淺析靜力水準自動化監測系統于工程監測中的運用

陳偉

摘 要：對于大部分工程而言，在其施工過程之中，垂直位移是相當重要的監測項目。由于異常垂直位移往往是工程事故的前兆，所以，對于某些重要建筑設施的垂直沉降測量須具有高精度、實時性的特性。自動化監測系統由于其優越的特性必然將引入工程監測工作中，成為工程監測的有效手段。本文介紹了靜力水準自動化監測系統測量原理，通過工程監測中應用實例，充分體現了靜力水準自動化監測系統的優越性，并且總結了其在工程中的運用經驗。

關鍵詞：靜力水準 自動化監測 實時性系統

中圖分類號：TU196.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0057-01

當前對于工程監測項目，人工采集數據的傳統方法被普遍運用，但是其不僅監測范圍小、工作量大、效率低，而且無法實現實時、在線監測，因此不能及時發現問題、消除隱患。靜力水準自動化監測系統作為一種精密的水準測量方法，具有精度高、自動化性能好等特點，完全可以彌補傳統方法的漏洞，同時可以更好地運用于人工無法長時間作業的某些特殊環境，可以實現實時、在線監測，使得在工程進展過程中能夠及時發現問題，消除隱患。

1 靜力水準自動化監測系統測量原理

靜力水準系統在使用過程中，一系列的傳感器容器使用通液管連接，其中注入一定量的液體，保證所有容器中的液體可以自由流動，利用連通液的原理，多支通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，即保持相同的高度，但是各個容器中的液體深度并不相同，這也就反映了各個容器所在的各個參考點的高度的不同。當容器液位發生變化時即被傳感器感應，通過測量不通儲液罐的液面高度，經過計算可以得出各個靜力水準儀的相對差異沉降。

在多點系統中，所有傳感器的垂直位移均是相對于其中任意一點（基準點或參照點）的變化，該點的垂直位移應是相對穩定的或者是可用其它人工觀測手段來確定，并在整個觀測過程中對基準點高程進行修正，以便能精確計算靜力水準系統各測點的沉降變化。

靜力水準系統中第j個觀測點相對于基準點i的相對沉降量計算公式如下：

測點相對沉降量=測點容器水位變化量-參照點容器水位變化量

即：

Hji=（h0j-hkj）-（h0i-hki）

式中，Hji表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻相對于基點i的垂直位移值；h0j表示靜力水準系統中第j只測點在初始時刻水準儀容器液面高度；hkj表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻水準儀容器液面高度；h0i表示靜力水準系統中基準測點i在初始時刻水準儀容器液面高度；hki表示靜力水準系統中基準測點在測試時刻水準儀容器液面高度。

2 工程案例

上海市某地下空間工程項目，基坑總面積約38000 m2，基坑延長米約為791米。基坑周邊環境情況復雜，其中基坑東側地下存在一條共同管溝，共同管溝為鋼筋混凝土箱涵，走向基本與地下室紅線一致，地下室與共同溝的距離較小，在施工過程中保護難度相對較高。

共同管溝管徑3300 mm×3800 mm，埋深2.2 m（頂），到圍護結構外邊線距離3.0～5.0 m。

2.1 靜力水準自動化監測系統的布設

為了監控基坑開挖過程中對于共同管溝的變形，為了確保順利實現下一施工進度控制，有效控制基坑施工對共同溝的影響。對共同管溝的垂直位移結合人工普通光學水準觀測，使用了靜力水準自動化監測系統進行實時監控。測點間距15 m，總共布置7個測點：JS1～JS7，其中以JS2為靜力水準自動化監測系統的基準點，其高程采用光學水準進行修正，系統采集頻率6次/天。

2.2 監測成果分析

通過觀察2013年6月12日至2013年6月13日，工程現場清障及拔樁施工中，靜力水準自動化監測點的垂直位移變化圖，從圖中可以看出，地下共同管溝的變形受到清障拔樁施工影響十分明顯，特別是在拔樁過程中（即2013年6月12日12：00左右），幾乎所有監測點都出現了明顯的沉降，JS5垂直位移下降到最大值-19.8 mm，然后隨著拔樁施工的完成，監測點位移出現回彈，趨于平穩。

圖1為2013年6月12日9：00至2013年6月13日15：00間現場拔樁過程中，根據人工光學水準測量結果繪制的共同管溝監測點垂直位移變化曲線圖（圖中GN為人工觀測點編號，GN58與JS1相對應，GN61與J1S2相對應，依次類推）。因為監測方案以及現場施工情況，人工觀測頻率已增加至2次/1d，由于需要各方單位的相互協助以及工作強度限制等原因，人工觀測的工作量到達飽和，從6月12日9：00至6月13日15：00觀測四次，觀測結果無法準確表現共同管溝變化情況，也無法準確體現沉降最大值以及最大值出現的時間點，對于工程項目的整體把握以及實時監控力度不足，人工觀測結果漏檢的弊端暴露無遺。顯示了靜力水準自動化監測系統的實時監控優越性。

3 結語

（1）靜力水準自動化監測系統可以有效避免傳統人工光學水準觀測的漏檢的情況的發生。

（2）靜力水準自動化監測系統的精度高、自動化性能好、實時測量功能的特點能夠很好地運用在工程中，準確而及時地反應建筑物的變形情況。

（3）靜力水準自動化監測系統在安裝過程中，接受系統的線路安排有一定的局限性，同時對于其數據傳輸信號會受到天氣以及距離的多種因素影響，需要在設計中綜合考慮，提高靜力水準系統使用效率。

（4）靜力水準自動化監測系統基準點的修正需靠人工作業來完成，制約了靜力水準系統的直接測試，實時成果有一定的制約。但是能夠直接并及時地對于差異沉降進行測試。

參考文獻

[1] 何曉業.靜力水準系統在大科學工程中的應用及發展趨勢[J].核科學與工程，2006，4（26）.

[2] 戴加東，王艷玲，褚偉洪.靜力水準自動化監測系統在某工程中的應用[J].工程勘察，2009.endprint

摘 要：對于大部分工程而言，在其施工過程之中，垂直位移是相當重要的監測項目。由于異常垂直位移往往是工程事故的前兆，所以，對于某些重要建筑設施的垂直沉降測量須具有高精度、實時性的特性。自動化監測系統由于其優越的特性必然將引入工程監測工作中，成為工程監測的有效手段。本文介紹了靜力水準自動化監測系統測量原理，通過工程監測中應用實例，充分體現了靜力水準自動化監測系統的優越性，并且總結了其在工程中的運用經驗。

關鍵詞：靜力水準 自動化監測 實時性系統

中圖分類號：TU196.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0057-01

當前對于工程監測項目，人工采集數據的傳統方法被普遍運用，但是其不僅監測范圍小、工作量大、效率低，而且無法實現實時、在線監測，因此不能及時發現問題、消除隱患。靜力水準自動化監測系統作為一種精密的水準測量方法，具有精度高、自動化性能好等特點，完全可以彌補傳統方法的漏洞，同時可以更好地運用于人工無法長時間作業的某些特殊環境，可以實現實時、在線監測，使得在工程進展過程中能夠及時發現問題，消除隱患。

1 靜力水準自動化監測系統測量原理

靜力水準系統在使用過程中，一系列的傳感器容器使用通液管連接，其中注入一定量的液體，保證所有容器中的液體可以自由流動，利用連通液的原理，多支通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，即保持相同的高度，但是各個容器中的液體深度并不相同，這也就反映了各個容器所在的各個參考點的高度的不同。當容器液位發生變化時即被傳感器感應，通過測量不通儲液罐的液面高度，經過計算可以得出各個靜力水準儀的相對差異沉降。

在多點系統中，所有傳感器的垂直位移均是相對于其中任意一點（基準點或參照點）的變化，該點的垂直位移應是相對穩定的或者是可用其它人工觀測手段來確定，并在整個觀測過程中對基準點高程進行修正，以便能精確計算靜力水準系統各測點的沉降變化。

靜力水準系統中第j個觀測點相對于基準點i的相對沉降量計算公式如下：

測點相對沉降量=測點容器水位變化量-參照點容器水位變化量

即：

Hji=（h0j-hkj）-（h0i-hki）

式中，Hji表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻相對于基點i的垂直位移值；h0j表示靜力水準系統中第j只測點在初始時刻水準儀容器液面高度；hkj表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻水準儀容器液面高度；h0i表示靜力水準系統中基準測點i在初始時刻水準儀容器液面高度；hki表示靜力水準系統中基準測點在測試時刻水準儀容器液面高度。

2 工程案例

上海市某地下空間工程項目，基坑總面積約38000 m2，基坑延長米約為791米。基坑周邊環境情況復雜，其中基坑東側地下存在一條共同管溝，共同管溝為鋼筋混凝土箱涵，走向基本與地下室紅線一致，地下室與共同溝的距離較小，在施工過程中保護難度相對較高。

共同管溝管徑3300 mm×3800 mm，埋深2.2 m（頂），到圍護結構外邊線距離3.0～5.0 m。

2.1 靜力水準自動化監測系統的布設

為了監控基坑開挖過程中對于共同管溝的變形，為了確保順利實現下一施工進度控制，有效控制基坑施工對共同溝的影響。對共同管溝的垂直位移結合人工普通光學水準觀測，使用了靜力水準自動化監測系統進行實時監控。測點間距15 m，總共布置7個測點：JS1～JS7，其中以JS2為靜力水準自動化監測系統的基準點，其高程采用光學水準進行修正，系統采集頻率6次/天。

2.2 監測成果分析

通過觀察2013年6月12日至2013年6月13日，工程現場清障及拔樁施工中，靜力水準自動化監測點的垂直位移變化圖，從圖中可以看出，地下共同管溝的變形受到清障拔樁施工影響十分明顯，特別是在拔樁過程中（即2013年6月12日12：00左右），幾乎所有監測點都出現了明顯的沉降，JS5垂直位移下降到最大值-19.8 mm，然后隨著拔樁施工的完成，監測點位移出現回彈，趨于平穩。

圖1為2013年6月12日9：00至2013年6月13日15：00間現場拔樁過程中，根據人工光學水準測量結果繪制的共同管溝監測點垂直位移變化曲線圖（圖中GN為人工觀測點編號，GN58與JS1相對應，GN61與J1S2相對應，依次類推）。因為監測方案以及現場施工情況，人工觀測頻率已增加至2次/1d，由于需要各方單位的相互協助以及工作強度限制等原因，人工觀測的工作量到達飽和，從6月12日9：00至6月13日15：00觀測四次，觀測結果無法準確表現共同管溝變化情況，也無法準確體現沉降最大值以及最大值出現的時間點，對于工程項目的整體把握以及實時監控力度不足，人工觀測結果漏檢的弊端暴露無遺。顯示了靜力水準自動化監測系統的實時監控優越性。

3 結語

（1）靜力水準自動化監測系統可以有效避免傳統人工光學水準觀測的漏檢的情況的發生。

（2）靜力水準自動化監測系統的精度高、自動化性能好、實時測量功能的特點能夠很好地運用在工程中，準確而及時地反應建筑物的變形情況。

（3）靜力水準自動化監測系統在安裝過程中，接受系統的線路安排有一定的局限性，同時對于其數據傳輸信號會受到天氣以及距離的多種因素影響，需要在設計中綜合考慮，提高靜力水準系統使用效率。

（4）靜力水準自動化監測系統基準點的修正需靠人工作業來完成，制約了靜力水準系統的直接測試，實時成果有一定的制約。但是能夠直接并及時地對于差異沉降進行測試。

參考文獻

[1] 何曉業.靜力水準系統在大科學工程中的應用及發展趨勢[J].核科學與工程，2006，4（26）.

[2] 戴加東，王艷玲，褚偉洪.靜力水準自動化監測系統在某工程中的應用[J].工程勘察，2009.endprint

摘 要：對于大部分工程而言，在其施工過程之中，垂直位移是相當重要的監測項目。由于異常垂直位移往往是工程事故的前兆，所以，對于某些重要建筑設施的垂直沉降測量須具有高精度、實時性的特性。自動化監測系統由于其優越的特性必然將引入工程監測工作中，成為工程監測的有效手段。本文介紹了靜力水準自動化監測系統測量原理，通過工程監測中應用實例，充分體現了靜力水準自動化監測系統的優越性，并且總結了其在工程中的運用經驗。

關鍵詞：靜力水準 自動化監測 實時性系統

中圖分類號：TU196.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0057-01

當前對于工程監測項目，人工采集數據的傳統方法被普遍運用，但是其不僅監測范圍小、工作量大、效率低，而且無法實現實時、在線監測，因此不能及時發現問題、消除隱患。靜力水準自動化監測系統作為一種精密的水準測量方法，具有精度高、自動化性能好等特點，完全可以彌補傳統方法的漏洞，同時可以更好地運用于人工無法長時間作業的某些特殊環境，可以實現實時、在線監測，使得在工程進展過程中能夠及時發現問題，消除隱患。

1 靜力水準自動化監測系統測量原理

靜力水準系統在使用過程中，一系列的傳感器容器使用通液管連接，其中注入一定量的液體，保證所有容器中的液體可以自由流動，利用連通液的原理，多支通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，即保持相同的高度，但是各個容器中的液體深度并不相同，這也就反映了各個容器所在的各個參考點的高度的不同。當容器液位發生變化時即被傳感器感應，通過測量不通儲液罐的液面高度，經過計算可以得出各個靜力水準儀的相對差異沉降。

在多點系統中，所有傳感器的垂直位移均是相對于其中任意一點（基準點或參照點）的變化，該點的垂直位移應是相對穩定的或者是可用其它人工觀測手段來確定，并在整個觀測過程中對基準點高程進行修正，以便能精確計算靜力水準系統各測點的沉降變化。

靜力水準系統中第j個觀測點相對于基準點i的相對沉降量計算公式如下：

測點相對沉降量=測點容器水位變化量-參照點容器水位變化量

即：

Hji=（h0j-hkj）-（h0i-hki）

式中，Hji表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻相對于基點i的垂直位移值；h0j表示靜力水準系統中第j只測點在初始時刻水準儀容器液面高度；hkj表示靜力水準系統中第j只測點在測試時刻水準儀容器液面高度；h0i表示靜力水準系統中基準測點i在初始時刻水準儀容器液面高度；hki表示靜力水準系統中基準測點在測試時刻水準儀容器液面高度。

2 工程案例

上海市某地下空間工程項目，基坑總面積約38000 m2，基坑延長米約為791米。基坑周邊環境情況復雜，其中基坑東側地下存在一條共同管溝，共同管溝為鋼筋混凝土箱涵，走向基本與地下室紅線一致，地下室與共同溝的距離較小，在施工過程中保護難度相對較高。

共同管溝管徑3300 mm×3800 mm，埋深2.2 m（頂），到圍護結構外邊線距離3.0～5.0 m。

2.1 靜力水準自動化監測系統的布設

為了監控基坑開挖過程中對于共同管溝的變形，為了確保順利實現下一施工進度控制，有效控制基坑施工對共同溝的影響。對共同管溝的垂直位移結合人工普通光學水準觀測，使用了靜力水準自動化監測系統進行實時監控。測點間距15 m，總共布置7個測點：JS1～JS7，其中以JS2為靜力水準自動化監測系統的基準點，其高程采用光學水準進行修正，系統采集頻率6次/天。

2.2 監測成果分析

通過觀察2013年6月12日至2013年6月13日，工程現場清障及拔樁施工中，靜力水準自動化監測點的垂直位移變化圖，從圖中可以看出，地下共同管溝的變形受到清障拔樁施工影響十分明顯，特別是在拔樁過程中（即2013年6月12日12：00左右），幾乎所有監測點都出現了明顯的沉降，JS5垂直位移下降到最大值-19.8 mm，然后隨著拔樁施工的完成，監測點位移出現回彈，趨于平穩。

圖1為2013年6月12日9：00至2013年6月13日15：00間現場拔樁過程中，根據人工光學水準測量結果繪制的共同管溝監測點垂直位移變化曲線圖（圖中GN為人工觀測點編號，GN58與JS1相對應，GN61與J1S2相對應，依次類推）。因為監測方案以及現場施工情況，人工觀測頻率已增加至2次/1d，由于需要各方單位的相互協助以及工作強度限制等原因，人工觀測的工作量到達飽和，從6月12日9：00至6月13日15：00觀測四次，觀測結果無法準確表現共同管溝變化情況，也無法準確體現沉降最大值以及最大值出現的時間點，對于工程項目的整體把握以及實時監控力度不足，人工觀測結果漏檢的弊端暴露無遺。顯示了靜力水準自動化監測系統的實時監控優越性。

3 結語

（1）靜力水準自動化監測系統可以有效避免傳統人工光學水準觀測的漏檢的情況的發生。

（2）靜力水準自動化監測系統的精度高、自動化性能好、實時測量功能的特點能夠很好地運用在工程中，準確而及時地反應建筑物的變形情況。

（3）靜力水準自動化監測系統在安裝過程中，接受系統的線路安排有一定的局限性，同時對于其數據傳輸信號會受到天氣以及距離的多種因素影響，需要在設計中綜合考慮，提高靜力水準系統使用效率。

（4）靜力水準自動化監測系統基準點的修正需靠人工作業來完成，制約了靜力水準系統的直接測試，實時成果有一定的制約。但是能夠直接并及時地對于差異沉降進行測試。

參考文獻

[1] 何曉業.靜力水準系統在大科學工程中的應用及發展趨勢[J].核科學與工程，2006，4（26）.

[2] 戴加東，王艷玲，褚偉洪.靜力水準自動化監測系統在某工程中的應用[J].工程勘察，2009.endprint