静力水准自动化监测系统在运营地铁中的应用与研究
作者：尹啸





    近年来，随着我国轨道交通产业的快速发展，各大城市运营地铁里程越来越长，在给大阳城娱乐群众出行带来方便的同时，既有地铁沿线土地开发以及新建地铁的施工可能导致地铁隧道结构的变形，严重影响着地铁运营的稳定和安全，因此，加强运营地铁安全监测成为各大城市地铁管理部门的一项重要任务。由于地铁隧道在运营状态下是不允许人员进入的，传统的监测方法是人工在每天后半夜地铁停运时间段利用常规测量仪器进行，这种作业方式大阳城娱乐低下，不能实时分析变形数据，已不能满足大阳城娱乐监测业务的要求。随着新型传感技术以及远程自动监测技术的发展，一种基于静力水准仪的自动化监测系统应运而生，该系统可实现监测数据自动化采集，经系统软件分析能及时掌握监测对象的变形情况，目前，该系统已被成功应用于运营地铁监测领域。

1、静力水准自动化监测系统简介

1.1监测原理

静力水准仪又称连通管水准仪，它是利用多个经连通管相连的储液罐的液面最终保持水平的原理，通过测量不同储液罐的液面高度，经计算得到各个静力水准仪的相对差异沉降，监测精度最高可以达到0.01mm。假设基准点A 相对于基准面H0的高程为H1，监测点B高程为H2，基准点A和监测点B上各安装一个静力水准仪并用连通管相连，由传感器测出两点处静力水准仪储液罐的初始液位：h1、h2。

对于初始液面状态，显然有：H1 ＋h1 ＝ H2 ＋h2由于每个静力水准仪的液缸长度Ｌ 是相等的，由此可以推断出：h1 －h2 ＝b2－b1由两式推断出H2＝H1 ＋（b2－b1）只要测量出每个静力水准仪在不同时间的液面高度，就可以计算出各点在对应时间的相对差异沉降。

1.2自动化监测系统构成

基准点和监测点上的各个静力水准仪用连通管连接好后，再将各静力水准仪的导线连接到数据盒，通过无线传输的方式和电脑终端相连，系统调试好后随时输入监测指令实现自动采集数据，监测数据经软件处理，就可以生成监测图表。

2、监测实例

2.1项目简介

广州地铁六号线新大阳城娱乐程需要在已投运的二号线某站下方穿过，在六号线施工期间，为保证地铁安全运营，必须全天候高密度监测二号线隧道结构的变形情况。考虑到静力水准自动化监测系统具有高效、连续、动态、数据实时分析等显著优势，本项目引进该系统进行监测，仪器采用磁致伸缩式静力水准仪，该型号静力水准仪测量范围0-50MM、最小读数0.01mm、测点误差±0.1～±0.1mm，数据采集利用NDA1303一体化模块化自动测量单元。

2.2基准点、监测点布设

本次监测分左右线两段长度约186*2m，参照现场实际情况，将基准点和监测点布设在隧道外侧墙壁上，基准点布设在远离变形影响区域外两端外扩50m处，每段共计布设2个基准点，平均20m布设一个监测点，共计布设9个监测点。

2.3系统安装与调试

（1）测墩安装：根据实际需要确定测墩的高度，安装时应使每个测墩的高程保持一致，每个墩面用水准仪找平，允许误差±5mm。

（2）底板和钵体安装：将静力水准仪钵体底板固定在测墩预埋的螺杆上，调整好钵体主体高度并粗调水平。

（3）连通管安装：设置主连通管和副连通管，各测点静力水准仪之间不直接连通，而各自通过副连通管与主连通管连接，使系统各测点的静力水准仪贮液容器相连通。

（4）加液：从首端测点进行灌注，往钵体内加液，然后顺序流入后面的测点。

（5）传感器安装：将传感器测杆插入静力水准仪上端盖的螺纹孔中，再将取下的浮子按原方向穿在传感器测杆上，最后将装好传感器的上端盖旋紧在贮液容器上。

（6）通讯线和电源线安装：将通讯线和电源线布置在各测点之间的管线槽内，通过电缆孔接入数据盒。

计算机安装自动测量单元数据采集管理软件后，将测量单元与计算机连接，并打开数据采集管理软件进行操作，可任意选择实时采集、定时采集、离线采集的任一方式和显示数据图。实时采集和定时采集的数据可直接存入计算机，离线采集数据先保存在数据盒中再传输给计算机，数据管理软件可实现数据整理、数据分析、绘制变形曲线图等功能。

2.4监测频率和监测数据采集分析

监测工作从2015年3月5日开始到2017年3月4日结束，监测频率设置为在六号线施工关键时期每隔20min记录一次数据，4h提交一次监测报表；平常每隔2h记录一次数据，8h提交一次监测报表。监测历经２年时间，取得了连续可靠的监测数据，其中右线监测点的累计沉降量和沉降差统计见表，监测数据经软件自动处理，得到沉降变化曲线图。监测结果分析：

（1） 右线HZ04、HZ05、HZ06监测点正好位于六号线正上方，三点累计沉降量和沉降差都大于其他各监测点，其中，HZ05监测点两期的沉降差达到0.25mm，但没有超过控制值，说明在六号线施工过程中对既有二号线均有不同程度的影响。

（2）从沉降变化曲线图看出，右线各监测点在2015年3月至2016年2月之间累计沉降量较大，在2016年3月至2017年3月之间累计沉降量较小，说明六号线盾构期间对二号线影响较大，盾构完成后二号线沉降趋于稳定，表明六号线施工后对既有二号线的影响较小。

2.5监测精度分析

为了进一步验证静力水准系统监测的精度，我们将地铁运营和停运阶段的监测精度分别统计。

2.5.1地铁运营时的观测精度

在地铁运营时间段，我们按照1min一次的采样间隔进行监测，共测量了60min，获得60组监测数据，统计出每台经理水准仪观测的中误差表，由统计数据可以看出，在地铁运营阶段，列车经过时静力水准仪的液面会产生波动，进而影响到传感器的读数，我们将采样的60组数据的平均值作为真值进行中误差统计，最大值为0.79mm，满足 GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》中监测精度±1.0mm的要求。

2.5.2列车停运时的观测精度

广州地铁2号线每晚24：:0停运，在地铁停运时间段，我们按照1min一次的采样间隔进行监测，共测量了60min，获得60组监测数据，统计出每台静力水准仪观测的中误差。从统计数据看出，在地铁停运阶段，我们将采样的60组数据的平均值作为真值进行中误差统计，最大值为0.39mm，满足GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》中监测精度±1.0mm 的要求。

3、实例表明，静力水准自动化监测系统在广州地铁二号线某站监测项目中取得了良好的应用成果，该系统无须人员值守，在指定时间段内连续自动获取了隧道监测数据，同时借助管理软件实现了对监测数据的实时处理和分析，并且该系统在地铁运营和停运两个时段都具有较高的监测精度，极大地提高了监测大阳城娱乐，保障了地铁运营的稳定和安全，可以较稳定地代替人工进行监测。随着地铁建设规模的不断扩大，涉及的监测范围也越来越广泛，静力水准自动化监测系统在地铁监测领域具有广阔的应用前景。





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