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1、电水平尺自动化监测体系在地铁的运用本工程选用电水平尺的尺身长3m,用锚栓安装在道床（结构物）上，接着将倾角传感器调零，并锁定在该位置。 道床（结构物）的沉降会改变梁的倾角，电水平尺中的电解 质倾斜传感器能根据倾角的变化输出相应比例的电压信号。将尺链上各个电解质倾斜传感器的输出信号接到一台c R10 X型数据自动采集器上，就可以按设定的时间间隔（可 调整的范围为几S到几h）对所有接入的传感器进行一次釆 样读数。每次采样读数所得的数据暂存在采集器内供定期处 理，通过电缆直接把采集器中的数据输送到计算机中，在计 算机内按预先设定的程序将电压信号换算成倾角角度，再根 据尺体的长度L计算出沉降量di （
2、i表示尺链中第i支 尺），利用矢量相加的方法可以得到尺链范围内的实时沉降 曲线，电水平尺监测沉降工作原理如图2所示。1单尺倾斜计算单个水平尺的倾斜值根据T = CO+C1E + C2E 2+C3E3+C4E4+C5E5进行计算。式中：T为 单个水平尺的倾斜值，mm/m； C i为仪器系数，由厂家提供；E为单个电水平尺本次测量的电压值，V。高程计算（考虑尺链传递）假设由n个电水平尺组成 尺链，且1号尺起端为计算基准点，另一端为高程测试点， 其他尺寸同样表示，则该电水平尺链上各测点高程的计算公式为Hn = B + T 1L + T2L + T3 L + + T n Lo 式中：H n为第n个电水平
3、尺的测点高程，mm； B为基准 点高程，mm； T n为第n个电水平尺的计算倾斜值，mm /m； L为单个电水平尺的长度，mo起算基准根据传感器 的设计情况进行相应选择。2自动系统设计使用与E L b e a m倾斜传感器配套的C R 1 0 X数 字自动记录仪实现自动化。CR 1 0 X数据记录装置不仅可 靠，而且可以兼容几乎所有的传感器和数据采集单元。独立 的一个数据记录装置可以读取小范围内的很多支传感器，电 信号的传输会随着传输电缆长度的增长而呈非线性衰减，采 取配置信号放大器、防雷滤波器减少隧道内因电缆过长而导 致的信号衰减以及列车驶过时造成的信号干扰，系统组成见 图3。3系统特点1）
4、高分辨率。电水平尺的最小量程为1 根据L （s i n 0 1 s i n 0 0 ）,在1 m长的梁两端可以检测 到00 0 5 mni的竖直位移变化。2 ）可靠的测量数据。当电水平尺梁的长度确定后，其倾角的变化量可以精确地换算成梁两端的沉降位移量，并将多个梁首尾相连,能够计算出各端点的绝对位移量，与当地高程系统联测一个梁端点的 高程，可以得出所有梁端点的绝对高程。3）安装简单。电 水平尺安装无须复杂的工具，且梁的长度可以根据现场施工 条件灵活变化，不受外界条件限制。4）数据自动传输。通 过有效的电缆可以把实时采集到的数据传输到C R 1 0 X, 并由电脑实时查看原始数据，一目了然。5 ）
5、远程监控。通 过自动化处理软件对采集到的电信号数据转化成直观的沉 降数值量，并通过现有通信技术实现定期发送SMS短信， 实现远程监控10。4应用实例4 . 1基本情况南京明基医院位于南京地铁元通站一 中胜站区间和中胜站西站厅地铁线路南侧，主要由地铁广场 楼、住院大楼、办公楼组成，基坑与地铁车站站台边线的距 离为1 32 5 m。施工场地位于南京河西地区，场地地貌 单元属于长江漫滩之上，中胜站及地铁线路所属区间场地地 表为人工回填土和新近堆填土，地下覆盖层主要为软弱黏性 土及饱和砂土。场地内淤泥质土饱含地下水，水位在地面以 下0305 m,年最大水位变化幅度小于lm, 般在05 m左右。4. 2
6、监测目的明基医院施工属于中胜站地铁保护区 范围内，为确保地铁的运营安全，需布设测点进行监测。4 . 3监测方法及项目以电水平尺法自动监测为主， 人工监测为校核手段，监测项目主要有竖向位移监测、差异 沉降监测。4. 4监测点的布置根据现场测量，明基医院基坑与 站台边线的最近距离约为1 3m,基坑最大开挖深度低于地 铁隧道底标高约8mo为了保证地铁隧道的安全，选取明基 医院地铁广场楼侧地铁隧道作为监测段，选用成熟可靠的si n c o监测设备和软件，建立自动化监测系统。选用3 5 支3 m长的电水平尺，首尾串联构成约1 0 Om长的监测尺 链线，紧贴地面安装在轨道的道床上，将C R 1 0 X数据
7、自 动采集器就近安置在隧道侧壁上，同时，在中胜站站台上设 主控计算机对监测段地铁隧道现场数据进行自动采集、存 储、处理及传输。电水平尺、人工监测点位置与最近地铁轨 线的水平距离为0203 m。在地铁隧道与车站间的结构缝两侧约1 ni处的道床上布设1对沉降监测点（如图3 所示），用于结构差异沉降监测。4. 5电水平尺监测系统组成4 . 5 . 1硬件要求4. 5. 2软件要求1套实时数据控制软件L o g g e r-N e t, 1套电水平尺自动化处理软件，分析并处理 采集器采集到的数据，形成直观变形曲线图。4.5. 3监测基准点的确定根据基坑开挖对地铁的 影响范围，选取在影响范围外的一支梁的
8、端点作为本次监测 的基准点，并与二等水准基点联测，检测基准点的稳定性。 电水平尺基准点应与人工水准测量点共用，由人工从车站内 稳定基点引测到电水平尺基点，其基点高程变化应与水平尺 监测数据进行修正。4 . 5 . 4初始值的测定系统调试完毕后，选择运行 后第1天的2 4个周期的平均值作为本次监测的初始值，每 周期数据均与初始值作比较，得出每期数据的变化量、日变 化量和累计变化量。电水平尺自动化监测系统每1 h对监测 数据采集、处理一次，定期用二等水准点进行人工复核，同 时，定期对地铁隧道与车站间的结构缝差异沉降进行监测。4. 5. 6报警设定地铁隧道的最大沉降值应W10 mm,报警值为最大值的
9、1 / 3 ,警戒值为最大值的2 / 3O 操作人员可以通过控制软件的界面对数据采集器进行采集 间隔时间等工作参数的设定或修改，一旦采集到的数据达到 或超过预先设定的报警值，计算机就会以色彩和音响的方式 发出报警信息，自动通过手机短信向有关单位报警。地铁隧 道与车站间的结构缝差异沉降 3 mm时预警， 5 m m时报警。4. 5. 7数据分析比较4 . 5 . 7 . 1明基医院基坑开挖各阶段数据比较选 取4个时间点对8个典型监测点进行沉降值比较。由于8 4 5点位于变形区1 Om外，受施工降水影响，沉降不明显， 而8 5 0, 8 5 5, 8 6 0, 8 7 0 4点位于基坑一侧，土 体
10、开挖时有较大沉降。其中，2 0 0 6年7月1 5日，地铁 保护区内的明基医院基坑开挖到底部时地铁隧道的最大沉 降值为7. Omm，随着基坑底板浇筑以及地下水回灌后， 地铁隧道底板有不同程度的回弹。4 . 5 . 7 . 2地铁运营和停运对自动监测的影响地 铁运行时，列车震动和隧道内空气湿度均会对电解质传感器 造成一定影响，系统在整个施工期间，每天的变化量对运营 和停运分析没有可比性，而提取其中的某一时段作为列车停 运与运营对该系统的影响分析则具有一定的可比性。每天0 0 : 0 0至0 6： 0 0作为地铁停运期，其他时段作为地铁 运营期，平均后分析比较，列车运行期间与停运期间各点差 值很小
11、，最大为00 9 2 m m,最小为一00 0 2 mm,总体趋于平缓，列车运行和停运对自动监测的影响。4. 5. 7. 3人工监测与自动监测数据比较按照二 等水准技术标准布置Y 6Y 1 2监测点，釆用人工进行沉 降监测，监测频率为1次/ d ,监测时间为每天0 0：00 至03： 0 0 o自2 0 0 6年7月5日采集初始数据后开始 正式运行自动化监测系统，1. 5个月后将人工监测的数据 累计值与自动监测的累计值进行比较，其差值均在03mm,证明二者数据是吻合的，不存在明显差异，同时也证 实了自动化监测系统的可靠性。人工监测与自动化监测累计 变化量比较如表2和图9所示。4 . 5 . 7
12、. 4地铁隧道与车站间结构缝的差异沉降 在地铁隧道与车站间的结构缝两侧约1m处的道床上布设 1对沉降监测点（如图3所示），定期或根据监测结果用精 密水准测量方法监测2点间的高差变化，确保基准网的正 确。5结论与讨论1 ）在确保地铁隧道正常运营的情况下，使用电水平 尺自动化监测系统是可行的。电水平尺是一套集数据采集、 传输、处理、报表自动生成等为一体的自动化监测系统，能 够实时提供监测数据和监测曲线，为地铁安全提供重要保 障。2）选用电水平尺及成熟可靠的s i n c o监测设备和 软件时，其监测精度可达到00 0 5 mm。本工程中，自动化监测与人工测量的差值在03 mm,当明基医院基坑开挖到底部时，地铁隧道的最大沉降值为70 mm。3 ）电水平尺自动化监测系统能够自动记录监测过程，节约大量 的人力、物力和财力，并能保证人员的安全。一旦采集到的 数据达到或超过预先设定的报警值，系统可以自动向相关单 位报警。在地铁保护区内动土施工时，仅仅对地铁隧道进行 沉降监测是远远不够的，还需要结合其他方法对地铁隧道的 水平变形、扭转等进行监测，从而达到全方位监测的目的。 监测过程中通常采用附合水准线路，应加强对监测基准网的 复测和对点的稳定性检验，特别是要重点关注地铁隧道与车 站间结构缝两侧的差异沉降情况，从而避免附合水准路线的 闭合差超限。
