靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)于工程監(jiān)測中的運(yùn)用研究

黃國華

摘要：現(xiàn)代工程建設(shè)和發(fā)展背景下，為了打造高質(zhì)量的工程項目，在施工同時加強(qiáng)工程監(jiān)測很有必要，收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，便于及時發(fā)現(xiàn)異常問題，第一時間組織人員消除隱患，打造高質(zhì)量的工程項目。在工程監(jiān)測中，需要選擇合理的技術(shù)和手段輔助工作開展，靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)是一種精度較 高的技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中重點(diǎn)監(jiān)測垂直位移，能夠及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，提升監(jiān)測自動化水平，降低觀測數(shù)據(jù)誤差。本文就工程監(jiān)測中靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測 系統(tǒng)應(yīng)用情況進(jìn)行研究，深入分析技術(shù)原理及工程項目中合理化應(yīng)用，以求提升工程觀測效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程觀測;靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng);數(shù)據(jù)分析;實(shí)時監(jiān)控

我國工程建設(shè)力度不斷增加，涌現(xiàn)出很多前沿的技術(shù)和手段，在提升 工程施工技術(shù)水平的同時，還可以助力社會主義現(xiàn)代化工程建設(shè)和發(fā)展。工程觀測是一項基礎(chǔ)工作，通過靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可以改 善人工數(shù)據(jù)采集量大、誤差大等缺陷和不足，實(shí)時在線監(jiān)測和采集數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)隱患并排除。靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的精度高，不需要高 強(qiáng)度的人工作業(yè)，而且可以滿足很多惡劣環(huán)境的作業(yè)需要，第一時間發(fā)現(xiàn) 問題預(yù)警處理，切實(shí)提升工程監(jiān)測有效性。

1 靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 振弦式精力水準(zhǔn)系統(tǒng)

振弦式精力水準(zhǔn)系統(tǒng)是一種代表性的監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)沉降監(jiān) 測，基于液體連通原理設(shè)計的沉降測量系統(tǒng)，精度較高。系統(tǒng)內(nèi)部是一根 水管和多個儲液罐連接構(gòu)成，每個儲液罐分別配備金屬浮筒在掛鉤上安裝 弦式傳感器，受到浮力因素影響致浮筒浮在儲液罐中，安裝位置海拔發(fā)生 變化，各儲液罐的水位相同，但浮筒的浮力存在顯著差異，將這一浮力傳 遞給傳感器來獲取相對沉降數(shù)據(jù)[1]。

1.2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

自動化監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，其構(gòu)成主要包括傳感器、工程建筑、 微電子、測試儀表、自動化、計算機(jī)和通訊技術(shù)等，整合在一起實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 信息自動化采集、分析和處理。在現(xiàn)場通過收集數(shù)據(jù)信息，將信息傳輸給 網(wǎng)絡(luò)管理單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、基于無線傳輸信息到監(jiān)測終端。

2 靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的原理

靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，使用通液管將諸多傳感器連 接在一起，加入一定量液體來保證容器的液體自由流通，將儲液罐的液面 始終維持在同一水平面中，高度相同，但容器液體深度存在差異，因此不 同容器的參考點(diǎn)高度是不盡相同的。容器液位變化后，傳感器即可快速感 應(yīng)并收集信息，測量不同的儲液罐液面高度，經(jīng)過相應(yīng)的公式計算就得到 相對差異沉降。多點(diǎn)系統(tǒng)中，傳感器垂直位移是相較于任何一點(diǎn)變化，垂 直位移相對穩(wěn)定，觀測中通過修正基準(zhǔn)點(diǎn)，精準(zhǔn)獲得靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測 系統(tǒng)中各測點(diǎn)沉降變化值[2]。

靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的第j個觀測點(diǎn)，相較于基準(zhǔn)點(diǎn) i相對沉降量，對應(yīng)的計算公式如下：

測點(diǎn)相對沉降量=測點(diǎn)容器水位變化量-參照點(diǎn)容器水位變化量

公式中 Hji為靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)第j測點(diǎn)測試時相較于基點(diǎn)i 的垂直位移量。hOj 則是靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)第 j 測點(diǎn)出事階段的容器液面高度。hkj 為新系統(tǒng)第 j?測點(diǎn)測試時的液面高度。hOi 為系統(tǒng)基準(zhǔn)測點(diǎn) i 初始階段的容器液面高度。Hki 為系統(tǒng)基準(zhǔn)測點(diǎn)的測試階段容器液面高度[3]。

3 工程實(shí)例

以外灘通道工程為例，選擇土壓平衡盾構(gòu)施工，直徑為 14270mm，盾 構(gòu)從天潼路工作井沿著蘇州河，朝著福州路工作井方向推進(jìn)，370 環(huán)～375 環(huán)在地下穿過南京東路地下人行通道。盾構(gòu)頂部和地下人行通道底部距離 較近，大概為 2.4m 左右，隧道埋深 8.9m，穿越土層粘性大，流塑性大，變 形控制難度較大。盾構(gòu)施工中，應(yīng)該保證鄰近的地下人行通道安全和正常 使用。

3.1 布設(shè)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)

為了保證盾構(gòu)施工活動有序進(jìn)行，規(guī)避對鄰近地下人行通道正常使用 的不良影響，并且為注漿參數(shù)和施工活動開展提供參考依據(jù)，選擇靜力水 準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測地下人行通道垂直位移情況[4]。通道的結(jié)構(gòu)主 要是兩個主箱體構(gòu)成，同兩側(cè)出入口結(jié)構(gòu)有 3 個施工縫，因此可以在施工 縫兩側(cè)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)共 6 個，測點(diǎn) J0～J5，J0 為基準(zhǔn)點(diǎn)，基于光學(xué) 水準(zhǔn)儀修正，采集頻率每 10 分鐘 1 次。

3.2 監(jiān)測成果分析

結(jié)合圖 1 的沉降監(jiān)測斷面位移曲線圖來看，在盾構(gòu)施工到 358 環(huán)時，并未發(fā)現(xiàn)明顯的斷面沉降現(xiàn)象;繼續(xù)推進(jìn) 367 環(huán)，發(fā)現(xiàn) J2 和 J3 有隆起情況;371 環(huán)，發(fā)現(xiàn) J2 和 J3 垂直位移量為 7.34mm、6.93mm;在達(dá)到 376 環(huán) 時，兩點(diǎn)垂直位移為最大化，分別是 11.96mm、11.56mm，然后隨之下降，在達(dá)到 381 環(huán)時兩點(diǎn)垂直位移為 2.67mm、2.69mm。盾構(gòu)到 375 環(huán)時，地下 通道結(jié)構(gòu)不可避免地受到施工因素影響，每推進(jìn) 1 環(huán)，地下通道結(jié)構(gòu)則有 1 個上升、下降周期[5]。

在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，依據(jù)人工光學(xué)水準(zhǔn)測量結(jié)果繪制垂直位移變化曲 線圖，為觀測點(diǎn)編號，人工監(jiān)測頻率每日在 4 次以上，工作量過高，并且 監(jiān)測結(jié)果無法客觀、全面反映出地下通道結(jié)構(gòu)變化情況，一定程度上彰顯 出人工監(jiān)測方式的缺陷和不足。對比人工監(jiān)測方式，靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測 系統(tǒng)優(yōu)勢更加鮮明。

4 靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)安裝和運(yùn)行維護(hù)的要點(diǎn)

（1）安裝連通管，確保各個測點(diǎn)連通管牢固密封，并無漏水情況出現(xiàn)。

（2） 各個測點(diǎn)缽體間和傳感器間，選擇空氣連通管連接在一起，以此 來維持內(nèi)部氣壓相同，同時安裝干燥劑在端頭，以此來規(guī)避傳感器進(jìn)水失 效。

（3） 加液。為了規(guī)避液體大量蒸發(fā)，在上方加入一定量的硅油，可以 減少液體蒸發(fā)速度。需要注意的是，缽體內(nèi)液體液面高度在浮子中部上下 2cm 左右，如果超出 2cm 以上需要第一時間補(bǔ)充液體[6]。

（4） 安裝傳感器和浮子?？刂苽鞲衅靼惭b高度相同，過低會導(dǎo)致浮子 直接膨出缽體底部，過高浮子脫離液面影響到測量數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)度。靜力 水準(zhǔn)傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊連接后，保證端子接線緊密、牢固。

（5） 系統(tǒng)投入使用后，應(yīng)該做好后期運(yùn)行維護(hù)工作，定期檢查有無滲 漏液情況，檢查液面高度是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如果接近量程極限則要及時 處理。如果人工采集數(shù)據(jù)和自動化采集數(shù)據(jù)差異過大，應(yīng)現(xiàn)場檢查，分析 差異原因，及時處理。

結(jié)論：

綜上所述，工程監(jiān)測數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)、全面與否，很大程度上取決于監(jiān) 測方法的選擇使用。通過靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng) 人工監(jiān)測方式的工作量大、精準(zhǔn)度不高的問題，提升監(jiān)測信息精度，為后 續(xù)工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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