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静力水准仪自动化监测技术方案一、静力水准仪简介对结构健康影响最大的外力因素是重力，因此结构的竖向位移最能代表结构位置的变化。
竖向位移通常也简称沉降。
传统的人工测量耗时太多，监测周期长，只能反应变化的长期趋势。
难以反应快速变化的竖向位移。
而静力水准仪可用来在线自动测量沉降数据。
二、静力水准仪的原理及分类静力水准仪是依据“连通管”原理工作的：两端开口与大气相通的U型管注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，最终会保持在同一个水平面。
测量出测点液位的变化，即可得到测点的位置变化。
根据这个原理，市面上出现了液位式静力水准仪和压差式静力水准仪。
液位式水准仪是通过测量每个测点液位变化的高度来计算沉降的，而压差式静力水准仪是通过计算不同测点间的液体压力变化量再除以液体的密度和重力加速度得到沉降值。
液位式静力水准仪由于原理简单，液位变化直观，测量液位的技术简单成熟，因此种类繁多。
液位测量的方式有机械式、非机械式两种。
机械式的液位测量是在液位中放入浮球，液位变化时，浮球会随液位而变动，测量出浮球的位置变化，即可得到液位的变化。
常见的测量浮球位置变化是通过磁致伸缩原理来实现的。
非机械式的液位测量方式有超声波、电容，毫米波雷达、机器视觉、压差。
超声波、毫米波液位测量是利用超声波或电磁波遇到液体与气体的界面时会发生反射的原理，测量出超声波在液体中传播所用的时间，根据液体中声波的速度，求出液位的。
机器视觉是利用摄像装置，观察辅助激光光束在液面的光斑位置变化，求出液位变化的。
由于摄像装置的光学器件会收到水蒸气的遮蔽、侵蚀等影响，对视频数据的解算需要硬件和软件支持，结构复杂，体积较大、成本较高，目前极少有应用，因此本文不做展开介绍。
电容式液位测量原理是利用液位变化时，液体与上方的金属之间的电容会发生变化。
通过测量电容的变化，可求出液位的变化。
由于影响到电容的不仅是两极板之间的距离，液体上方的空气密度、温度、结构件几何尺寸都会影响到电容的变化，且测量的量程较小。
42 信息化测绘基于静力水准测量技术的地铁隧道结构沉降监测赵栋 张耀国 刘万松 杨立新（中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102）摘 要：针对传统使用水准仪监测地铁隧道结构沉降过程中存在的测量效率低、人力投入多以及测量精度易受影响等问题，研究介绍了一种可用于地铁沉降全天候监测的静力水准测量方案，可实现地铁隧道结构沉降的全天候不间断远程监测与采集，通过数据分析能够发现地铁隧道结构的早期隐患，从而保障地铁隧道施工及地铁运营安全。
通过工程实例，验证静力水准测量技术在地铁隧道结构沉降监测中具有较好的应用效果。
关键词：结构沉降；地铁隧道；静力水准仪；远程采集1 引言随着经济的发展与农村人口向城市流动的加速，城市公共交通压力越来越大，许多城市开始修建地下轨道交通系统来应对日益增多的通勤人次。
地铁运力大、高效、便捷，在城市交通系统中发挥着巨大作用，但是因为运行于地下封闭环境，隧道结构在交变载荷作用下容易造成稳定性下降，进而产生安全风险。
传统模式下，使用水准仪测量隧道结构沉降情况需要在列车停运期间进行，作业窗口较短，且无法实现不间断的连续、实时监测。
随着传感器技术和在线监测技术的不断进步和发展，静力水准自动化监测技术逐渐在隧道监测中得到应用和推广，该技术实现了地铁隧道监测由人工向自动化的转变，同时，不断升级的传感检测技术与远程在线监测技术进一步优化了静力水准监测精度及兼容性，使其在现实工程中的应用空间得到进一步拓展。
2 静力水准测量的作用机理与组成2.1 静力水准测量的作用机理静力水准仪由液缸、浮筒、精密液位计、保护罩等部件组成，基本技术原理为物理学中的连通液原理，将多个连通器的储液罐连接，根据连通器水平面相同的原理，所有连通器的储液罐液面应处在同一水平面，如果某个监测点发生沉降则通过计算储液的变化高度，得出各个静力水准仪之间的相对变化量，进而获取监测点的相对差异沉降信息。
将某测区分为n 个沉降观测点，在各沉降观测点位置分别布设静力水准测量仪，使用连通管将所有静力水准测量仪的储液罐连通并进行相应的调校，记录每个静力水准测量仪的储液罐液面高度，静力水准测量仪安装高程如图1所示。
浅析静力水准自动化监测系统于工程监测中的运用作者：陈伟来源：《科技资讯》 2014年第20期陈伟(上海申元岩土工程有限公司上海 200040)摘要:对于大部分工程而言,在其施工过程之中,垂直位移是相当重要的监测项目。
由于异常垂直位移往往是工程事故的前兆,所以,对于某些重要建筑设施的垂直沉降测量须具有高精度、实时性的特性。
自动化监测系统由于其优越的特性必然将引入工程监测工作中,成为工程监测的有效手段。
本文介绍了静力水准自动化监测系统测量原理,通过工程监测中应用实例,充分体现了静力水准自动化监测系统的优越性,并且总结了其在工程中的运用经验。
关键词:静力水准自动化监测实时性系统中图分类号:TU196.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)07(b)-0057-01当前对于工程监测项目,人工采集数据的传统方法被普遍运用,但是其不仅监测范围小、工作量大、效率低,而且无法实现实时、在线监测,因此不能及时发现问题、消除隐患。
静力水准自动化监测系统作为一种精密的水准测量方法,具有精度高、自动化性能好等特点,完全可以弥补传统方法的漏洞,同时可以更好地运用于人工无法长时间作业的某些特殊环境,可以实现实时、在线监测,使得在工程进展过程中能够及时发现问题,消除隐患。
1 静力水准自动化监测系统测量原理静力水准系统在使用过程中,一系列的传感器容器使用通液管连接,其中注入一定量的液体,保证所有容器中的液体可以自由流动,利用连通液的原理,多支通过连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一水平面,即保持相同的高度,但是各个容器中的液体深度并不相同,这也就反映了各个容器所在的各个参考点的高度的不同。
当容器液位发生变化时即被传感器感应,通过测量不通储液罐的液面高度,经过计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降。
在多点系统中,所有传感器的垂直位移均是相对于其中任意一点(基准点或参照点)的变化,该点的垂直位移应是相对稳定的或者是可用其它人工观测手段来确定,并在整个观测过程中对基准点高程进行修正,以便能精确计算静力水准系统各测点的沉降变化。
静力水准仪沉降自动化监测系统的安装步骤及注意事项！一．液压型静力水准仪介绍：液压型静力水准仪是利用连通器原理测量两点或多点之间竖向位移的精密仪器。
沉降自动化监测系统主要由储液罐、基准点、测点、采集网关、在线监测云平台等部件组成，可用于桥梁动态扰度、隧道、管廊、路基、地铁、深基坑、大坝、房屋等结构物的沉降自动化监测。
系统整体结构各测点通过485总线连接到采集网关，采集网关将数据解析后通过4G无线网络将数据传输到云服务器。
数据在云服务器快速运算后下发到监控中心。
前端系统连接图1、测点布置：实地查看现场情况，根据项目特点，结合项目总体布局及周边环境因素，进行针对性的测点布置。
基准点需安装在被测结构物周边结构稳定的位置。
以储液罐的液面为准，基准点和各测点的水平位置不得低于静力水准仪的最大量程。
2、安装设备：各测点确认后，按照测点分布图将静力水准仪安装固定在被测的结构物上。
常用的安装固定方式有以下两种，具体根据实际情况而定。
1.胶粘支架安装：支架通过强力胶粘在测点位置，等待完全干固后，通过M4的螺丝把水准仪安装在支架上。
2.螺丝安装:支架通过膨胀螺丝固定在测点位置，通过M4螺孔，把水准仪安装在支架上；有些型号的静力水准仪上自带螺丝孔，也可以直接把水准仪通过螺丝直接固定在结构物上。
3、安装储液罐：采用PU管将各个静力水准仪串联起来，并连接到储液罐，。
为最大限度的利用量程，静力水准仪的安装位置尽量保持在同一个水平面，且低于储液罐，储液罐位置一般处于基准点水准仪的上方二十公分左右。
4、通液管连接：连通管为透明PU软管，按各水准仪之间的管线路径顺序铺放，理顺并拉直，再将各静力水准仪连接，中间尽量不要让管路过于曲折，固定时要防止损伤管道，保证水能顺畅流动。
5、气管连接：通气的作用是使所有测点的气压保持一致，整个气压平衡系统应相互连通且仅在一端与大气相通，保证液面压力为标准大气压力，安装时要确保通气阀正常通气。
6、485信号线缆连接：按各测点之间的管线路径顺序铺放通信线缆。
浅谈静力水准仪及自动化变形监测力水准仪（连通液位沉降计）是测量两点间或多点间相对高程变化的高精密液位测量仪器，通常由液缸、浮筒、精密液位计、保护罩、支撑架等部件组成。
静力水准仪一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常采用一体化模块化自动测量单元采集数据，通过有线或无线通讯与计算机连接，从而实现自动化观测。
目前广泛应用于运营铁路沉降监测、地铁隧道沉降监测、基坑、大坝、桥梁与房屋的沉降监测等领域。
原理静力水准仪利用连通液的原理，多个静力水准仪用通液管联接，液面总是在同一水平面，通过测量不同储液罐的液面高度与静力水准仪的基准点进行对比，得出各个静力水准仪的相对差异沉降量。
基准点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。
静力水准测量具有测量精度高（通常可达亚毫米级）、自动化监测、性能稳定，实时传输等优点。
自动化监测应用静力水准自动化监测系统通常包含多个静力水准仪、安装支架、液体联通管、数据采集系统、通讯系统、后台管理软件等组成，软件可根据观测两生成相应的变化曲线，并根据工程设计值进行报警。
房屋基础沉降监测：如CCTV新大楼基础沉降采用振弦式静力水准仪进行观测，做此类观测时，仪器安装位置应充分考虑建筑物不同部位结构承重的差异性，并做好联通管等设备的保护。
在地铁监测中的应用：静力水准测量是地铁隧道结构自动化垂直位移测量的重要手段，目前已广泛应用，和在房屋监测中应用不同，由于列车运营时对静力水准仪仪器本身及基准点有不可忽视的影响，因此，地铁夜间停运阶段静力水准的测量的精度明显高于运营期的精度。
监测点数量应能全面反映监测区域变化情况，基准点应布设在影响区域外稳定位置。
桥梁、高架等监测：采集首期基准数据的过程中最好是能暂时封锁车辆流通，这样监测得到的基准数据会更加有参考价值。
并做好数据采集系统、电源等设施发生故障的应急措施。
静力水准仪------产品技术静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。
在使用中，多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。
在静力水准仪的系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。
液压式静力水准系统（压差式）是利用液压敏感单元测量各个测点储液器内压强变化值相对于基准点的变化计算出各测点压强变化量进而解算出沉降变化量。
主要应于地铁隧道、高铁路基、水利大坝等沉降变形监测领域。
------特点·稳定性好、抗干扰能力强，受外界温度环境影响小。
传感器可自动进行实时温度补偿，提高了传感器在不同气候条件下的适应性及监测数据的准确性。
·量程大故在其量程范围之内，现场安装不需要将测点调平，故适用于地铁运营、大型桥梁等项目自动化监测.·体积小、防潮防水，全密封结构可以埋设于路面以下方便道路交通，故适合高铁路基等自动化沉降监测项目。
------设备参数有效量程：500、1000mm、2000mm等可选显示精度：0.01mm实际精度：0.1mm（0.2mm）工作电压：12v-36v工作温度：-25℃~75℃伸缩式静力水准仪（电感式）采用的传感器是利用磁致伸缩原理开发出的新一代高精度液位测量产品，是一种非接触式液位测量传感器。
该传感器具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快，工作寿命长等优点。
磁致伸缩式传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁浮球组成。
测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆由不导磁的不锈钢管制成。
测量时由电路发出起始脉冲，起始脉冲在波导丝中传输，产生沿波导丝方向的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被电子拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，测量电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测液位值。
浅析DINI03数字水准仪在沉降监测中的应用建筑沉降监测是确保建筑施工和安全使用的重要工作，随着测绘仪器制造技术的飞速发展，数字水准仪以其诸多优点，受到广大用户的青眯，本文主要介绍了DINI03数字水准仪的基本原理、操作方法，体现了DINI03数字水准仪的优越性，说明了高精度数字水准仪在沉降监测中的应用，并说明了一些不足之处。
标签：DINI03数字水准仪i角沉降监测随着科学技术的迅猛进步，特别是电子技术的迅速发展，数字水准仪被广泛应用于水准测量中。
DINI03数字水准仪是集电子技术、图像处理技术和计算机技术于一体的水准仪，测量原理是通过条码间隔影像信息和参考信号对图像进行数学处理的，它可以自动地采集数据、对测量数据进行信息处理并且可以自动获取和记录每一个观测值。
加上天宝DINI03系列数字水准仪有着优良的性能以及简单方便的操作，在测量中，极大地提高了测量效率。
因此天宝DINI03系列数字水准仪已经广泛的被运用在各项重大工程中，例如：水利、地震、电力、测绘等系统。
所以对其i角问题的研究就更加迫切和重要并具有现实意义。
虽然数字水准仪可以将测定的i角存入机内，并对所测数据按该i角进行自动修正，但是由于仪器i角在不同环境下（如不同外界的温度、不同的湿度、不同的振动程度等），i角的数值也会不同，存在瞬时变化。
因此，对数字水准仪i 角问题研究讨论是非常有必要的。
目前，水准仪的i角研究主要反映在三个方面，即：方法、速度和精度。
除了大多数测量学类教材中提供的比较成熟也比较广泛的检校i角的方法外，现在（主要）还有三种新方法可以对i角进行自动检测。
电子水准仪的自动化检校也比较成熟，这大大提高了检验水准仪i角的速度。
在评定水准仪i角的精度上，也出现了一些成果，既有定性的也有定量的。
1仪器检测（1）i角的检验检验有五种方法：基本方法，费式（Foersmer）法，李式（Naebauer）法，库式（Kukkamaek）法，日本方法。
静力水准自动化监测系统垂直位移量是直接反应工程结构物及其基础的是否稳定的关键指标，垂直位移是大部分工程安全监控的重要内容。
在工程测量中，液体静力水准测量是一种精密的水准测量方法，静力水准仪是用于测量多点相对沉降的系统。
在使用中，一系列的传感器容器均采用液管联接，每一容器的液位由一精密振弦式力传感器测出，该传感器内有一个自由悬重，一旦液位发生变化，悬重的悬浮力即被传感器感应，精确测出小至0.025mm的垂直变化。
在多点系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中的一点，该点的垂直位移是相对恒定的或者可用其它人工观测手段准确确定。
静力水准测量具有以下优点：(1) 采用电感调频原理设计制造，具有高灵敏度、高精度、高稳定性、温度影响小的优点，适用于长期观测。
(2) 静力水准仪内置存贮芯片，具有智能记忆功能，出厂时已将传感器型号、编号、标定系数等参数永久存贮在传感器内，并可保存600次您所需要的测量结果，如测量时间、测点温度（温度型）、绝对位移值、相对位移值、零点值等。
(3) 静力水准仪是有多个精密液位计组成，通过连通管将所有液位计的液面连通，测量各液位计相对基点的垂直向变形情况。
内置智能检测电路，由485总线直接输出数字测值，可远距离传输，不失真，适应长时间观测和自动化测量。
(4)测试时间短，数据同时性佳，测量结果受人员影响很小。
静力水准自动监测系统的工作原理该系统主要有测量、数据发射和数据采集及分析三个部分组成。
通过连通器的原理得出基准点及各监测点上静力水准仪的压力值，集成后通过光钎、gprs或无线电台发射出去，在能够接收的范围内通过数据采集装置采集测得的压力值，之后通过数据处理及分析软件得出监测点相对基准点的沉降变化量及变化速率，之后绘出累计变沉降量-时间曲线和变化速率-时间曲线，进而分析建筑物的变化情况。
点位布置：静力水准仪的现场安装要求：(1)根据测点布置要求选定测试点及基准点，安装在测点柱距底板面300mm~500mm位置处，选用点作为基准点，安装时需在墙柱混凝土表面钻孔打锚栓或在钢结构表面焊接固定支架，然后在支架上安装底座和仪器，再在仪器外部装保护罩。
静力水准仪在运营期高速铁路路基沉降观测中的运用发布时间：2022-11-30T07:41:47.265Z 来源：《新型城镇化》2022年22期作者：谢建帮[导读] 随着城市的不断发展，穿越城市区域的高速铁路周边不断开发建设，在周边建设过程中，存在着诸多近、大、深基坑，在这些基坑施工过程中，势必会造成运营期高速铁路路基发生沉降，严重影响列车运行安全。
因此，如何实时监控高速铁路路基沉降，信息化指导基坑施工对确保运营期高速铁路安全很有必要。
受高速铁路运营时间限制，常规人工沉降监测已无法满足要求，而静力水准仪自动化沉降监测系统以实时化、自动化、高效化及高精度等特点具有较好应用前景。
谢建帮柳州市勘察测绘研究院有限公司广西柳州 545006摘要：随着城市的不断发展，穿越城市区域的高速铁路周边不断开发建设，在周边建设过程中，存在着诸多近、大、深基坑，在这些基坑施工过程中，势必会造成运营期高速铁路路基发生沉降，严重影响列车运行安全。
因此，如何实时监控高速铁路路基沉降，信息化指导基坑施工对确保运营期高速铁路安全很有必要。
受高速铁路运营时间限制，常规人工沉降监测已无法满足要求，而静力水准仪自动化沉降监测系统以实时化、自动化、高效化及高精度等特点具有较好应用前景。
关键词：高速铁路路基；沉降观测；静力水准仪前言铁路路基暴露在室外，加之我国地域广阔，地形、地质、水文、气候等情况复杂：路基边坡和坡脚受坡面雨水冲刷、日晒雨淋将引起土的干湿循环、气温变化将引起土的冻融变化、河水对边坡或坡脚处地基不断的冲刷和淘刷等，使路基常年处于升降动态循环之中，路基附加应力受其很大影响。
路基填料级配不良、排水失效、过渡段碎石级配失效或不养生、路基横向碾压、填料含水率超标等将引起路基沉降。
铁路两旁新修建的建筑物尤其是特大型建筑深基坑开挖也会对路基产生影响，所以铁路路基沉降在一定意义上讲不可避免。
但过大的变形沉降将直接影响行车安全，所以必须对高速铁路路基沉降加以防治。
数字水准仪在沉降监测中的运用浅析传感器工艺和微电子技术的快速发展，使测量仪器的制造发生了变革，进入到21世纪后，观测技术得到了突破性进展，其中比较明显的特点就是观测信号由模拟信号逐渐向电子信号转变。
例如GPS技术和全站仪的普及，这不仅在一定程度上提高而测量效率，同时也提高了测量的可靠性和精准度。
这使观测结果不仅可快速获得，提高测量工作效率，而且测量精度和可靠性也都有较大改进。
在高程测量仪器方面，自1990年瑞士Wild公司首先研制出第一台数字水准仪NA2000以来，各仪器厂家纷纷推出自己的产品，到目前为止生产的第三代数字水准仪的技术已经相当成熟，并且开始广泛地应用于各种工程实践和科学研究工作当中。
本文就美国天宝公司生产的Trimble_DiNi03数字水准仪的原理、特点以及在工程当中的应用等方面进行探讨，并对其结果进行分析。
一、DiNi03 数字水准仪的主要优势与特點Trimble_DiNi03型数字水准仪仪是美国天宝公司生产的一种方便、易用、精确而又高效的水准测量仪器，也是目前世界上精度最高的水准仪之一，其每千米往返中误差为±0.3 mm，可实现无纸化作业，自动出报表。
无论您是做工程测量、结构、沉降观测、还是做高精度的水准网观测，都能为您提供精确的观测结果和可靠的数据。
它坚固—防尘、防水等级为IP55—完全可以适应艰苦的工作条件。
带有背景光的显示屏和带有照明的圆气泡使得您即使在暗淡的天气条件下也可以保持良好的生产效率，整平速度比常规自动整平快60%，只需读取30厘米的条码尺就可以计算出正确结果，其优势如下：1、读数受标尺遮挡、丘陵地形变化的影响比较小，因此设站次数减少了高达20%。
2、在光线条件暗的地方整平变得比较容易，比如：在隧道中，因为只有很小一部分的标尺需要照明。
3、受地面附近的折射影响小，确保更高的精度。
二、操作DiNi03 数字水准仪需要注意的事项1、在应用过程中，需要注意避免主机被阳光直射，需要采取合理的措施对主机进行遮阳，尽量减少机器被阳光直射，这样做的主要目的是为了避免设备中的零部件被阳光直射，部件温度升高，热胀冷缩，从而导致i角发生变化，导致观测出现误差。
浅述静力水准仪沉降超限自动报警监测系统在京沪高速铁路三标段西渴马隧道施工中的应用周锋（中国水利水电第七局工程局有限公司科研设计院郫县 611730）摘要：主要介绍了采用静力水准仪沉降超限自动报警监测系统的原理和安装方法，并对初期支护后的京沪铁路三标段西渴马隧洞顶拱下沉变形进行试验性监测应用中的经验和存在的问题做了简要的总结和说明。
关键词：隧洞、沉降观测、静力水准、自动化监测、方法1 工程概述西渴马1#隧道，进口里程DK420+395，出口里程DK423+207，全长2812m。
隧道内处于12‰、5.5‰的上坡，出口区分布有大规模崩塌堆积岩体，主要成分为寒武系中统泥质条带灰岩及鲕状灰岩，岩体一般粒径3～5m，最大可达十余米，充填碎石土及角砾土，结构较松散，容易掉顶，岩体完整性较差。
西渴马2#隧道，进口里程DK423+395，出口里程DK424+373，全长978m。
隧道内处于3‰的下坡，进口～DK423+427.50与DK424+358.64～出口分别位于R=30000m的凸、凹竖曲线上。
全隧道位于R=7000m的曲线上，中低山区，地形起伏较大，进口山坡坡度约30°，山坡自然坡度位于10°～20°，地表植被稀疏。
2 隧道施工安全监测的目的和常用方法2.1、隧道施工安全监测的目的（1）确保施工安全及结构的长期稳定性；（2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；（3）确定二次衬砌时间；（4）监控工程对周围环境影响；（5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
2.2、隧道施工安全监测常用方法及选择围岩监控量测最常见的方法有沉降观测和收敛观测两种。
仅以围岩沉降变形观测而言，有三角高程法、水准测量法两种观测方法，其示意图见图1、图2，优缺点见表1。
图1 水准测量法图2 全站仪测量法表1 三角高程量测法、水准测量法主要优缺点投入大量资源，同时会给现场施工造成一定的影响。
为了更高效的进行隧道拱顶沉降变形监测，我部查阅了大量的相关资料，比对各种沉降变形观测方法的优缺点，认为静力水准测量测方法是一种精度较高、方便观测、能及时反馈围岩变形情况、易于自动化的一种方法。
为此，我部在京沪高铁三标西渴马隧道现场岩石情况比较破碎地段用此方法进行了有益的尝试，并获得了一定的经验和教训。
3 监测设备的布设从2009年1月2日开始，我们依据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）及相关设计图纸和文件。
采用静力水准仪自动化观测系统，对初期支护后的隧道顶拱下沉变形进行试验性监测。
从现场开始使用至今，根据隧道特殊的地理、地质条件，我们在西渴马一号隧道靠近出口、西渴马二号隧道靠进口围岩比较破碎的位置共埋设了13个静力式水准点。
其埋设示意图详见图3、图4。
图3、1#隧洞监测布置图图4、2#隧洞监测布置图4监测系统工作原理静力水准系统依据连通器原理，用对应的传感器通过测量每个测点容器内液面的相对变化来监测结构的竖向变形。
静力水准系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中一点的。
如图5所示，沿隧道轴线方向，在隧道拱顶处安装若干个容器，容器之间用管路连通，容器内盛适量液体，根据连通器原理，相互连通的容器内初始液面应处于同一水平面。
当测点之间发生相对位移时，容器内的液体会顺着连通管流动，直到液面达到新的平衡，容器内液面高度的变化即可反映测点间的相对位移。
在每个容器内安装一个位移传感器，将液面高度的变化转换成电信号，监控系统对采集到的电信号进行计算处理后，即可求得各测点之间的相对位移。
当已知测点中任意一点的绝对位移时，即可计算出所有测点的绝对位移。
图5 系统工作原理简图5 监测系统安装及存在的问题5.1测点布置根据实际施工进度和围岩地质状况，选择在靠近1#隧道出口地质条件比较破碎的DK422+917、DK422+900、DK422+880、DK422+850共四个断面位置。
此段围岩分布有大规模崩塌堆积岩体，主要成分为寒武系中统泥质条带灰岩及鲕状灰岩，岩体一般粒径3～5m ，最大可达十余米，充填碎石土及角砾土，结构较松散，容易掉顶，岩体完整性较差。
2#隧道进口安装的八台静力水准仪布置位置在DK423+650、DK423+670、DK423+698、DK423+698、DK423+727五个断面。
此段围岩地质条件较差，位于陡坡之下，左高右低，坡度约50°～60°，洞身右侧壁较薄，受270°∠80°方向数条节理控制，该组节理间距1～2m ，平行发育，张开间距一般5～10m ，并有充填。
5.2仪器安装5.2.1测点选位后，用电锤造φ22深18～20cm 的螺栓锚固孔，再用清水进行冲洗，将φ22膨胀螺栓锚入后，将测点安装底板与螺纹钢连接，并调节螺杆，使管路相连通的仪器底板基本位于同一高程上（±10mm 以内，使用全站仪或水准仪配合进行调节）；5.2.2预先用清水冲洗主体容器及塑料连通管并将仪器主体安装在仪器支架的底板上，将水任意次状态（j）Y 01初始状态（0）图3-1、连通管测量原理示意图平尺水平放置在仪器主体顶盖表面垂直交替放置，调节螺杆螺丝使仪器表面水平及高程满足要求。
5.2.3 将连通管及仪器电缆穿入A3桥架（桥架用角钢固定），并引至下一测点，连通管与测点相连。
待连通管内灌满液体，排除气泡；将浮子放于主体容器内；将装有电容传感器的顶盖板装在主体容器上；再将管路和电缆用φ10带钩膨胀螺栓固定在边墙上，使管路经过所有位置高程均应低于仪器底部，否则仪器将无法正常工作。
（见图6）图6 静力水准仪现场安装简图5.2.4 将DAU （分布式数据自动采集单元）箱使用φ10膨胀螺栓固定在边墙上，并正确连接电缆，将最终引出电缆经边墙引至洞外控制室内，并接入安装了自动监测软件的电脑。
电缆穿越钢筋台车和钢模台车的部分应穿上线管进行保护。
（见图7）图7 静力水准仪现场安装图5.3实际安装中存在的问题在对西渴马一、二号隧道现场安装中，发现以下问题： 5.3.1 施工干扰大，设备安装难度大传感器安装时需较稳定的环境，但常因施工原因，导致安装只能见缝插针；由于监测目的是拱顶的沉降，所以仪器需安装在洞顶。
从而需吊车等机械设备的密切配合，同时安装设备的附近其它的施工几乎全部停止，这样导致现场的施工推延，影响施工进度。
如要保证施工进度，那么安装设备的难度就非常大。
5.3.2 安装位置远离开挖掌子面为了保护仪器不被爆破时损坏，安装位置需要在安全的爆破有效距离外；从而导致仪器埋设点落后开挖掌子面较远，不能采集到洞室开挖过程时爆破对应邻近拱顶产生的沉降情况，不能及时为施工人员提供安全预警的信息。
5.3.3 设备重复安装，保护难度大洞室开挖一般为上下两层开挖，经常需要爆破，对于监测设备及其相应的管路、电缆保护难度较大；且随着进尺的加大，监测设备需要经常更换位置、重复安装。
在此期间对仪器传感器的保护非常重要，无形的情况下增大工作量、也加大了保护的难度。
5.3.4 无法达到永久观测目的当前的静力水准监测受制于施工期的干扰及监测位置太高等缘故，只能在施工期未衬砌区域使用，仪器正常运行时间较短；不仅需要经常换位安装，且基准点还需人工进行校测，很难实现自动化监测的目的。
5.3.5 基准点的选取不能自动化仪器在现场安装完成后无法达到系统的正常工作条件，同时无法确定埋设位置拱顶的绝对沉降情况；为了满足自动化系统的起始条件，现场需要常规量测方法（例如：全站仪测量法）的协助，使同组测点的传感器处于相对同一高程，且需测量出基准点的绝对沉降情况，为以后布置测点提供一个相对基准值。
5.3.6 现场传输线保护难度大由于仪器传感器布置在洞内，传输信号无法到达。
此时就需要具有连接作用的传输线，随着洞室开挖的延伸，传输线需要不断加长，线路接头增加，采集数据如出现问题时检查线路就显的非常麻烦；同时线路在通过施工台车或者其它施工位置时需要穿引保护管。
施工进度加快、自动化系统施工断面增多，不可能每个时段每个洞室都有监测人员在巡视，这样的情况下传输线就很容易被损坏。
5.3.7 观测精度不高自动化监测系统安装运行后，采集的数据相对准确就需在洞室内部施工几乎停止、温度差、气压变化不大的情况下才能达到要求；原因在于洞室内部没有较大的震动，传感器内液体表面相对静止，此时采集到的数据才较为真实的反映洞室围岩的变型情况。
其精度无法与其它量测方法进行比较。
5.3.8 成本投入太高系统安装后运行时间较短，使用效率太低，为施工安全保障提供的有利证据不足。
安装时需要连同管使同组传感器满足工作原理，但在拆除后使用过的连同管被再次使用的几率不大。
因再次安装时不可能和上次安装时两点距离完成相同，如采用连接头连接，现场的施工条件和施工进度无法满足时间要求，这样材料就造成大量的浪费；同时仪器投入较多（仪器价格很高），重复安装导致施工人员、监测设施和协助的施工设备多次重复。
6分析分析见图8、图9图8 西渴马一号隧洞断面顶拱沉降监测时间-位移曲线图图9 西渴马二号隧洞断面顶拱沉降监测时间-位移曲线图从西渴马一、二号隧洞断面顶拱沉降监测时间-位移曲线图可以得出以下结论：（1）从监测曲线看，拱顶在喷护后出现缓慢沉降，无突变，无法体现喷护前岩体的沉降情况；（2）喷护后顶拱下沉经过一段时间后，沉降值趋于稳定，但反映的情况对施工开挖起不到预警作用；（3）单组仪器采集周期较短，无法为安全施工和信息化设计提供足够的信息；（4）静力水准仪沉降超限自动报警监测系统在西渴马一、二号隧道中投入较高，没有为施工安全起到预期保障作用。
7、小结通过静力水准仪在京沪高铁西渴马隧道应用。
简单总结以下几点：（1）可以通过科学的方法来为隧洞安全施工提供有利依据；（2）可以重复利用，节约设备采购成本；（3）设备的保护难度增加，安装时人员、机械等的投入增大；（4）仪器安装需跟进洞室开挖进尺，单组观测周期短；（5）仪器内液面容易受外界震动影响，观测精度不高；（6）施工干扰大，设备安装难度大；基准点的选取不能自动化。
静力水准仪在京沪高铁西渴马隧道使用时间较短，尚缺乏足够的数据来对其可靠性进行验证，国内也没有在施工期使用此方法的先例，但作为一种新方法、新课题，值得进行深入的探索。
作者：周锋（1984-），男，四川犍为人，助理工程师，从事水电工程监测技术与管理工作。
