控制注漿加固不均勻沉降自動化監測技術

張伯夷

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都 611130）

1 技術原理

靜力水準儀使用差動變壓器式液位計作為傳感器，型號為WY630CT-10A，該傳感器的工作是依靠差動變壓器式傳感器。一套靜力水準系統需要由至少兩個觀測點組成，每個觀測點需安裝至少一套靜力式水準儀，每套靜力水準儀的貯液容器之間使用通液管相互連通形成一個整體，之后在貯液容器內注入液體，當液體液面完全靜止后，此時系統中所有連通容器內的液體表面均處在同一個水準高程▽0上，隨后開啟每一容器對應的傳感器測出初始液位值分別為：H10、H20、H30、H40……Hi0，如圖1所示。

選取一個相對恒定的點作為基準點1，測點2的地基上升，測點3的地基下沉，測點4的地基不變等，當整個系統內液面達到平衡靜止后形成新的水準面▽i0，則各測點連通容器內的新液位值分別為：H1、H2、H3、H4……Hi，如圖示 2。

各測點靜力水準儀傳感器測得各點液面高程，各測點液位變化量分別計算為：△h1=H1-H10、△h2=H2-H20、△h3=H3-H30、△h4=H4-H40……△hi=Hi-Hi0。其中，計算結果為：△hi為正值表示該測點貯液容器內的液面升高，△hi為負值表示液面降低，如圖2所示。

選擇測點1為基準點，則其他各測點相對垂直位移（相對于基準點的沉降量）為：△H2=△h1-△h2、△H3=△h1-△h3、△H4=△h1-△h4……△Hi=△h1-△hi。其中，計算結果為：△Hi為正值表示該測點所處位置地基抬高，△Hi為負值表示該測點所處位置地基沉降，如圖2所示。若知道兩測點間的水平距離L，則兩測點間相對傾斜的變化也可算得。

依照上述原理，將靜力水準儀布置在各注漿加固點對應的車站主體結構底板及側墻上，在進行車站主體結構注漿加固施工時，靜力水準儀系統能夠實時將各段主體結構的高程變化情況準確反饋，做到信息化監測指導施工，也可在未施工時對結構進行24小時不間斷地連續監測。

圖1 靜力水準系統工作原理1

圖2 靜力水準系統工作原理2

2 主要施工技術

2.1 安裝方式及布點的選擇

靜力水準系統的結構由靜力水準儀及安裝架、液體連通管及固定配件、固定配件、液體等組成。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，如圖3所示。

根據現場施工情況，選擇在車站結構負二層東西側墻及中隔墻進行監測點布置，偶數斷面布置2個測點，奇數斷面布置3個測點。

圖3 靜力水準系統結構示意圖

2.2 安裝儲液桶

將所有容器安裝在相同的標高（一般用水平管找正水平，即為標高），這在監測程序開始前是非常重要的，將各托架用螺栓固定于墻面上或者測墩上。

2.3 連接連通管

通常在每個儲液筒的底部有一通液孔，在原孔上接上軟管到底，再安裝三通閥門（此配件已隨儀器配置）。在安裝三通閥門時應保證其和儲液筒的密封性，可在三通閥門螺紋上纏生料帶或涂密封硅膠。安裝完三通閥門后，根據各測點間的距離，裁取通液管的長度。然后用通液管和三通上的接口相連，把各測點串聯在一起。

2.4 系統充液

為避免儲液筒內液體結鈣，液體最好選用純凈水，沖液時可通過任意儲液筒對系統充液。若測量所處的地區為高寒地區，則應在液體中加入少量的防凍液。為了防止系統液體滋生藻類，需在儲液筒內添加比例為0.05%～0.1%的硫酸銅（操作時，需要注意的是必須排除通液管內的空氣或氣泡）。在系統充液時應做到勻速緩慢，充液至距儲液筒口沿10cm左右時即可停止充液。充液至合適位置后，立即檢查系統密封性，觀察系統各部位有無液體滲出，如無滲漏可進行下一步操作。

2.5 安裝傳感器總成

對這一操作步驟的要求相當高，應極為小心地完成操作。在安裝期間，任何草率或者不當的操作都可能導致傳感器損壞。根據傳感器上的編號，找出和其相對應的浮筒（二者編號應一致）。對準儲液筒頂端螺紋拎上，待浮漂浮在水面即固定好傳感器。傳感器安裝完成后，將所有線路連接至自動化綜合測試系統箱，以便將數據統一傳送至電腦終端。

需要注意的是：在溫度較高的環境或干燥的地區，為防止儲液筒內的液體蒸發，需在儲液筒內添加不具有揮發性的硅油或液體石蠟，添加硅油或石蠟覆后會在液體的表面形成油膜，這就起到了隔絕空氣和限制儲液筒內水分蒸發的作用。每個儲液筒內硅油或石蠟的添加量以覆蓋液面以上1～2mm為宜。

2.6 讀數及數據處理

撓度計讀數時使用CDJM-MCU無線自動化綜合測試系統進行讀數（單位為mm）。讀數越大，表示懸掛在靜力水準儀傳感器上的浮筒所受到的浮力越小，液位愈低，一般情況下，傳感器讀數通常在10～90mm。就接入系統內的多支傳感器中任意一個測點而言，當讀數減小時，表示測點產生沉降，反之表示抬升，本結論是基于基準點高程不產生任何變化而定義的。系統將各測點讀數統一傳送至終端計算機，由計算機對數據進行處理，可實時生成各點位的高程變化曲線圖，從而可直觀地看出各測點的高程變化情況，若監測數據出現異常，可即刻將信息傳送至施工現場，方便現場進行注漿參數調整。

圖4 靜力水準儀自動化監測系統實時監測曲線圖

3 質量控制措施

3.1 故障排除

若靜力水準儀讀數出現問題，應采取以下步驟進行故障排除：

①利用電阻測試儀測量靜力式水準儀的傳感器，若傳感器線圈電阻值在0～5600Ω則表示正常，反之則表示故障。根據電阻值讀數，故障分為：

第一，若電阻測試儀測出的電阻值太大或無窮大，則可能是電纜斷路。

第二，若電阻測試儀測出的電阻值太低或接近于0，則可能是短路。

第三，若電阻測試儀測試電阻正常，但任何一個傳感器都沒有讀數，則可能是讀數儀有問題，這時應向廠家咨詢。

②若發現靜力式水準儀的電纜是斷路或短路，可按前文安裝步驟重新連接。

3.2 系統使用期間的質量控制措施

①系統安裝后，應定期對系統裝配的干燥劑進行檢查。新裝入系統的干燥劑呈藍色，吸收水分后，藍色變淺，最后變成淺粉紅色。當干燥劑變為淺粉紅色時，應及時將干燥劑拆下，更換備用干燥劑，或進行烘干處理。

②定期檢查系統是否有漏液情況，如發現應及時處理。

③定期通過液面觀察管檢查液面高度，以因免液面過高液體進入傳感器，造成傳感器損壞。

4 安全保證措施

①嚴格按照相關規范規程進行施工，對施工過程中發現現場實際與設計不符的情況及時告知設計，并按設計調整后的方案執行。

②加強現場安全管理，認真貫徹執行國家、四川省和成都市政府有關法令和管理規定的要求。制定操作規程和各項管理制度，明確崗位責任制，認真做好安全技術交底工作，除進行書面交底外，還應組織各班組召開安全技術交底會，對施工危險源進行講解。

③在進行靜力水準儀托架安裝鉆孔施工時，施工人員需佩戴護目鏡，以防鉆孔產生的廢渣濺射傷人。

5 結語

綜上所述，本工法適用于測量參考點與測試點之間高程的相對變化，主要用于各種過渡段線形沉降、沿縱向對結構物之間的沉降差進行監測。如地鐵車站及盾構沉降監測，運營鐵路沉降監測，基坑、大壩、橋梁與房屋的沉降監測等。成都軌道交通18號線土建1標的實踐證明，在控制注漿加固不均勻沉降自動化監測工法中，靜力水準儀技術較傳統的人工監測技術有成熟、可靠、系統自動化程度高、監測精度高、數據反饋及時準確的優勢，在節約了人力、物力的同時，兼顧了監測數據的準確性，能夠為現場的注漿加固施工提供及時有效的指導。