靜力水平監(jiān)測系統(tǒng)在沈陽地鐵一號線懷中區(qū)間第三方監(jiān)測中的應用

1、靜力水平監(jiān)測系統(tǒng)在沈陽地鐵一號線懷中區(qū)間第三方監(jiān)測中的應用 摘要：主要介紹了靜力水平系統(tǒng)的工作原理，安裝方法，以及在沈陽地鐵一號線懷中區(qū)間的應用，并根據監(jiān)測數據繪制了沉降曲線圖，以此來分析導致沉降的原因。又與dini03電子水準儀進行對比，計算得到靜力水平系統(tǒng)的實際精度，為以后監(jiān)測工作提供參考。關鍵字：靜力水平；地鐵一號線；沉降；對比；監(jiān)測1 引言靜力水平系統(tǒng)，是利用相連的容器中液體總是具有相同勢能的原理，測量和監(jiān)測所選參照物彼此之間垂直高度的差異和變化量的一種測量系統(tǒng)，通常采用mcu-32分布式模塊化自動化測量單元采集數據，通過有線或無線通訊與計算機連接，從而實現自動化觀測，因此精度很高，近

2、年來在測量領域得到廣泛應用。沈陽地鐵一號線懷中區(qū)間（懷遠門站-中街站）采用盾構式施工，盾構區(qū)間右線全長1165.867m，左線全長1172.248m，設有3段半徑分別為350、400和1500米的曲線，盾構區(qū)間需穿越約700m的建筑群，最大埋深19.41m。途經沈陽最為繁華地段之一中街以及古建筑懷遠門|、沈陽故宮，因此，保證地鐵監(jiān)測能夠準確并且及時反映地鐵當前工作狀態(tài)顯得尤為重要。地鐵目前運營狀況，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法無法在高密度的行車區(qū)間內實施作業(yè)，也不能滿足大量采集數據、分析并及時準確反饋的要求。為此，該區(qū)間采用靜力水平系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的種種弊端，很好的滿足了工程監(jiān)測的要求。

3、2 靜力水平測量原理靜力水平系統(tǒng)又稱連通管水準儀，系統(tǒng)至少由兩個觀測點組成，每個觀測點安裝一套靜力水準儀。靜力水準儀的貯液容器互相用通液管完全連通，貯液容器內注入液體（水），當液體液面完全靜止后系統(tǒng)中所有連通容器內的液面應同在一個大地水平面上，此時每一容器的液位由傳感器測出，即，初始液位值分別為：、，如下圖1所示。假設被測物體測點1作為基準點，監(jiān)測點2的地基下沉，測點3的地基上升，測點4的地基不變等等，當系統(tǒng)內液面達到平衡靜止后形成新的水平面，則各點連通容器內新液位值分別為：、，如圖2所示。系統(tǒng)各測點的液位由靜力水準儀傳感器測得，各測點液位變化量分別計算為：、 1。其中計算結果：為正值表示該測

4、點貯液容器內的液面升高，為負值表示該測點貯液容器內的液面降低，如圖2所示。在此，選定1為基準點，則其他各測點相對基準點的垂直位移（沉降量）為：、 。其中計算結果：為正值表示該測點地基抬高，為負值表示該測點地基沉降，如圖2所示。圖1靜力水平系統(tǒng)工作原理示意圖圖2靜力水平系統(tǒng)工作原理示意圖 往往基準點是相對恒定的或者是可用其他方式準確測定的點，精確計算各點的絕對垂直位移，必須核定基準點地基的沉降變化量。對于多測點的靜力水平系統(tǒng)，每個測點的靜力水準儀均需加接三通接頭，使各測點貯液容器用水管連接，各點容器上部與大氣連通，且各點安裝高程應基本相同，基準點必須穩(wěn)固。3.靜力水平系統(tǒng)在一號線懷中區(qū)間的應用3

5、.1監(jiān)測點的布設本工程根據地鐵內實際情況，在地鐵左右線分別布設監(jiān)測點，其中基準點（jd1jd4）4個，左右線監(jiān)測點各20個，具體布設圖如圖3圖3地鐵一號線懷中區(qū)間自動化監(jiān)測布點示意圖3.2靜力水準儀的安裝（1）安裝予埋底板組件或儀器支架根據地鐵內實際情況不便要建混凝土儀器墩，所以采用角鋼制作的懸臂式三角支架與被測點位剛性耦合，懸臂三角支架提供儀器安裝平面，各測點所提供的儀器安裝平面高差也應控制在±5mm 范圍內。（2）安裝儀器底板和缽體將組裝好三根不銹鋼螺桿的儀器底座放入儀器墩予埋組件的螺桿中，調整好高度并固定，然后放置缽體。 （3）安裝連通管 按各測點之間的管線路徑長度順序鋪放連通

6、管，并與各缽體串接起來。連通管材料為纖維增強型 pvc 軟管，用熱水泡漲后接入缽體液嘴，冷卻后即可保證不漏液。 （4）加液 連通管內液體工作介質采用蒸餾水配甲醛溶液，達到防腐效果。如果在高寒地區(qū)工作，則應按當地工作環(huán)境下的最低溫度配入防凍液。加液時應從一端順序操作，完全排除氣泡。每個缽體內的液位高度可根據缽體內的標尺刻度統(tǒng)一控制，通過調整儀器底座高度找平。 （5）安裝檢測儀器 將組裝好的儀器浮子單元和 ccd 傳感器單元的儀器板裝在缽體上，并用三根不銹鋼螺桿固定。 （6）安裝電源線、通訊線和mcu 按各測點之間的管線路徑順序鋪放電源線和通訊線。電源線和通訊線通過各自的涵道接入測點儀器和 mcu

7、 內。mcu 的電源線和通訊線連接到觀測機房。 （7）加硅油 為防止缽體內液體蒸發(fā)，需要在液體內加入硅油，入口在儀器安裝板上，平時用橡膠塞堵住。采用注射器加導管加硅油。 （8）管線保護和測點儀器的保護 安裝儀器的掃尾工作是將連通管和電纜線加以包裝保護后放入溝槽或橋架中。包裝方式最好采用一米一段的聚氯乙烯保溫材料包裹，既可以起到保護作用，也能達到隔熱效果，在壩頂面安裝時更有必要。最后用專用金屬保護箱逐個將儀器罩起來。專用保護箱專門定做，用于壩頂面的保護箱最好采用不銹鋼制作，箱體內壁用發(fā)泡材料作成隔熱層2。3.3沉降監(jiān)測數據分析剔除奇異值并進行相應的插補后，根據監(jiān)測數據繪制各監(jiān)測點隨時間變化的累計

8、沉降折線圖，如圖4、圖5所示。 圖4 左線監(jiān)測點累計沉降變化折線圖 圖5 右線監(jiān)測點累計沉降變化折線圖由圖4可以看出，左線監(jiān)測點自4月20日開始監(jiān)測以來，變化趨勢為總體緩慢下降，其中4月20日至5月10日期間，出現部分監(jiān)測點上升趨勢，l16上升幅度最大，上升至0.3mm；隨后又恢復下降，l11沉降最大，沉降至-0.7mm。5月10日至6月9日期間，監(jiān)測點沉降較大，而且在5月10日至5月20期間，出現上升現象，l13上升最大，升至0.1mm；而后緩慢下降到5月30日，沉降最大的為l03，降至-0.8mm，隨后出現較大沉降至6月10日左右，l03沉降最大，下降至-1.9mm，到6月15日，又出現緩

9、慢上升，隨后緩慢沉降，趨于穩(wěn)定。由圖5可以看出，自4月20日開始監(jiān)測以來，右線沉降變化總體為緩慢下降，其中4月20日至5月15日期間，r08沉降最大，變化量為-0.8mm；5月15日至6月15日，r08沉降最大，累計沉降-1.2mm；6月10日后，各監(jiān)測點平穩(wěn)沉降，逐步趨于穩(wěn)定。為了檢驗靜力水平系統(tǒng)監(jiān)測精度，懷中區(qū)間還采用天寶dini03電子水準儀進行同步監(jiān)測，根據中誤差計算公式，對每一臺靜力水準儀觀測數據的中誤差進行計算表1 序號123456789點號l01l02l03l04l05l06上l06下l07l08中誤差0.110.140.20.140.110.080.090.180.21序號10

10、1112131415161718點號l09l10上l10下l11l12l13l14上l14下l15中誤差0.140.150.170.100.200.190.310.160.18序號192021222324252627點號l16l17l18l19l20r01r02r03r04中誤差0.150.140.120.170.140.140.090.110.11序號282930313233343536點號r05r06r07上r07下r08r09r10r11上r11下中誤差0.160.160.170.180.210.140.240.170.17序號373839404142434445點號r12r13r14上

11、r14下r15r16r17上r17下r18中誤差0.190.300.110.150.140.120.140.150.16序號4647點號r19r20中誤差0.170.18注：表1中各點中誤差單位為mm。由表1中數據可知，各監(jiān)測點傳感器中誤差變化范圍總體為0.1mm0.3mm，小于天寶dini03電子水準儀的中誤差0.3mm。 圖6 靜力水平與dini03電子水平對監(jiān)測點l10（上）測量值對比由圖6可以看出，對同一監(jiān)測點l10（上），靜力水平系統(tǒng)與電子水準儀dini03測量值總體變化趨勢基本一致，對每天測量值進行統(tǒng)計計算，得到差值變化范圍為±0.01mm ±0.27mm，平均

12、值為±0.11mm4。4結束語對沈陽地鐵一號線懷中區(qū)間的自動化監(jiān)測，是在一號線已經運行通車的情況下進行的，此時主體建筑已經結束，地鐵運行通暢良好，整個區(qū)間均已進入運營階段，故沉降量較小，總體趨于平穩(wěn)。由靜力水平系統(tǒng)與dini03監(jiān)測數據對比可得出結論：用靜力水平代替人工電子水準儀監(jiān)測是可行的。另外，排除儀器自身誤差，沉降的主要原因為地鐵隧道本身自重以及列車運行時，對軌道的向下的壓力。此外，雨水也是沉降的另外一個主要原因，沈陽地下水系豐富，隨著夏季來臨，降水逐漸增多，尤其在5月10日和6月10日之前2至3天，沈陽降水頻繁，導致地鐵主體下方含水量增大，使土壤膨脹，部分監(jiān)測點出現上升現象，而后土壤中水分逐漸向下滲透，監(jiān)