郭立波，梅晓伟，魏强，马国峥
北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司 北京市 100000
摘 要：随着现代科技的进步，逐步推广远程静力水准自动化变形监测系统在地下空间工程中的应用，弥补了由于存在许多限制因素，限制人工监控量测领域不能完全实现实时采集的高效性。为满足需求多样化特点，远程静力水准自动化监测采集应用优势突显的尤为重要。
本文介绍了静力水准自动化采集监测系统的安装和工作原理，以北京新建地铁16号线穿越既有地铁4号线的位置关系为例，该工程属于下穿形式。穿越既有线工程所处环境较为复杂，工程风险因素较高，采用了高效的远程静力水准自动化监测系统，及时采集和传输可靠的监测数据信息反馈给各方，很好地完成了该工程结构及周边环境的监测任务，用以评定工程施工过程中对既有地铁结构变形的影响程度，为工程安全推进提供了有力的数据支持，对今后的穿越既有地铁工程自动化监测积累经验。
关键词：静力水准 自动化 监测系统 变形 穿越 既有地铁
绪 论
目前，中国城镇化率不断提高，人口向城市流动造成城市人口骤增，交通出行压力持续增加。城市对地铁的需求不断提高，地下空间不断开发利用，城市轨道交通线路呈网状分布，实现地下空间的统一规划。在这样一种建设模式下，轨道交通在公共交通运输方式中效率最高，是解决城市出行问题的最佳方式之一。近几年自动化监测设备、系统逐步进入监测工作，成为有效的监测手段[1]。远程静力水准自动化变形监测系统在穿越既有地铁隧道中得到广泛应用。提升了实时性，保证了新建工程穿越既有地铁影响范围内的安全。
一 、工程概况
1.1新建16号线国家图书馆站~二里沟区间工程概况
新建16号线国家图书馆站～二里沟站区间起始于国家图书馆站，线路向东而后转向南穿既有地铁4号线区间，沿三里河路向南，侧穿西苑饭店及其门前过街通道后至二里沟站，因施工线路周边环境，国二区间反向施工由南开始向北国家图书馆站方向暗挖施工。
区间采用矿山法施工。采用单洞单线暗挖平仰拱断面形式。
1.2既有地铁4号线工程概况
新建16号线国家图书馆站～二里沟站区间下穿既有4号线区间，下穿施工影响范围内，4号线区间左右线均为盾构区间，
由于该工程下穿段环境风险等级为特级风险源，既有地铁的结构安全状态随时可能受到影响，为降低对既有地铁结构变形影响，采取非运营时段开挖，避开地铁经过时震动带来的土体扰动。通过远程静力水准自动化采集系统方式对该工程结构变形实时监控，以便随时掌握地铁结构变形状态，确保地铁运营安全。
二 、静力水准自动化原理
静力水准仪是一种将压力的变化转换为沉降量的变化的传感器，传感器受到的压力为F，F=ρ*g*h*S，其中ρ为密度、g为加速度、S为受力面积，这3个都为固定不变值，只有h为变化值,所以传感器受到的压力F只跟传感器的高度h成正比。通过与基准点的比对可以换算出监测点的沉降量。
三 、静力水准自动化安装
选择监测点，确保储液罐在最高点的位置，基准点在相对稳固的位置，水箱在两端或中间皆可，但必须保证水箱处于最高点，中间的连接水管固定高度不可高于水箱，水箱与传感器直接的高差尽量控制在一米以内，以抬高系统精度。
抄水平安装可以提高精度，避免环境温度影响液体密度，降低温度对系统精度的影响。将传感器安装固定好，接通液管需尽量拉直，切不可将传感器与传感器之间的水管呈大波浪形固定，液管需在墙壁每隔1.5M左右做固定，传感器在固定时尽量垂直固定，从基准点连续不断的灌入硅油，排除气泡。
将所有传感器编号输入采集仪，将采集仪跟办公室软件通过GPRS无线联通，根据实际需要设置相应的参数。
四 、系统应用及数据分析
4.1 系统应用系统主要由储液罐（基准点）、沉降测量点、数据采集器及发送装置组成，
储液罐位置应略高于沉降测量点,通过液体连通管与各测量点传感器连通，向储液罐中加入液体，管路中的空气通过各传感器排气阀排出,形成密闭液体。
储液罐应安装在稳固可靠,便于测量的位置,采取防沉降和防移动处理措施,形成基准点。静力水准仪则安装在需要监测沉降的位置,水准仪输出的压力(液位)、温度信号按照RTU设定的监测频率，通过RS485总线传输至RTU采集器,再经过GPRS等无线网络发送至监测中心服务器。
基准点与水准仪采用差动方式连接,水准仪设有专门的通大气接口,系统中通过通气管路将各水准仪连通后通大气,形成大气自动补偿,消除了外界温、湿度和大气压变化等因素带来的测量误差。
4.2 软件采集
数据采集系统实现了自动化，提高了监测效率和质量。采集软件将数据采集传输上来的数据，解算出位移量，并自动存储入库、实时显示、生成数据报表。
4.3 数据分析
16号线国二暗挖区间下穿既有4号线动物园站盾构区间主要采用静力水准自动化实时监测。暗挖施工下穿既有地铁上下行2条轨道，期间根据施工进度，每天按不同频率进行全天候观测。
举典型暗挖下穿施工穿越节点。静力水准自动化监测数据采集从2016年6月27日暗挖区间右线接近既有地铁左线开始，至2017年5月10日暗挖区间左线超出既有地铁右线影响范围近3个月且监测数据稳定结束。针对既有地铁4号线穿越中心线处隧道结构沉降监测数据展开具体分析。同时，每周结合既有地铁运营计划采用人工测量的形式，对静力水准自动监测系统的结果进行校核。既有地铁结构变形趋势如图1和2所示。
图1 既有地铁隧道左线自动化结构沉降变化特征点历时曲线图（自动化监测）
图2 既有地铁隧道左线结构沉降变化特征点历时曲线图（人工监测）
由图4.3-1静力水准自动化采集的既有地铁结构变形曲线图可以看出，与传统人工监测结果基本吻合，由此认为在该工程中，静力水准自动化监测系统的应用很好地解决了既有地铁因工程领域无法进行带电常规人工监测的难题，在新建地铁穿越既有地铁线路时，实现了24h不间断监测。保证了在地铁暗挖区间施工过程中对既有地铁结构变形影响的不间断监测工作，采集实用可靠的监测数据。
五 、结语
通过对工程实例中的大量数据对比统计，可知静力水准自动化监测系统完全能够满足地铁施工监测要求。当人工监测手段受到不利情况制约无法满足现场监测要求时，而静力水准自动化采集系统可以进行实时测量、数据采集，并结合施工进度调整监测频率，利用采集数据与施工工况对应分析，充分掌握各时间段施工对周边环境及结构自身的影响程度，更深入掌握施工过程中监测对象的变形规律，从而能够合理调整施工工艺、工序，采取应急措施保证施工安全，为今后类似工程提供不可或缺的技术手段。
参考文献：
[1] 孙泽信, 张书丰, 刘宁. 静力水准仪在运营期地铁隧道变形监测中的应用及分析[J]. 现代隧道技术, 2015, 52(1):203-208.
[2] 自动化实时监测在地铁隧道中的应用及分析[J].杨帆，赵剑，刘子明，邹兴欣.岩土工程学报.2012（S1）.
[3] 匡团结，张志刚．自动化监测系统在某高速铁路运营监测中的应用［J］．铁道勘察，2013（4）：89-92.