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静态液位型不均匀沉降监测系统在地铁施工中的
来源：未知
技术背景地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象，地壳运动、开采矿藏或天然气、抽取地下水等均能引起地面沉降。局部地区地面高程在短期内发生的较大变化，会对房屋、地下管道、道路、桥梁和水坝等产生严重的破坏作用，城市和工业区地面的持续下沉甚至会危及整个城市和工业区的安全。目前，地面沉降已经给国家和人民的生命财产安全造成了严重的损失，因此，进行地面沉降的监测和预报是十分必要的，也是非常有意义的。
为了在地下施工过程中对地面住宅居民楼在运行期间的稳定性进行分析并及时采取维护措施，需要对地表楼房进行实时沉降、倾斜监测。殛需一种实时的不间断的监测手段，为此中国科学院力学研究所与北京科力安科技有限公司共同研发了“无线表面沉降监测系统”对小区楼房进行沉降监测，并获得了国家创新专利、通过了北京计量科学研究院的鉴定。
项目监测目的
1、地下隧道开挖过程中该地段的地表住宅沉降实时监测，为地下施工提供地面沉降监测数据，地面沉降分析；
2、开挖隧道地上小区内两栋居民楼房不均匀沉降及倾斜监测；
3、总结施工过程中地表沉降规律，为今后地铁施工提供设计参考依据。
静力水准测量原理
静态液位型地表沉降监测系统是利用在同一大气压条件下联通器各处液位相同的原理开发的新型沉降监测系统，结合目前较为流行的无线数传技术，将监测数据远程发送至用户端。
图l是液体静力水准仪的测量原理，相连的两个容器l与2分别安装在待测平面A、B上(可以有若干个待测点)，当连接两容器中的介质是均匀液体(即同类并具有同样参数)时，液体的自由表面处于同一水平面。
2个平面的高差仅仅取决于容器内的液位高度，测得液位高度就可以获得高差。根据这一原理，可将平面的沉降问题，用测量液位的方法解决。对液体静力水准测量误差来源的分析表明，它的主要误差来自于外界温度的变化。为了减小温度的影响，应使连接软管下垂量尽量小；降低监测头内的液位；仪器尽量远离强热辐射源。
本监测工程采用中国科学院力学研究所与北京科力安监测技术有限公司联合开发的KLA静态液位监测系统，分别由6个监测点、数据采集模块、无线发射模块及数据接收模块等组成，下图是仪器的结构，由筒钵、浮子、位移传感器、信号转换电路组成。
(1)在待测点处分别设置若干个装有适量液体的储液筒，所有储液筒之间通过管道相互连通；
(2)在每个储液筒中设置悬浮于所述储液筒内液面上的浮子，浮子是通过配重被浮起；
(3)当该测点发生地面沉降后，测量出每个测点处浮子在液体中的垂直高度的变化，精度可达0.2mm；
(4)设定其中一个储液筒为基准筒，该基准筒处不发生地面沉降或者该点的地面沉降量利用常规方式测量；
(5)根据每个测点处浮子的变化值，以基准筒或该基准筒的地面沉降值为基础，计算出各个测点处的地面沉降量。
数据采集模块由内部定时器控制，按时采集位移传感器的位移变化量，从而得到液面的变化量，根据系统内部液体总体积不变的原则并参考不动点的液位变化计算出各点的相对沉降量，采集到的数据经GSM网络发送至接收模块通过R45接口与计算机相连，从而用上位机对数据进行处理得到位移曲线直观的反映给用户，实现的位移的无人值守实时监测。
静态液位型地表沉降监测系统利用在同一大气压条件下联通器各处液位相同的原理，结合无线数传技术，将监测数据远程发送。是传感技术与无线通讯技术的结合。
(b)稳定状态2
在稳定状态1时，h1=h2=……=hn，当P2及Pn点发生沉降后，相应h1、h2、hn发生改变，若基准点为稳定不动点，其它各点均沉降n时，不动点改变量为：h’=2/3*n
本设计结构旨在建立一个基于目前技术领先的通讯与GPRS/GSM平台的智能安全监测系统，整个系统充分体现高新科技与实际应用集成的思想，符合信息时代高集成度、高信息化、高智能型的发展需求，系统设计在一个较高的起点上充分保证系统的可扩展性、可维护性，具备准确的信息处理及判断能力，并有一定的超前性。
静态液位型监测系统的结构工作流程，每个仪器采用12V直流电源，RS232串口连接采集与发射模块实现数据通讯，在实际应用中，当监测时间很长时，配备15W太阳能电板，这样整个监测系统现场部分在不需外接电源情况下仍能正常工作，具有很好的独立性。
监测方案
在测区内选取一相对稳定的参考点做为基准，其它各测点与基准点相连接，通过实时测量各测点与基准点的相对位移变化（高程方向）从而得出楼体各点沉降、整体倾斜信息。对于本次楼顶监测点位布置
该系统由6个监测点、数据采集模块、无线发射模块及数据接收模块等组成，图中地下盾构机经过8号楼东南角，*近处距楼仅1.5米，为了更好的监测此楼的沉降情况，在楼顶四角及中部分布了6个监测点，选择西北角（6号测点）为基准参考点，其它各点与其相比较得到各相对沉降量，0.3mm精度静态液位型沉降监测系统用于工程监测是完全可行的。
测试数据与分析
6套监测设备于2007年6月21日安装调试完成，在地下施工期的三天时间内（6月21日至25日），对楼顶进行时间间隔为20分钟的数据采集，下面6幅图是这些数据得到的各点沉降曲线。
测区内1、2号测点变化量较大并呈下降趋势，其它各点匀有不同程度的小幅上扬，根据总体水体积不变的原则，说明1、2号测点相对下降， 其它各点基本保持不变；
还可以看到各曲线以天为周期的起伏规律，起伏量约为0.5mm左右,原因为温度变化的影响（如前1.2.2所述），其中3、6号测点起伏较小4、6号测点起伏较大，原因可能是南面墙体温度变化大而北面温度变化较为平缓所致。
数据的处理
现以6号测点为基准参考点，则6号点的变化包含了其它各点的沉降影响和温度影响，这样沉降明显的1、2号测点的相对沉降量即为图中图线1、2减掉6号测点曲线，得到1、2号测点的沉降曲线如下：
结论：
6个测点中，1、2号测点呈下沉趋势，沉降量分别为6.3mm和5mm，并且沉降量目前尚无平缓的趋势；
温度的变化对此监测系统有一定影响，但这种影响有一定的周期规律性，一般通过与参考点的比较可很大程度上减弱这种不利影响；
每个测点液位采用双传感器测量液位变化，从图上可以看到两个传感器具有很高的一致性，反映了测量很高的准确度；此监测系统综合精度0.3mm，能够满足工程监测的要求，其无人值守式的监测方式有利于系统的进一步推广应用；
参考文献：
[1] 张华伟,王世梅,霍志涛,张业明,彭三国.自动位移计在树坪滑坡中的应用[J].工程地质学报,2006(03)-0401-04
[2] 白韶红静力水准仪在北京城铁变形监测中的应用[J].中国仪器仪表2003.11
[3]张秦劳，禹洪海，范文俊.三门峡大坝静力水准自动化量测系统[J].大坝观测与土工测试，第20卷（20期）
