水准系统在管道连接的容器中注入一定的液体，所有的容器中的液体将在管道中自由流动，其结果是当平衡或者静止时各个容器中的液体表面将保持相同的高度，但是各个容器中的液体深度并不相同，这也就反映了各个容器所在的各个参考点的高度的不同。静力水准系统，用传感器测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷量。

       整个系统可直接测量系统中各测点的差异沉降。若需要各测点的绝对沉降量则一般通过光学水准测量基准点的高程作为系统的基准值，并在整个观测过程中对基准点高程进行修正，保证系统各测点高程的正确性。

       静力水准系统中测点相对于基准点的垂直位移量计算公式如下:Hig = ( hi0 － hig ) － ( hf0 － hfg )式中，Hig表示静力水准系统中第 i 只测点在测试时刻相对于基点的垂直位移值; hi0 表示静力水准系统中第 i 只测点在初始时刻水准仪容器液面高度; hig 表示静力水准系统中第 i 只测点在测试时刻水准仪容器液面高度; hf0表示静力水准系统中基准测点在初始时刻水准仪容器液面高度; hfg表示静力水准系统中基准测点在测试时刻水准仪容器液面高度。

2、工程实例

       外滩通道是上海市“三纵三横”交通主干网络中三纵东线的组成部分，提升城市功能，服务上海世博会交通。从福州路至天潼路为盾构段，工程采用Ф14270mm 的土压平衡盾构施工，该盾构是国内直径最大的土压平衡盾构隧道。盾构从天潼路工作井出发，沿大名路下穿苏州河后，沿中山东一路，向福州路工作井推进，在第 370 环 ～ 第 375 环，下穿南京东路地下人行通道。

     外滩通道盾构顶部距离南京东路地下人行地道底部最近距离仅为 2. 4m( 约 0. 17D，D 为盾构直径) 。隧道埋深 8. 9m( 约 0. 62D) ，盾构穿越土层为第③层灰色淤泥质粉质粘土和第④层灰色淤泥质粘土，流塑性高，变形控制难度极大。盾构推进过程中，须保证南京东路地下人行地道正常使用。

2.1静力水准监测系统的布设

      为了监控盾构推进对地下通道结构的影响，为外滩通道盾构施工姿态控制和同步注浆参数优化提供依据，对南京路地下人行通道的垂直位移结合人工普通光学水准观测实施了自动化静力水准系统的实时监控。南京东路地下人行通道结构主体由两个主箱体组成，主箱体与两端出入口结构形成 3 个施工缝，监测点设置施工缝两侧，共计 6 个测点，测点编号为 J0～ J5。J0 点为基准点，其高程采用光学水准进行修正，系统采集频率 1 次 /10min。

2． 2 监测成果分析

      通过监测点沉降监测断面位移曲线可以看出，盾构推进到 358 环( 距离监测断面 17 环) 时，监测断面没有明显沉降; 盾构推进到 367 环( 距离监测断面 12 环，约 1. 5D) 时，盾构上方监测点 J2、J3 开始隆起; 371 环( 距离监测断面 4 环，约 0. 6D) 时 J2、J3点垂直位移达到 7. 34mm 和 6. 93mm; 376 环时 J2、J3点垂 直 位 移 达 到 最 大 值，分 别 为 11. 96mm 和11. 56mm，约为 0. 8D‰，之后开始逐步回落，381 环时垂直位移分别回落至 2. 67mm 和 2. 69mm。

 2009 年 6 月 17 日 00: 00 至 12: 00 间盾构由 365 环推进到 375 环过程中，南京东路地下通道结构监测点垂直位移变化情况可以看出，地下通道结构受到施工影响十分明显，盾构机每推进 1 环，地下通道结构出现 1 个上升和下降周期。

 2009 年 6 月 17 日 00: 30 至 23: 30 间盾构推进过程中，根据人工光学水准测量结果绘制的南京东路地下通道结构监测点垂直位移变化曲线图( 图中NTD 为人工观测点编号，NTD1 与 J0 相对应，NTD2 与J1 相对应，依次类推) 。因为南京东路地下人行通道结构位置的特殊性，人工观测频率已加大至 4 次 /1d，人工观测的工作量几乎提升到极限，从 6 月 17 日 00:30 至 08: 30 观测两次，观测结果不能看出地下通道结构在盾构推进过程中变化情况，人工观测结果漏检的弊端暴露无遗。显示了静力水准自动化监测系统的实时监控优越性。

3、结语

( 1) 静力水准系统的精度高、自动化性能好、实时测量功能的特点在实际工程运用中得到了充分的体现，较好的反应了建筑物的变形情况。

( 2) 静力水准自动化监测系统可以避免了传统人工光学水准观测的漏检的情况的发生。

( 3) 静力水准系统设计时，管路长短对监测结果有一定的影响，要根据实际情况设计，提高静力水准系统使用效率。

( 4) 基准点的修正需靠人工作业来完成，制约静力水准系统测试实时成果有一定的制约，但注重被测结构差异沉降也可达到相应效果






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