控制注漿加固不均勻沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)

張伯夷

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都 611130）

1 技術(shù)原理

靜力水準(zhǔn)儀使用差動(dòng)變壓器式液位計(jì)作為傳感器，型號(hào)為WY630CT-10A，該傳感器的工作是依靠差動(dòng)變壓器式傳感器。一套靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)需要由至少兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)組成，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)需安裝至少一套靜力式水準(zhǔn)儀，每套靜力水準(zhǔn)儀的貯液容器之間使用通液管相互連通形成一個(gè)整體，之后在貯液容器內(nèi)注入液體，當(dāng)液體液面完全靜止后，此時(shí)系統(tǒng)中所有連通容器內(nèi)的液體表面均處在同一個(gè)水準(zhǔn)高程▽0上，隨后開啟每一容器對(duì)應(yīng)的傳感器測(cè)出初始液位值分別為：H10、H20、H30、H40……Hi0，如圖1所示。

選取一個(gè)相對(duì)恒定的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)1，測(cè)點(diǎn)2的地基上升，測(cè)點(diǎn)3的地基下沉，測(cè)點(diǎn)4的地基不變等，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)液面達(dá)到平衡靜止后形成新的水準(zhǔn)面▽i0，則各測(cè)點(diǎn)連通容器內(nèi)的新液位值分別為：H1、H2、H3、H4……Hi，如圖示 2。

各測(cè)點(diǎn)靜力水準(zhǔn)儀傳感器測(cè)得各點(diǎn)液面高程，各測(cè)點(diǎn)液位變化量分別計(jì)算為：△h1=H1-H10、△h2=H2-H20、△h3=H3-H30、△h4=H4-H40……△hi=Hi-Hi0。其中，計(jì)算結(jié)果為：△hi為正值表示該測(cè)點(diǎn)貯液容器內(nèi)的液面升高，△hi為負(fù)值表示液面降低，如圖2所示。

選擇測(cè)點(diǎn)1為基準(zhǔn)點(diǎn)，則其他各測(cè)點(diǎn)相對(duì)垂直位移（相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降量）為：△H2=△h1-△h2、△H3=△h1-△h3、△H4=△h1-△h4……△Hi=△h1-△hi。其中，計(jì)算結(jié)果為：△Hi為正值表示該測(cè)點(diǎn)所處位置地基抬高，△Hi為負(fù)值表示該測(cè)點(diǎn)所處位置地基沉降，如圖2所示。若知道兩測(cè)點(diǎn)間的水平距離L，則兩測(cè)點(diǎn)間相對(duì)傾斜的變化也可算得。

依照上述原理，將靜力水準(zhǔn)儀布置在各注漿加固點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車站主體結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻上，在進(jìn)行車站主體結(jié)構(gòu)注漿加固施工時(shí)，靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)將各段主體結(jié)構(gòu)的高程變化情況準(zhǔn)確反饋，做到信息化監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工，也可在未施工時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行24小時(shí)不間斷地連續(xù)監(jiān)測(cè)。

圖1 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)工作原理1

圖2 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)工作原理2

2 主要施工技術(shù)

2.1 安裝方式及布點(diǎn)的選擇

靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由靜力水準(zhǔn)儀及安裝架、液體連通管及固定配件、固定配件、液體等組成。安裝方式分為測(cè)墩式安裝和墻壁式安裝兩種方式，視現(xiàn)場(chǎng)條件和設(shè)計(jì)要求選定，如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，選擇在車站結(jié)構(gòu)負(fù)二層?xùn)|西側(cè)墻及中隔墻進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，偶數(shù)斷面布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，奇數(shù)斷面布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖3 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 安裝儲(chǔ)液桶

將所有容器安裝在相同的標(biāo)高（一般用水平管找正水平，即為標(biāo)高），這在監(jiān)測(cè)程序開始前是非常重要的，將各托架用螺栓固定于墻面上或者測(cè)墩上。

2.3 連接連通管

通常在每個(gè)儲(chǔ)液筒的底部有一通液孔，在原孔上接上軟管到底，再安裝三通閥門（此配件已隨儀器配置）。在安裝三通閥門時(shí)應(yīng)保證其和儲(chǔ)液筒的密封性，可在三通閥門螺紋上纏生料帶或涂密封硅膠。安裝完三通閥門后，根據(jù)各測(cè)點(diǎn)間的距離，裁取通液管的長(zhǎng)度。然后用通液管和三通上的接口相連，把各測(cè)點(diǎn)串聯(lián)在一起。

2.4 系統(tǒng)充液

為避免儲(chǔ)液筒內(nèi)液體結(jié)鈣，液體最好選用純凈水，沖液時(shí)可通過任意儲(chǔ)液筒對(duì)系統(tǒng)充液。若測(cè)量所處的地區(qū)為高寒地區(qū)，則應(yīng)在液體中加入少量的防凍液。為了防止系統(tǒng)液體滋生藻類，需在儲(chǔ)液筒內(nèi)添加比例為0.05%～0.1%的硫酸銅（操作時(shí)，需要注意的是必須排除通液管內(nèi)的空氣或氣泡）。在系統(tǒng)充液時(shí)應(yīng)做到勻速緩慢，充液至距儲(chǔ)液筒口沿10cm左右時(shí)即可停止充液。充液至合適位置后，立即檢查系統(tǒng)密封性，觀察系統(tǒng)各部位有無液體滲出，如無滲漏可進(jìn)行下一步操作。

2.5 安裝傳感器總成

對(duì)這一操作步驟的要求相當(dāng)高，應(yīng)極為小心地完成操作。在安裝期間，任何草率或者不當(dāng)?shù)牟僮鞫伎赡軐?dǎo)致傳感器損壞。根據(jù)傳感器上的編號(hào)，找出和其相對(duì)應(yīng)的浮筒（二者編號(hào)應(yīng)一致）。對(duì)準(zhǔn)儲(chǔ)液筒頂端螺紋拎上，待浮漂浮在水面即固定好傳感器。傳感器安裝完成后，將所有線路連接至自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)箱，以便將數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳送至電腦終端。

需要注意的是：在溫度較高的環(huán)境或干燥的地區(qū)，為防止儲(chǔ)液筒內(nèi)的液體蒸發(fā)，需在儲(chǔ)液筒內(nèi)添加不具有揮發(fā)性的硅油或液體石蠟，添加硅油或石蠟覆后會(huì)在液體的表面形成油膜，這就起到了隔絕空氣和限制儲(chǔ)液筒內(nèi)水分蒸發(fā)的作用。每個(gè)儲(chǔ)液筒內(nèi)硅油或石蠟的添加量以覆蓋液面以上1～2mm為宜。

2.6 讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理

撓度計(jì)讀數(shù)時(shí)使用CDJM-MCU無線自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行讀數(shù)（單位為mm）。讀數(shù)越大，表示懸掛在靜力水準(zhǔn)儀傳感器上的浮筒所受到的浮力越小，液位愈低，一般情況下，傳感器讀數(shù)通常在10～90mm。就接入系統(tǒng)內(nèi)的多支傳感器中任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)而言，當(dāng)讀數(shù)減小時(shí)，表示測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生沉降，反之表示抬升，本結(jié)論是基于基準(zhǔn)點(diǎn)高程不產(chǎn)生任何變化而定義的。系統(tǒng)將各測(cè)點(diǎn)讀數(shù)統(tǒng)一傳送至終端計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可實(shí)時(shí)生成各點(diǎn)位的高程變化曲線圖，從而可直觀地看出各測(cè)點(diǎn)的高程變化情況，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可即刻將信息傳送至施工現(xiàn)場(chǎng)，方便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行注漿參數(shù)調(diào)整。

圖4 靜力水準(zhǔn)儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線圖

3 質(zhì)量控制措施

3.1 故障排除

若靜力水準(zhǔn)儀讀數(shù)出現(xiàn)問題，應(yīng)采取以下步驟進(jìn)行故障排除：

①利用電阻測(cè)試儀測(cè)量靜力式水準(zhǔn)儀的傳感器，若傳感器線圈電阻值在0～5600Ω則表示正常，反之則表示故障。根據(jù)電阻值讀數(shù)，故障分為：

第一，若電阻測(cè)試儀測(cè)出的電阻值太大或無窮大，則可能是電纜斷路。

第二，若電阻測(cè)試儀測(cè)出的電阻值太低或接近于0，則可能是短路。

第三，若電阻測(cè)試儀測(cè)試電阻正常，但任何一個(gè)傳感器都沒有讀數(shù)，則可能是讀數(shù)儀有問題，這時(shí)應(yīng)向廠家咨詢。

②若發(fā)現(xiàn)靜力式水準(zhǔn)儀的電纜是斷路或短路，可按前文安裝步驟重新連接。

3.2 系統(tǒng)使用期間的質(zhì)量控制措施

①系統(tǒng)安裝后，應(yīng)定期對(duì)系統(tǒng)裝配的干燥劑進(jìn)行檢查。新裝入系統(tǒng)的干燥劑呈藍(lán)色，吸收水分后，藍(lán)色變淺，最后變成淺粉紅色。當(dāng)干燥劑變?yōu)闇\粉紅色時(shí)，應(yīng)及時(shí)將干燥劑拆下，更換備用干燥劑，或進(jìn)行烘干處理。

②定期檢查系統(tǒng)是否有漏液情況，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)處理。

③定期通過液面觀察管檢查液面高度，以因免液面過高液體進(jìn)入傳感器，造成傳感器損壞。

4 安全保證措施

①嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)程進(jìn)行施工，對(duì)施工過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際與設(shè)計(jì)不符的情況及時(shí)告知設(shè)計(jì)，并按設(shè)計(jì)調(diào)整后的方案執(zhí)行。

②加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理，認(rèn)真貫徹執(zhí)行國(guó)家、四川省和成都市政府有關(guān)法令和管理規(guī)定的要求。制定操作規(guī)程和各項(xiàng)管理制度，明確崗位責(zé)任制，認(rèn)真做好安全技術(shù)交底工作，除進(jìn)行書面交底外，還應(yīng)組織各班組召開安全技術(shù)交底會(huì)，對(duì)施工危險(xiǎn)源進(jìn)行講解。

③在進(jìn)行靜力水準(zhǔn)儀托架安裝鉆孔施工時(shí)，施工人員需佩戴護(hù)目鏡，以防鉆孔產(chǎn)生的廢渣濺射傷人。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本工法適用于測(cè)量參考點(diǎn)與測(cè)試點(diǎn)之間高程的相對(duì)變化，主要用于各種過渡段線形沉降、沿縱向?qū)Y(jié)構(gòu)物之間的沉降差進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如地鐵車站及盾構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)，運(yùn)營(yíng)鐵路沉降監(jiān)測(cè)，基坑、大壩、橋梁與房屋的沉降監(jiān)測(cè)等。成都軌道交通18號(hào)線土建1標(biāo)的實(shí)踐證明，在控制注漿加固不均勻沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工法中，靜力水準(zhǔn)儀技術(shù)較傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)技術(shù)有成熟、可靠、系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、監(jiān)測(cè)精度高、數(shù)據(jù)反饋及時(shí)準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，在節(jié)約了人力、物力的同時(shí)，兼顧了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的注漿加固施工提供及時(shí)有效的指導(dǎo)。