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本工程選用電水平尺的尺身長(zhǎng)3m，用錨栓安裝在道床（結(jié)構(gòu)物）上，接著將傾角傳感器調(diào)零，并鎖定在該位置。道床（結(jié)構(gòu)物）的沉降會(huì)改變梁的傾角，電水平尺中的電解質(zhì)傾斜傳感器能根據(jù)傾角的變化輸出相應(yīng)比例的電壓信號(hào)。將尺鏈上各個(gè)電解質(zhì)傾斜傳感器的輸出信號(hào)接到一臺(tái)CR10X型數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器上，就可以按設(shè)定的時(shí)間間隔（可調(diào)整的范圍為幾s到幾h）對(duì)所有接入的傳感器進(jìn)行一次采樣讀數(shù)。每次采樣讀數(shù)所得的數(shù)據(jù)暫存在采集器內(nèi)供定期處理，通過(guò)電纜直接把采集器中的數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)內(nèi)按預(yù)先設(shè)定的程序?qū)㈦妷盒盘?hào)換算成傾角角度，再根據(jù)尺體的長(zhǎng)度L計(jì)算出沉降量di（i表示尺鏈中第i支尺），利用矢量相加的方法可以得到尺鏈范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)沉降曲線，電水平尺監(jiān)測(cè)沉降工作原理如圖2所示。

1單尺傾斜計(jì)算

單個(gè)水平尺的傾斜值根據(jù)T＝C0＋C1E＋C2E2＋C3E3＋C4E4＋C5E5進(jìn)行計(jì)算。式中：T為單個(gè)水平尺的傾斜值，mm／m；Ci為儀器系數(shù)，由廠家提供；E為單個(gè)電水平尺本次測(cè)量的電壓值，V。

高程計(jì)算（考慮尺鏈傳遞）假設(shè)由n個(gè)電水平尺組成尺鏈，且1號(hào)尺起端為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，另一端為高程測(cè)試點(diǎn)，其他尺寸同樣表示，則該電水平尺鏈上各測(cè)點(diǎn)高程的計(jì)算公式為Hn＝B＋T1L＋T2L＋T3L＋……＋TnL。式中：Hn為第n個(gè)電水平尺的測(cè)點(diǎn)高程，mm；B為基準(zhǔn)點(diǎn)高程，mm；Tn為第n個(gè)電水平尺的計(jì)算傾斜值，mm／m；L為單個(gè)電水平尺的長(zhǎng)度，m。起算基準(zhǔn)根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行相應(yīng)選擇。

2自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

使用與ELbeam傾斜傳感器配套的CR10X數(shù)字自動(dòng)記錄儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。CR10X數(shù)據(jù)記錄裝置不僅可靠，而且可以兼容幾乎所有的傳感器和數(shù)據(jù)采集單元。獨(dú)立的一個(gè)數(shù)據(jù)記錄裝置可以讀取小范圍內(nèi)的很多支傳感器，電信號(hào)的傳輸會(huì)隨著傳輸電纜長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而呈非線性衰減，采取配置信號(hào)放大器、防雷濾波器減少隧道內(nèi)因電纜過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的信號(hào)衰減以及列車(chē)駛過(guò)時(shí)造成的信號(hào)干擾，系統(tǒng)組成見(jiàn)圖3。

3系統(tǒng)特點(diǎn)

1）高分辨率。電水平尺的最小量程為1″，根據(jù)L（sinθ1－sinθ0），在1m長(zhǎng)的梁兩端可以檢測(cè)到0005mm的豎直位移變化。2）可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)電水平尺梁的長(zhǎng)度確定后，其傾角的變化量可以精確地?fù)Q算成梁兩端的沉降位移量，并將多個(gè)梁首尾相連，能夠計(jì)算出各端點(diǎn)的絕對(duì)位移量，與當(dāng)?shù)馗叱滔到y(tǒng)聯(lián)測(cè)一個(gè)梁端點(diǎn)的高程，可以得出所有梁端點(diǎn)的絕對(duì)高程。3）安裝簡(jiǎn)單。電水平尺安裝無(wú)須復(fù)雜的工具，且梁的長(zhǎng)度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件靈活變化，不受外界條件限制。4）數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸。通過(guò)有效的電纜可以把實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺R10X，并由電腦實(shí)時(shí)查看原始數(shù)據(jù)，一目了然。5）遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)自動(dòng)化處理軟件對(duì)采集到的電信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀的沉降數(shù)值量，并通過(guò)現(xiàn)有通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)定期發(fā)送SMS短信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控［10］。

4應(yīng)用實(shí)例

4．1基本情況南京明基醫(yī)院位于南京地鐵元通站—中勝站區(qū)間和中勝站西站廳地鐵線路南側(cè)，主要由地鐵廣場(chǎng)樓、住院大樓、辦公樓組成，基坑與地鐵車(chē)站站臺(tái)邊線的距離為13～25m。施工場(chǎng)地位于南京河西地區(qū)，場(chǎng)地地貌單元屬于長(zhǎng)江漫灘之上，中勝站及地鐵線路所屬區(qū)間場(chǎng)地地表為人工回填土和新近堆填土，地下覆蓋層主要為軟弱黏性土及飽和砂土。場(chǎng)地內(nèi)淤泥質(zhì)土飽含地下水，水位在地面以下03～05m，年最大水位變化幅度小于1m，一般在05m左右。

4．2監(jiān)測(cè)目的明基醫(yī)院施工屬于中勝站地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，為確保地鐵的運(yùn)營(yíng)安全，需布設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4．3監(jiān)測(cè)方法及項(xiàng)目以電水平尺法自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，人工監(jiān)測(cè)為校核手段，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有豎向位移監(jiān)測(cè)、差異沉降監(jiān)測(cè)。

4．4監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，明基醫(yī)院基坑與站臺(tái)邊線的最近距離約為13m，基坑最大開(kāi)挖深度低于地鐵隧道底標(biāo)高約8m。為了保證地鐵隧道的安全，選取明基醫(yī)院地鐵廣場(chǎng)樓側(cè)地鐵隧道作為監(jiān)測(cè)段，選用成熟可靠的sinco監(jiān)測(cè)設(shè)備和軟件，建立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。選用35支3m長(zhǎng)的電水平尺，首尾串聯(lián)構(gòu)成約100m長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)尺鏈線，緊貼地面安裝在軌道的道床上，將CR10X數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器就近安置在隧道側(cè)壁上，同時(shí)，在中勝站站臺(tái)上設(shè)主控計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)段地鐵隧道現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、處理及傳輸。電水平尺、人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置與最近地鐵軌線的水平距離為02～03m。在地鐵隧道與車(chē)站間的結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)約1m處的道床上布設(shè)1對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（如圖3所示），用于結(jié)構(gòu)差異沉降監(jiān)測(cè)。

4．5電水平尺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

4．5．1硬件要求

4．5．2軟件要求1套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制軟件Logger－Net，1套電水平尺自動(dòng)化處理軟件，分析并處理采集器采集到的數(shù)據(jù)，形成直觀變形曲線圖。

4．5．3監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的確定根據(jù)基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵的影響范圍，選取在影響范圍外的一支梁的端點(diǎn)作為本次監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，并與二等水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)，檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。電水平尺基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)與人工水準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)共用，由人工從車(chē)站內(nèi)穩(wěn)定基點(diǎn)引測(cè)到電水平尺基點(diǎn)，其基點(diǎn)高程變化應(yīng)與水平尺監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

4．5．4初始值的測(cè)定系統(tǒng)調(diào)試完畢后，選擇運(yùn)行后第1天的24個(gè)周期的平均值作為本次監(jiān)測(cè)的初始值，每周期數(shù)據(jù)均與初始值作比較，得出每期數(shù)據(jù)的變化量、日變化量和累計(jì)變化量。電水平尺自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每1h對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、處理一次，定期用二等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行人工復(fù)核，同時(shí)，定期對(duì)地鐵隧道與車(chē)站間的結(jié)構(gòu)縫差異沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4．5．6報(bào)警設(shè)定地鐵隧道的最大沉降值應(yīng)≤10mm，報(bào)警值為最大值的1／3，警戒值為最大值的2／3。操作人員可以通過(guò)控制軟件的界面對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集間隔時(shí)間等工作參數(shù)的設(shè)定或修改，一旦采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，計(jì)算機(jī)就會(huì)以色彩和音響的方式發(fā)出報(bào)警信息，自動(dòng)通過(guò)手機(jī)短信向有關(guān)單位報(bào)警。地鐵隧道與車(chē)站間的結(jié)構(gòu)縫差異沉降＞±3mm時(shí)預(yù)警，＞±5mm時(shí)報(bào)警。

4．5．7數(shù)據(jù)分析比較

4．5．7．1明基醫(yī)院基坑開(kāi)挖各階段數(shù)據(jù)比較選取4個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)8個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降值比較。由于845點(diǎn)位于變形區(qū)10m外，受施工降水影響，沉降不明顯，而850，855，860，8704點(diǎn)位于基坑一側(cè)，土體開(kāi)挖時(shí)有較大沉降。其中，2006年7月15日，地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的明基醫(yī)院基坑開(kāi)挖到底部時(shí)地鐵隧道的最大沉降值為7．0mm，隨著基坑底板澆筑以及地下水回灌后，地鐵隧道底板有不同程度的回彈。

4．5．7．2地鐵運(yùn)營(yíng)和停運(yùn)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的影響地鐵運(yùn)行時(shí)，列車(chē)震動(dòng)和隧道內(nèi)空氣濕度均會(huì)對(duì)電解質(zhì)傳感器造成一定影響，系統(tǒng)在整個(gè)施工期間，每天的變化量對(duì)運(yùn)營(yíng)和停運(yùn)分析沒(méi)有可比性，而提取其中的某一時(shí)段作為列車(chē)停運(yùn)與運(yùn)營(yíng)對(duì)該系統(tǒng)的影響分析則具有一定的可比性。每天00：00至06：00作為地鐵停運(yùn)期，其他時(shí)段作為地鐵運(yùn)營(yíng)期，平均后分析比較，列車(chē)運(yùn)行期間與停運(yùn)期間各點(diǎn)差值很小，最大為0092mm，最小為－0002mm，總體趨于平緩，列車(chē)運(yùn)行和停運(yùn)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的影響。

4．5．7．3人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較按照二等水準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)布置Y6～Y12監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用人工進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為1次／d，監(jiān)測(cè)時(shí)間為每天00：00至03：00。自2006年7月5日采集初始數(shù)據(jù)后開(kāi)始正式運(yùn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，1．5個(gè)月后將人工監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)累計(jì)值與自動(dòng)監(jiān)測(cè)的累計(jì)值進(jìn)行比較，其差值均在±03mm，證明二者數(shù)據(jù)是吻合的，不存在明顯差異，同時(shí)也證實(shí)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量比較如表2和圖9所示。

4．5．7．4地鐵隧道與車(chē)站間結(jié)構(gòu)縫的差異沉降在地鐵隧道與車(chē)站間的結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)約1m處的道床上布設(shè)1對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（如圖3所示），定期或根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法監(jiān)測(cè)2點(diǎn)間的高差變化，確?；鶞?zhǔn)網(wǎng)的正確。

5結(jié)論與討論

1）在確保地鐵隧道正常運(yùn)營(yíng)的情況下，使用電水平尺自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是可行的。電水平尺是一套集數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、報(bào)表自動(dòng)生成等為一體的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)曲線，為地鐵安全提供重要保障。2）選用電水平尺及成熟可靠的sinco監(jiān)測(cè)設(shè)備和軟件時(shí)，其監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到0005mm。本工程中，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工測(cè)量的差值在±03mm，當(dāng)明基醫(yī)院基坑開(kāi)挖到底部時(shí)，地鐵隧道的最大沉降值為70mm。3）電水平尺自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)記錄監(jiān)測(cè)過(guò)程，節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力，并能保證人員的安全。一旦采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，系統(tǒng)可以自動(dòng)向相關(guān)單位報(bào)警。在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)動(dòng)土施工時(shí)，僅僅對(duì)地鐵隧道進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要結(jié)合其他方法對(duì)地鐵隧道的水平變形、扭轉(zhuǎn)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到全方位監(jiān)測(cè)的目的。監(jiān)測(cè)過(guò)程中通常采用附合水準(zhǔn)線路，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)和對(duì)點(diǎn)的穩(wěn)定性檢驗(yàn)，特別是要重點(diǎn)關(guān)注地鐵隧道與車(chē)站間結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的差異沉降情況，從而避免附合水準(zhǔn)路線的閉合差超限。

作者：趙太東單位：中鐵隧道股份有限公司