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1、1. 公司简介北京科力安监测技术有限公司成立于 2004年，主要以研发生产 安全监测设备以及预警软件为主， 产品主要应用于地表位移、地面沉 降监测及报警，大型工程设备的变形监测。自公司成立之日起我公司与中国科学院力学研究所签订合作协 议。力学所提供技术支持，增强了公司的技术实力，使科技成果更好 的服务于社会。本着科技服务社会的宗旨，科力安致力于提供基于人工智能软件 开发、实时监测、专家安全预警系统、结构工程优化设计，公司具有 较强的新产品开发能力，公司研发的设备有IMC-1地质灾害在线监测 系统、光纤光栅结构应变监测系统、地基（地面）不均匀沉降系统、 矿山地面建筑物沉降，矿山塌陷监测等，并在工
2、程实践中获得客户的 肯定，是当前高新技术与生产一线的完美融合。作为高科技服务公司,科力安秉承科技服务社会为本的经营理念。白成立来，在不断完善产 品的同时，科力安始终以卓越的服务面对用户，逐步发展、提高业内 信誉，得到了客户的肯定，赢得了各个业主的信赖和好评。科力安在全国建立了完善的服务网络， 并乐于通过倡导科学、求 真、创新的经营方式，在公司业务领域，为社会的进步及您企事业单 位的发展做出贡献。全体员工将发扬科学、求真、创新、敬业的精 神，在巩固和加强原有市场地位的同时，根据市场需要，不断开发新 产品，努力使公司成为科研成果迅速转变为先进生产纽带。产祎。4甫，祚嶙 4 靠 十裕 昭-森 岐 点
3、 菱 临 标。幅 如 暮 嶙-g 襦 临 标。点 希 程 。*/2. 矿山地面沉降危害一般来说，随着矿区的开采，地下采空区增大，由此引起地面建 筑物的沉降变形和矿区的井下塌陷。黑龙江、山西、安徽、江苏、山 东等省是采空塌陷的严重发育区， 但几乎都发生在采矿区内。在全国 20个省区内，共发生采空塌陷180处以上，塌坑超过1595个，塌陷 面积大于1150km2.以北京为例，矿山地面塌陷灾害主要发生在门头沟区和房山区内 的煤炭采空区，据不完全统计，已发现塌陷 299处、塌陷坑1232个、 地裂缝577条、不均匀沉降47处，塌陷造成的山体滑塌84处。雨季 陡降暴雨是地面塌陷的主要促发因素。 人类居住
4、的古老采空区是主要 灾害隐患区。矿山地面塌陷造成对房屋、道路、水力电力设施、林木 及耕地的严重破坏，累积直接经济损失近 2亿元。a.会引起建筑物出现裂缝。一般在建筑物下部，由下往上发展， 呈“八”字、倒“八”字、水平及竖缝。当长条形的建筑物中部沉降 过大，则在房屋两端由下往上形成正“八”字缝， 且首先在窗对角突 破；反之，当两端沉降过大，则形成的两端由下往上的倒“八”字缝， 也首先在窗对角突破，还可在底层中部窗台处突破形成由上至下竖 缝；当某一端下沉过大时，则在某端形成沉降端高的斜裂缝；当纵横 墙交点处沉降过大，则在窗台下角形成上宽下窄的竖缝，有时还有沿 窗台下角的水平缝；当外纵墙凹凸设计时，
5、由于一侧的不均匀沉降， 还可导致在此处产生水平推力而组成力偶，从而导致此交接处的竖缝。b.起建筑物的倒塌、破坏。建筑物沉降不断发展，日趋严重，也将导致地基失稳破坏。建筑物地基失稳破坏往往是灾难性的， 导致建筑物倒塌破坏，而且地基失稳造成的工程事故补救比较困难。C.造成的事故 严重影响了矿区与周边居民的关系，影响了企业的声誉。井下塌陷事故也对井下工人的生命造成严重的威胁。BIIIIIIii3. 传统的沉降监测3.1观测点的布设观测点的布设是沉降观测工作中一个很重要的环节，观测点布设 的优劣,不仅直接影响到观测数据能否反映出建筑物的整体沉降趋势 和局部沉降特征，而且影响到工作效率。因此，在沉降观测
6、工作中，观 测点的布设应引起重视。观测点的布设应遵循从“整体到局部”的原 则:即先选取反映建筑物整体情况的特征点位，后根据建筑物的局部 特征或地质条件加以调整或加密。观测点的多少以能反映建筑物整体 沉降和局部沉降为准(一般观测点的间距在 1015m为宜)。在布设 观测点时,应考虑的几个因素:(1) 建筑物的结构和形状：建筑物的结构不同，其受力体也有所不 同。观测点应布设在真正的受力体上，这样才能准确反映建筑物的沉 降。建筑物的形状不同，地基所承受的压力也不同，所产生的沉降也有 所不同。对于形状较规则的建筑物，观测点一般布设在四周角点和沉 降缝及主(裙)楼两侧。对于形状奇特的建筑物，则应根据其特
7、征，适当 调整点位，如扇形建筑，弧线长的地方点可稀少，弧线短的地方点应加 密。ii(2) 地质条件：建筑物沉降是由于地基土在上部建筑物荷载作用 下体积压缩变形引起的，持力层的地质类型不同，在相同的荷载下，其 形变有明显的差别，因此在两种不同地质类型的受力体上均应布设观 测点，以反映不同地质类型的沉降差异。(3) 荷载因素：根据荷载的不同，考虑观测点的密度。一般来说， 观测的密度应随着荷载的增加而增加。 此外，在布设观测点时，还应考 虑点位应便于长时间保存和观测。3.2基准点的选择建筑物的沉降量是以基准点来衡量的，而沉降速度是决定沉降观 测是否终止的关键因素，因此，要求基准点必须非常稳固和便于永
8、久 保存。传统的做法是将基准点深埋，其埋深不小于建筑物基础的深度， 这样虽然能确保基准点的稳定，但造价太高。3.3观测精度的确定给沉降观测确定合理观测精度非常重要。因为过高精度要求使测 量复杂,费用也相应增加。而精度定得太低，又会使观测误差太大，增 加变形分析的困难，甚至得不到正确的结论。一般认为，沉降观测的必 要精度主要应根据沉降观测的目的和允许沉降值的大小来确定。业主对建筑物进行沉降观测的目的在于了解建筑物在施工期间及投入使 用后建筑物基础的下沉情况，以监测建筑物的安全性。建筑物是否安 全，取决于各基桩的差异沉降量，反映在沉降观测中就是各沉降观测 点的差异沉降量。因此，沉降观测的精度应由建
9、筑物地基允许的变形 值来决定。根据建筑地基基础设计规范(G B 5007 2002)中建筑物的地基变形允许值表的规定，相邻桩基允许沉降差为：允=0 002L （ L为两相邻桩基的距离）。因不可能也不必要在所有的桩基上都埋 设沉降观测点，故L可看成两相邻观测点的间距。按建筑变形测量 规程（J G J / T 8 97）的规定，相对沉降的观测中误差不应超过其 允许变形值的1/20,即观测中误差m中= 0 0001 L。设两相邻观测 点的间距为10m （建筑变形测量规程中规定：相邻两观测点间距 为1015m ），则m中= 1mm。建筑地基基础设计规范规定，建 筑物基础的绝对沉降量为200400mm，
10、其相应的观测中误为士 10 士 20mm ,比差异沉降的观测中误差大得多，所以沉降观测的精度应 不大于士 1mm。需要指出的是，上面推导沉降观测的中误差所用到的 允及沉降观测点间距L适用于低层、高层、多层建筑物。也就是说，不管建筑物的层数有多少，对其进行沉降观测所要求的精度都是一样 的。3.4观测方法沉降观测的方法一般为几何水准测量。由上面的讨论可知，国家二等水准测量可以满足建筑物沉降观测的需要，但由于沉降观测具有 视距短（一般小于20m）,精度要求高，多次重复观测的特点，为确保沉 降观测的精度，在实际作业中除应满足国家二等水准测量的有关要求 外，还应做到：（1）三固定原则，即固定观测人员，固
11、定仪器，固定观测 路线。这样各次观测的权相同。（2）水准观测路线应布设成闭合路线， 多幢建筑物同时观测时，各幢建筑物应独立观测，同一幢建筑物也可 分成多个闭合环进行观测，但起算基准点必须相同。（3）为确保首次观 测的准确可靠，可适当提高首次观测的精度，或同精度独立观测两次。(4) 每次观测前必须先检测基准点。3.5观测周期多次重复观测是沉降观测的特点之一。沉降观测的周期应结合下面几个因素综合确定:(1)建筑物基础承载土层的地质条件；(2)建筑 物荷载的大小；(3)建筑物基础的类型。一般应从施工到士 0时开始观 测，以后每增加13层观测一次，封顶及竣工时各观测一次，使用期 间可根据实际沉降情况每
12、年观测14次。4. 传统沉降监测存在的问题4.1基准点的选择。传统的做法是将基准点深埋 ，其埋深不小于建筑 物基础的深度，这样虽然能确保基准点的稳定，但造价太高，一般业主 难以承受。4.2水准仪的配备上，难以满足沉降观测工作的正常使用要求；水准点 的数量和位置布设不合理，施工过程中由于水准点扰动，造成观测工 作连续性中断；沉降观测精度选择随意性较大，未将观测记录整理，进 行平差计算，造成沉降观测资料中出现数据失真现象。4.3几何水准测量要求监测的线路固定，但施工的现场环境往往比较 复杂，影响了监测线路，对监测的结果的准确性产生影响。4.4地基沉降需要反复监测，这也加大了监测人员的工作量。竣工使
13、 用后，还要根据实际沉降情况每年观测 14次。所有的工作都要重 复进行，这都需要耗费建筑单位的人力和财力资源。4.5传统的监测仪器一般采用水准仪。这种仪器精度高，操作简单。 但也存在以下问题：a. 测点与测点之间要求通视条件好。目前随着城市化建设的加速， 高楼增加，难以满足环境要求b. 对环境要求高，比如雨天环境测量效果较差c. 对测量人员技术要求高，测量人员 必须是具有一定测量知识的 专业人员d. 测量线路固定，在地铁的建设中，地表的实际情况比较复杂，特 别是在商业以及建筑区，更难满足这一要求点 八 祁 得 点 号 莓 号 菲 峙 卓二 峪 4 盗* 眠 屯 程 。孔 点 嶙 根 临 今 棒
14、 胃 用 幅5. 科力安公司矿山沉降及塌陷监测系统5.1数据采集系统工作原理：理论依据：主要应用连通器原理。在底部相连的两个容器里装入液体（水或油）,其液面由于大气压相等而处于同一水平面上，这就是著名的“连通器原理”。根据这一原理，将连通器埋于地基中，可以 通过测量各容器中水位的变化情况，来分析得到地基的的沉降数据。以下是数据采集系统连通器的示意图：5.2矿山沉降及塌陷沉降监测系统构造以及工作流程图本系统主要包括数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统四部分。5.2.1数据采集部分：包括连通器装置和传感器。传感器对各容器的 水位移动进行监测，得到位移变化的数据，并传送到数据传输系统。传感器可测
15、最小精度为0.1mm5.2.2数据传输部分：即GShMc线发送系统和接收终端。包括数 据发送、数据接收及传感器供电装置，利用中国移动 GSMRJ络，单片 机编写控制程序，将定时采集到的数据预处理后发送到数据接收系 统，具备定时发送及事件触发发送两种模式，接收终端与计算机相连， 可直接将数据传输至计算机进一步处理分析。5.2.3数据处理系统：包括数据解析系统、指令控制系统、预警 系统。数据解析系统根据解析系统是将得到的数据直观化，分析出地基的具体沉降情况。指令控制系统可发送时间触发指令（如每加筑一层或施工要求监 测）和时间触发指令（如定时监测），数据传输部分按照得到的指令， 进行数据采集的控制。根据数据分析程序处理结果，运用适合现场的专家预警系统对被 监测地基进行进一步稳定分析，将可能发生的灾变信息及时提供给用 户，给用户提供可靠的理论支持，将损失降到最小。:用JI片45.3矿山沉降及塌陷
