控制注浆加固不均匀沉降自动化监测技术

张伯夷

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都 611130）

1 技术原理

静力水准仪使用差动变压器式液位计作为传感器，型号为WY630CT-10A，该传感器的工作是依靠差动变压器式传感器。一套静力水准系统需要由至少两个观测点组成，每个观测点需安装至少一套静力式水准仪，每套静力水准仪的贮液容器之间使用通液管相互连通形成一个整体，之后在贮液容器内注入液体，当液体液面完全静止后，此时系统中所有连通容器内的液体表面均处在同一个水准高程▽0上，随后开启每一容器对应的传感器测出初始液位值分别为：H10、H20、H30、H40……Hi0，如图1所示。

选取一个相对恒定的点作为基准点1，测点2的地基上升，测点3的地基下沉，测点4的地基不变等，当整个系统内液面达到平衡静止后形成新的水准面▽i0，则各测点连通容器内的新液位值分别为：H1、H2、H3、H4……Hi，如图示 2。

各测点静力水准仪传感器测得各点液面高程，各测点液位变化量分别计算为：△h1=H1-H10、△h2=H2-H20、△h3=H3-H30、△h4=H4-H40……△hi=Hi-Hi0。其中，计算结果为：△hi为正值表示该测点贮液容器内的液面升高，△hi为负值表示液面降低，如图2所示。

选择测点1为基准点，则其他各测点相对垂直位移（相对于基准点的沉降量）为：△H2=△h1-△h2、△H3=△h1-△h3、△H4=△h1-△h4……△Hi=△h1-△hi。其中，计算结果为：△Hi为正值表示该测点所处位置地基抬高，△Hi为负值表示该测点所处位置地基沉降，如图2所示。若知道两测点间的水平距离L，则两测点间相对倾斜的变化也可算得。

依照上述原理，将静力水准仪布置在各注浆加固点对应的车站主体结构底板及侧墙上，在进行车站主体结构注浆加固施工时，静力水准仪系统能够实时将各段主体结构的高程变化情况准确反馈，做到信息化监测指导施工，也可在未施工时对结构进行24小时不间断地连续监测。

图1 静力水准系统工作原理1

图2 静力水准系统工作原理2

2 主要施工技术

2.1 安装方式及布点的选择

静力水准系统的结构由静力水准仪及安装架、液体连通管及固定配件、固定配件、液体等组成。安装方式分为测墩式安装和墙壁式安装两种方式，视现场条件和设计要求选定，如图3所示。

根据现场施工情况，选择在车站结构负二层东西侧墙及中隔墙进行监测点布置，偶数断面布置2个测点，奇数断面布置3个测点。

图3 静力水准系统结构示意图

2.2 安装储液桶

将所有容器安装在相同的标高（一般用水平管找正水平，即为标高），这在监测程序开始前是非常重要的，将各托架用螺栓固定于墙面上或者测墩上。

2.3 连接连通管

通常在每个储液筒的底部有一通液孔，在原孔上接上软管到底，再安装三通阀门（此配件已随仪器配置）。在安装三通阀门时应保证其和储液筒的密封性，可在三通阀门螺纹上缠生料带或涂密封硅胶。安装完三通阀门后，根据各测点间的距离，裁取通液管的长度。然后用通液管和三通上的接口相连，把各测点串联在一起。

2.4 系统充液

为避免储液筒内液体结钙，液体最好选用纯净水，冲液时可通过任意储液筒对系统充液。若测量所处的地区为高寒地区，则应在液体中加入少量的防冻液。为了防止系统液体滋生藻类，需在储液筒内添加比例为0.05%～0.1%的硫酸铜（操作时，需要注意的是必须排除通液管内的空气或气泡）。在系统充液时应做到匀速缓慢，充液至距储液筒口沿10cm左右时即可停止充液。充液至合适位置后，立即检查系统密封性，观察系统各部位有无液体渗出，如无渗漏可进行下一步操作。

2.5 安装传感器总成

对这一操作步骤的要求相当高，应极为小心地完成操作。在安装期间，任何草率或者不当的操作都可能导致传感器损坏。根据传感器上的编号，找出和其相对应的浮筒（二者编号应一致）。对准储液筒顶端螺纹拎上，待浮漂浮在水面即固定好传感器。传感器安装完成后，将所有线路连接至自动化综合测试系统箱，以便将数据统一传送至电脑终端。

需要注意的是：在温度较高的环境或干燥的地区，为防止储液筒内的液体蒸发，需在储液筒内添加不具有挥发性的硅油或液体石蜡，添加硅油或石蜡覆后会在液体的表面形成油膜，这就起到了隔绝空气和限制储液筒内水分蒸发的作用。每个储液筒内硅油或石蜡的添加量以覆盖液面以上1～2mm为宜。

2.6 读数及数据处理

挠度计读数时使用CDJM-MCU无线自动化综合测试系统进行读数（单位为mm）。读数越大，表示悬挂在静力水准仪传感器上的浮筒所受到的浮力越小，液位愈低，一般情况下，传感器读数通常在10～90mm。就接入系统内的多支传感器中任意一个测点而言，当读数减小时，表示测点产生沉降，反之表示抬升，本结论是基于基准点高程不产生任何变化而定义的。系统将各测点读数统一传送至终端计算机，由计算机对数据进行处理，可实时生成各点位的高程变化曲线图，从而可直观地看出各测点的高程变化情况，若监测数据出现异常，可即刻将信息传送至施工现场，方便现场进行注浆参数调整。

图4 静力水准仪自动化监测系统实时监测曲线图

3 质量控制措施

3.1 故障排除

若静力水准仪读数出现问题，应采取以下步骤进行故障排除：

①利用电阻测试仪测量静力式水准仪的传感器，若传感器线圈电阻值在0～5600Ω则表示正常，反之则表示故障。根据电阻值读数，故障分为：

第一，若电阻测试仪测出的电阻值太大或无穷大，则可能是电缆断路。

第二，若电阻测试仪测出的电阻值太低或接近于0，则可能是短路。

第三，若电阻测试仪测试电阻正常，但任何一个传感器都没有读数，则可能是读数仪有问题，这时应向厂家咨询。

②若发现静力式水准仪的电缆是断路或短路，可按前文安装步骤重新连接。

3.2 系统使用期间的质量控制措施

①系统安装后，应定期对系统装配的干燥剂进行检查。新装入系统的干燥剂呈蓝色，吸收水分后，蓝色变浅，最后变成浅粉红色。当干燥剂变为浅粉红色时，应及时将干燥剂拆下，更换备用干燥剂，或进行烘干处理。

②定期检查系统是否有漏液情况，如发现应及时处理。

③定期通过液面观察管检查液面高度，以因免液面过高液体进入传感器，造成传感器损坏。

4 安全保证措施

①严格按照相关规范规程进行施工，对施工过程中发现现场实际与设计不符的情况及时告知设计，并按设计调整后的方案执行。

②加强现场安全管理，认真贯彻执行国家、四川省和成都市政府有关法令和管理规定的要求。制定操作规程和各项管理制度，明确岗位责任制，认真做好安全技术交底工作，除进行书面交底外，还应组织各班组召开安全技术交底会，对施工危险源进行讲解。

③在进行静力水准仪托架安装钻孔施工时，施工人员需佩戴护目镜，以防钻孔产生的废渣溅射伤人。

5 结语

综上所述，本工法适用于测量参考点与测试点之间高程的相对变化，主要用于各种过渡段线形沉降、沿纵向对结构物之间的沉降差进行监测。如地铁车站及盾构沉降监测，运营铁路沉降监测，基坑、大坝、桥梁与房屋的沉降监测等。成都轨道交通18号线土建1标的实践证明，在控制注浆加固不均匀沉降自动化监测工法中，静力水准仪技术较传统的人工监测技术有成熟、可靠、系统自动化程度高、监测精度高、数据反馈及时准确的优势，在节约了人力、物力的同时，兼顾了监测数据的准确性，能够为现场的注浆加固施工提供及时有效的指导。