綜合管廊沉降監測方法技術研究

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引言

綜合管廊是指在地面將設置在地面、地下或架空的各類公用類管線集中容納與一體，并留有供檢修人員行走通道的隧道結構。對改變過去各管線單位各自為政，道路頻繁開挖的現象有重要意義，當需要開通管線時，只需通知負責部門接通接口即可，便于修理的同時節省了國家的資源。

因為綜合管廊往往較長,在建設施工過程中會設置沉降縫、伸縮縫等緩解變形的工藝，甚至會采用預制管廊拼接技術。綜合管廊是由多個施工倉構成的，在分倉縫的位置容易受到地基或外部環境的影響產生不均勻沉降、裂縫、位移等問題。這些問題對管廊后期運營及壽命有較大影響，可能會對管線等管廊內部設施造成損傷，因此加強管廊內部后期健康監測對提高管廊有效運營能力尤為重要[1]。

本文通過收集調查現階段國內綜合管廊監測技術，經過對比分析，為今后綜合管廊項目實施沉降監測提供有力幫助。

一、人工監測

在施工過程中，管廊沉降監測一般由施工單位進行，通過在水準儀等設備由測量員在分倉縫等關鍵節點位置沉降觀測點，并逐個對其進行測量并記錄數據，近期檢查并匯入電腦形成曲線圖，用來觀察管廊工后沉降情況，目前大部分管廊建設單位使用該方法監測[2]。

圖1 管廊觀測實例

二、靜力水準儀

靜力水準儀測量系統由主體容器、連通管、電容傳感器、數據采集單元等部分組成，安裝方式分為測墩式安裝和墻壁式安裝兩種方式，視現場條件和設計要求選定。

靜力水準系統用于測量各測點的垂直位移量，測試原理是各測點與基準點通過連通管相連接，根據其內液體保持同一水平面的原理，當監測點位發生高程變化是，主體容器內液面發生變化，通過靈敏度高的電容式傳感器測出改點的高程變化，并由電纜傳輸到地面測試室進行處理和反饋，從而可以實時監測結構的沉降變形情況。

依據連通管原理，當儀器主體安裝墩發生高程變化是，主體容器相對位置產生液面變化，引起裝有中間極的浮子與固定在容器頂的一組電容極板間的相對位置發生變化，用電容傳感器測量每個測點容器內液面的相對變化，在通過計算求得各點相對于基點的相對沉降量[3]。

圖2 靜力水準儀測量工作原理

三、衛星

早期衛星在沉降觀測過程中受到了多種因素的影響，例如對流層影響、整周模糊度解算的影響和起算點誤差等，即使采用了較為完善的措施，仍然和高精度的水準設備有較大差距。但隨著衛星技術的發展，現階段已經可以較好地實現高精度沉降監測，我國生產的北斗衛星已在雙魚島綜合管廊實地應用，通過布置北斗基準站將12個北斗監測點數據每隔15秒上傳一次，經過一年運行，北斗結算數據很好的反應出管廊沉降的變化趨勢[4]。

四、裂縫監測傳感器

(一)裂縫計

裂縫計結構原理如圖所示，它由橫梁、彈簧片、底腳等組成，在簧片的根部貼有應變片，組成全橋后通過電纜輸出。當兩底腳之間的位移發生變化時，貼在簧片上的應變片通過應變儀將簧片產生的應變轉換成與位移成正比的電壓信號，然后送給記錄儀[5]。

圖3 裂縫計結構原理圖

(二)光纖光柵傳感器

其原理為寬譜光源將帶有一定寬度的光通過環形器入射到光纖格柵中，由于光纖光柵的波長選擇性作用，符合條件的光被反射回來，在通過環形器送入解調裝置測出光纖光柵的反射波長變化。黨光纖光柵做探頭測量外界的溫度、壓力或應力時，光柵自身的柵距發生變化，從而引起反射波長的變化，解調裝置即通過檢測波長的變化推導出外界溫度、壓力或應力的變化。

圖4 光纖光柵傳感器原理圖

根據圖示，夾持部件將光纖光柵固定在支點之間，當整個機構由于管廊結構裂縫受到外力作用時，機構整體會發生變形，通過光柵傳感器會將管廊變形裂縫轉換為數字信號[6]。

五、總結

我國綜合管廊起步較晚，關于管廊沉降監測標準尚未明確，某些地方甚至尚未明確監管單位，各管廊建設單位對其重視程度較低。

國內大部分管廊監測尚處于人工監測階段，過程中由于缺乏制度管理與技術標準，往往流于形式。本文通過介紹國內常用沉降監測方法及儀器并分析其使用，同時對衛星監測、光纖光柵傳感器等新技術應用進行介紹，為綜合管廊監測選取合適監測方案提供數據幫助。