静力水准自动化监测系统于工程监测中的运用研究

黄国华

摘要：现代工程建设和发展背景下，为了打造高质量的工程项目，在施工同时加强工程监测很有必要，收集相关数据信息，便于及时发现异常问题，第一时间组织人员消除隐患，打造高质量的工程项目。在工程监测中，需要选择合理的技术和手段辅助工作开展，静力水准自动化监测系统是一种精度较 高的技术，在实际应用中重点监测垂直位移，能够及早发现事故隐患，提升监测自动化水平，降低观测数据误差。本文就工程监测中静力水准自动化监测 系统应用情况进行研究，深入分析技术原理及工程项目中合理化应用，以求提升工程观测效率和质量。

关键词：工程观测;静力水准自动化监测系统;数据分析;实时监控

我国工程建设力度不断增加，涌现出很多前沿的技术和手段，在提升 工程施工技术水平的同时，还可以助力社会主义现代化工程建设和发展。工程观测是一项基础工作，通过静力水准自动化监测系统的应用，可以改 善人工数据采集量大、误差大等缺陷和不足，实时在线监测和采集数据，可以及时发现隐患并排除。静力水准自动化监测系统的精度高，不需要高 强度的人工作业，而且可以满足很多恶劣环境的作业需要，第一时间发现 问题预警处理，切实提升工程监测有效性。

1 静力水准自动化监测系统

1.1 振弦式精力水准系统

振弦式精力水准系统是一种代表性的监测系统，可以实现多点沉降监 测，基于液体连通原理设计的沉降测量系统，精度较高。系统内部是一根 水管和多个储液罐连接构成，每个储液罐分别配备金属浮筒在挂钩上安装 弦式传感器，受到浮力因素影响致浮筒浮在储液罐中，安装位置海拔发生 变化，各储液罐的水位相同，但浮筒的浮力存在显著差异，将这一浮力传 递给传感器来获取相对沉降数据[1]。

1.2 自动化监测系统

自动化监测系统在实际应用中，其构成主要包括传感器、工程建筑、 微电子、测试仪表、自动化、计算机和通讯技术等，整合在一起实现数据 信息自动化采集、分析和处理。在现场通过收集数据信息，将信息传输给 网络管理单元、网络交换机、基于无线传输信息到监测终端。

2 静力水准自动化监测系统的原理

静力水准自动化监测系统在具体应用中，使用通液管将诸多传感器连 接在一起，加入一定量液体来保证容器的液体自由流通，将储液罐的液面 始终维持在同一水平面中，高度相同，但容器液体深度存在差异，因此不 同容器的参考点高度是不尽相同的。容器液位变化后，传感器即可快速感 应并收集信息，测量不同的储液罐液面高度，经过相应的公式计算就得到 相对差异沉降。多点系统中，传感器垂直位移是相较于任何一点变化，垂 直位移相对稳定，观测中通过修正基准点，精准获得静力水准自动化监测 系统中各测点沉降变化值[2]。

静力水准自动化监测系统的第j个观测点，相较于基准点 i相对沉降量，对应的计算公式如下：

测点相对沉降量=测点容器水位变化量-参照点容器水位变化量

公式中 Hji为静力水准系统第j测点测试时相较于基点i 的垂直位移量。hOj 则是静力水准系统第 j 测点出事阶段的容器液面高度。hkj 为新系统第 j 测点测试时的液面高度。hOi 为系统基准测点 i 初始阶段的容器液面高度。Hki 为系统基准测点的测试阶段容器液面高度[3]。

3 工程实例

以外滩通道工程为例，选择土压平衡盾构施工，直径为 14270mm，盾 构从天潼路工作井沿着苏州河，朝着福州路工作井方向推进，370 环～375 环在地下穿过南京东路地下人行通道。盾构顶部和地下人行通道底部距离 较近，大概为 2.4m 左右，隧道埋深 8.9m，穿越土层粘性大，流塑性大，变 形控制难度较大。盾構施工中，应该保证邻近的地下人行通道安全和正常 使用。

3.1 布设静力水准监测系统

为了保证盾构施工活动有序进行，规避对邻近地下人行通道正常使用 的不良影响，并且为注浆参数和施工活动开展提供参考依据，选择静力水 准自动化监测系统，实时监测地下人行通道垂直位移情况[4]。通道的结构主 要是两个主箱体构成，同两侧出入口结构有 3 个施工缝，因此可以在施工 缝两侧设置监测点，监测点共 6 个，测点 J0～J5，J0 为基准点，基于光学 水准仪修正，采集频率每 10 分钟 1 次。

3.2 监测成果分析

结合图 1 的沉降监测断面位移曲线图来看，在盾构施工到 358 环时，并未发现明显的断面沉降现象;继续推进 367 环，发现 J2 和 J3 有隆起情况;371 环，发现 J2 和 J3 垂直位移量为 7.34mm、6.93mm;在达到 376 环 时，两点垂直位移为最大化，分别是 11.96mm、11.56mm，然后随之下降，在达到 381 环时两点垂直位移为 2.67mm、2.69mm。盾构到 375 环时，地下 通道结构不可避免地受到施工因素影响，每推进 1 环，地下通道结构则有 1 个上升、下降周期[5]。

在盾构推进过程中，依据人工光学水准测量结果绘制垂直位移变化曲 线图，为观测点编号，人工监测频率每日在 4 次以上，工作量过高，并且 监测结果无法客观、全面反映出地下通道结构变化情况，一定程度上彰显 出人工监测方式的缺陷和不足。对比人工监测方式，静力水准自动化监测 系统优势更加鲜明。

4 静力水准自动化监测系统安装和运行维护的要点

（1）安装连通管，确保各个测点连通管牢固密封，并无漏水情况出现。

（2） 各个测点钵体间和传感器间，选择空气连通管连接在一起，以此 来维持内部气压相同，同时安装干燥剂在端头，以此来规避传感器进水失 效。

（3） 加液。为了规避液体大量蒸发，在上方加入一定量的硅油，可以 减少液体蒸发速度。需要注意的是，钵体内液体液面高度在浮子中部上下 2cm 左右，如果超出 2cm 以上需要第一时间补充液体[6]。

（4） 安装传感器和浮子。控制传感器安装高度相同，过低会导致浮子 直接膨出钵体底部，过高浮子脱离液面影响到测量数据信息精准度。静力 水准传感器与数据采集模块连接后，保证端子接线紧密、牢固。

（5） 系统投入使用后，应该做好后期运行维护工作，定期检查有无渗 漏液情况，检查液面高度是否在标准范围内，如果接近量程极限则要及时 处理。如果人工采集数据和自动化采集数据差异过大，应现场检查，分析 差异原因，及时处理。

结论：

综上所述，工程监测数据信息精准、全面与否，很大程度上取决于监 测方法的选择使用。通过静力水准自动化监测系统的应用，可以弥补传统 人工监测方式的工作量大、精准度不高的问题，提升监测信息精度，为后 续工程建设提供可靠依据。

参考文献：

[1]赵伟，韦永斌，后超，等. 静力水准自动化监测系统在盾构隧道工 程中的应用[J]. 市政技术，2018，36（1）：131-133.

[2]魏本现.DAMS静力水准自动化监测系统在广州地铁中的实践[J]. 测 绘与空间地理信息，2012，35（12）：166-168.

[3]罗勇，贾三满，赵波，等. 北京地面沉降 Js 型静力水准自动化监测 系统量程调整及修正值添加方法[J]. 城市地质，2010，5（4）：36-39.

[4]陈成刚. 静力水准仪自动化监测系统在既有线施工中的应用[J]. 铁 路技术创新，2020（5）：132-138.

[5]刘绍堂，张迪，王果，等. 静力水准自动监测系统在轨道交通线路 和隧道工程中的应用[J]. 城市轨道交通研究，2016，19（10）：119-122.

[6]黄新召. 港珠澳大桥拱北隧道静力水准自动化监测系统应用研究[J]. 测绘与空间地理信息，2017（6）：173-174，177.