靜力水準自動化監測系統于工程監測中的運用研究

黃國華

摘要：現代工程建設和發展背景下，為了打造高質量的工程項目，在施工同時加強工程監測很有必要，收集相關數據信息，便于及時發現異常問題，第一時間組織人員消除隱患，打造高質量的工程項目。在工程監測中，需要選擇合理的技術和手段輔助工作開展，靜力水準自動化監測系統是一種精度較 高的技術，在實際應用中重點監測垂直位移，能夠及早發現事故隱患，提升監測自動化水平，降低觀測數據誤差。本文就工程監測中靜力水準自動化監測 系統應用情況進行研究，深入分析技術原理及工程項目中合理化應用，以求提升工程觀測效率和質量。

關鍵詞：工程觀測;靜力水準自動化監測系統;數據分析;實時監控

我國工程建設力度不斷增加，涌現出很多前沿的技術和手段，在提升 工程施工技術水平的同時，還可以助力社會主義現代化工程建設和發展。工程觀測是一項基礎工作，通過靜力水準自動化監測系統的應用，可以改 善人工數據采集量大、誤差大等缺陷和不足，實時在線監測和采集數據，可以及時發現隱患并排除。靜力水準自動化監測系統的精度高，不需要高 強度的人工作業，而且可以滿足很多惡劣環境的作業需要，第一時間發現 問題預警處理，切實提升工程監測有效性。

1 靜力水準自動化監測系統

1.1 振弦式精力水準系統

振弦式精力水準系統是一種代表性的監測系統，可以實現多點沉降監 測，基于液體連通原理設計的沉降測量系統，精度較高。系統內部是一根 水管和多個儲液罐連接構成，每個儲液罐分別配備金屬浮筒在掛鉤上安裝 弦式傳感器，受到浮力因素影響致浮筒浮在儲液罐中，安裝位置海拔發生 變化，各儲液罐的水位相同，但浮筒的浮力存在顯著差異，將這一浮力傳 遞給傳感器來獲取相對沉降數據[1]。

1.2 自動化監測系統

自動化監測系統在實際應用中，其構成主要包括傳感器、工程建筑、 微電子、測試儀表、自動化、計算機和通訊技術等，整合在一起實現數據 信息自動化采集、分析和處理。在現場通過收集數據信息，將信息傳輸給 網絡管理單元、網絡交換機、基于無線傳輸信息到監測終端。

2 靜力水準自動化監測系統的原理

靜力水準自動化監測系統在具體應用中，使用通液管將諸多傳感器連 接在一起，加入一定量液體來保證容器的液體自由流通，將儲液罐的液面 始終維持在同一水平面中，高度相同，但容器液體深度存在差異，因此不 同容器的參考點高度是不盡相同的。容器液位變化后，傳感器即可快速感 應并收集信息，測量不同的儲液罐液面高度，經過相應的公式計算就得到 相對差異沉降。多點系統中，傳感器垂直位移是相較于任何一點變化，垂 直位移相對穩定，觀測中通過修正基準點，精準獲得靜力水準自動化監測 系統中各測點沉降變化值[2]。

靜力水準自動化監測系統的第j個觀測點，相較于基準點 i相對沉降量，對應的計算公式如下：

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

公式中 Hji為靜力水準系統第j測點測試時相較于基點i 的垂直位移量。hOj 則是靜力水準系統第 j 測點出事階段的容器液面高度。hkj 為新系統第 j?測點測試時的液面高度。hOi 為系統基準測點 i 初始階段的容器液面高度。Hki 為系統基準測點的測試階段容器液面高度[3]。

3 工程實例

以外灘通道工程為例，選擇土壓平衡盾構施工，直徑為 14270mm，盾 構從天潼路工作井沿著蘇州河，朝著福州路工作井方向推進，370 環～375 環在地下穿過南京東路地下人行通道。盾構頂部和地下人行通道底部距離 較近，大概為 2.4m 左右，隧道埋深 8.9m，穿越土層粘性大，流塑性大，變 形控制難度較大。盾構施工中，應該保證鄰近的地下人行通道安全和正常 使用。

3.1 布設靜力水準監測系統

為了保證盾構施工活動有序進行，規避對鄰近地下人行通道正常使用 的不良影響，并且為注漿參數和施工活動開展提供參考依據，選擇靜力水 準自動化監測系統，實時監測地下人行通道垂直位移情況[4]。通道的結構主 要是兩個主箱體構成，同兩側出入口結構有 3 個施工縫，因此可以在施工 縫兩側設置監測點，監測點共 6 個，測點 J0～J5，J0 為基準點，基于光學 水準儀修正，采集頻率每 10 分鐘 1 次。

3.2 監測成果分析

結合圖 1 的沉降監測斷面位移曲線圖來看，在盾構施工到 358 環時，并未發現明顯的斷面沉降現象;繼續推進 367 環，發現 J2 和 J3 有隆起情況;371 環，發現 J2 和 J3 垂直位移量為 7.34mm、6.93mm;在達到 376 環 時，兩點垂直位移為最大化，分別是 11.96mm、11.56mm，然后隨之下降，在達到 381 環時兩點垂直位移為 2.67mm、2.69mm。盾構到 375 環時，地下 通道結構不可避免地受到施工因素影響，每推進 1 環，地下通道結構則有 1 個上升、下降周期[5]。

在盾構推進過程中，依據人工光學水準測量結果繪制垂直位移變化曲 線圖，為觀測點編號，人工監測頻率每日在 4 次以上，工作量過高，并且 監測結果無法客觀、全面反映出地下通道結構變化情況，一定程度上彰顯 出人工監測方式的缺陷和不足。對比人工監測方式，靜力水準自動化監測 系統優勢更加鮮明。

4 靜力水準自動化監測系統安裝和運行維護的要點

（1）安裝連通管，確保各個測點連通管牢固密封，并無漏水情況出現。

（2） 各個測點缽體間和傳感器間，選擇空氣連通管連接在一起，以此 來維持內部氣壓相同，同時安裝干燥劑在端頭，以此來規避傳感器進水失 效。

（3） 加液。為了規避液體大量蒸發，在上方加入一定量的硅油，可以 減少液體蒸發速度。需要注意的是，缽體內液體液面高度在浮子中部上下 2cm 左右，如果超出 2cm 以上需要第一時間補充液體[6]。

（4） 安裝傳感器和浮子。控制傳感器安裝高度相同，過低會導致浮子 直接膨出缽體底部，過高浮子脫離液面影響到測量數據信息精準度。靜力 水準傳感器與數據采集模塊連接后，保證端子接線緊密、牢固。

（5） 系統投入使用后，應該做好后期運行維護工作，定期檢查有無滲 漏液情況，檢查液面高度是否在標準范圍內，如果接近量程極限則要及時 處理。如果人工采集數據和自動化采集數據差異過大，應現場檢查，分析 差異原因，及時處理。

結論：

綜上所述，工程監測數據信息精準、全面與否，很大程度上取決于監 測方法的選擇使用。通過靜力水準自動化監測系統的應用，可以彌補傳統 人工監測方式的工作量大、精準度不高的問題，提升監測信息精度，為后 續工程建設提供可靠依據。

參考文獻：

[1]趙偉，韋永斌，后超，等. 靜力水準自動化監測系統在盾構隧道工 程中的應用[J]. 市政技術，2018，36（1）：131-133.

[2]魏本現.DAMS靜力水準自動化監測系統在廣州地鐵中的實踐[J]. 測 繪與空間地理信息，2012，35（12）：166-168.

[3]羅勇，賈三滿，趙波，等. 北京地面沉降 Js 型靜力水準自動化監測 系統量程調整及修正值添加方法[J]. 城市地質，2010，5（4）：36-39.

[4]陳成剛. 靜力水準儀自動化監測系統在既有線施工中的應用[J]. 鐵 路技術創新，2020（5）：132-138.

[5]劉紹堂，張迪，王果，等. 靜力水準自動監測系統在軌道交通線路 和隧道工程中的應用[J]. 城市軌道交通研究，2016，19（10）：119-122.

[6]黃新召. 港珠澳大橋拱北隧道靜力水準自動化監測系統應用研究[J]. 測繪與空間地理信息，2017（6）：173-174，177.