自動化遠程監(jiān)測系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降中的應用

盧長炯 趙福元 張志偉 盧明奇

摘 要：為克服常規(guī)的地基沉降量監(jiān)測方法易于受外界因素干擾等缺點，滿足地下綜合管廊監(jiān)測區(qū)間長、數(shù)據(jù)采集和處理工作量大等工程技術要求，有必要對地下綜合管廊地基沉降的自動化遠程監(jiān)測技術展開研究。本案例建立了包括多點位移計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等組成部分的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，提出了該監(jiān)測系統(tǒng)的安裝實施方法，利用現(xiàn)代化網絡通信技術，實現(xiàn)異地遠程無線數(shù)據(jù)的全天候采集和傳送，有效地對管廊地基沉降量進行全程檢測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析可見：該自動化監(jiān)測系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降監(jiān)測中可取得良好的工程應用效果。

關鍵詞：地下綜合管廊;地基沉降;自動監(jiān)測;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);位移計

中圖分類號：TP29 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）2-0019-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.004

Application of Automatic Remote Monitoring on Foundation Settlement of Underground Comprehensive Pipe Gallery

LU Changjiong1 ZHAO Fuyuan1 ZHANG Zhiwei1 LU Mingqi2

（1.Beijing Municipal 6th Construction Engineering Co.， Ltd.，Beijing 100023，China;2. School of Civil Engineering，Beijing Jiaotong University， Beijing 100044，China）

Abstract：In order to overcome the shortcomings of conventional monitoring methods for the foundation settlement， which are easily disturbed by external factors， and in an effort to meet the engineering requirements such as long monitoring intervals and heavy workload of data acquisition and processing of underground comprehensive pipe gallery， it is necessary to conduct the research on the automatic remote technology of monitoring the settlement in underground comprehensive pipe gallery. Based on the actual engineering case， an automatic monitoring system which incorporates multi-point displacement meters， the data acquisition system and the analysis software was established. Furthermore， the installation and implementation of this system was also proposed in the paper. The modern network communication technology was used to realize the all-weather collection and transmission of off-site remote wireless data so as to effectively detect the whole process of the foundation settlement in the pipe gallery. The analysis of the data shows that this automatic monitoring system can achieve good results in engineering practices when it comes to the monitoring of the foundation settlement of the underground comprehensive pipe gallery.

Keywords： underground comprehensive pipe gallery;foundation settlement; automatic monitoring;data acquisition system;displacement gauge

0 引言

在施工和運營階段，準確地監(jiān)測地下綜合管廊的地基沉降量，并對其穩(wěn)定性進行安全評估具有十分重要的工程意義。常規(guī)的地基沉降量監(jiān)測方法易受氣象、環(huán)境以及現(xiàn)場施工等外界因素的干擾，難以滿足地下綜合管廊監(jiān)測區(qū)間長、數(shù)據(jù)采集和處理工作量大的工程技術要求。因此，有必要對地下綜合管廊地基沉降的自動化遠程監(jiān)測技術展開研究。目前，相關研究成果主要有：祁生均[1]基于連通器原理提出了高填方機場路基表層沉降自動化監(jiān)測方法;丁慧祥[2]對高速鐵路路基沉降無線自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)進行了研究，并進行了現(xiàn)場試驗;池燈軍[3]以鄰近既有高速鐵路的福州地鐵2號線工程為例，實施既有鐵路的全自動化監(jiān)測技術，為保障既有運營鐵路的安全運營提供數(shù)據(jù)依據(jù);劉佳[4]對自動化監(jiān)測系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測中的運用進行了分析，研究表明，對基坑進行自動化在線監(jiān)測是預防安全事故發(fā)生最有效的手段;李琳[5]對建筑物的地基沉降量進行了遠程實時自動監(jiān)測。但是，上述研究成果主要針對機場、高速鐵路路基以及高層建筑的深基坑工程等，對于地下綜合管廊結構的地基沉降監(jiān)測，還未有深入研究。為此，筆者以瀘州沱江新城綜合管廊工程為依托，利用現(xiàn)代化網絡通信技術，建立了自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)異地遠程無線數(shù)據(jù)的全天候采集和傳送，有效地對管廊地基沉降量進行全程檢測。

1 工程概況

瀘州沱江新城整體綜合管廊項目位于四川省瀘州市江陽區(qū)，康城大道以南、隆敘鐵路以西。該工程項目共設計橫一線、橫三線、橫五線以及云峰路共4條綜合管廊線路，線路總里程為7 222 m。此工程施工地區(qū)為淺丘剝蝕地貌，地形起伏變化極大，最大高差達81 m。為保證高填方地基的安全穩(wěn)定，須在施工和運營階段對管廊的地基沉降量進行全程實時監(jiān)測。

2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的組成

為實現(xiàn)該工程地下綜合管廊全線路地基沉降量監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速準確采集和傳輸，設計研發(fā)了自動化監(jiān)測系統(tǒng)。所研發(fā)的地基沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：多點位移計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等。多點位移計如圖1所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由接收儀和發(fā)送儀兩大部分組成，具體包括發(fā)送模塊、GPRS模塊、防雷模塊、采集模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊、放大模塊、電源模塊等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成與采集箱內的情況如圖2所示。采集分析軟件具有定時測量、數(shù)據(jù)自動保存、報警、打印、生成曲線等功能。

3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的安裝實施

在自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，采用HC-2200型多點位移計，位移計的安裝孔徑要求為Φ75～110 mm，孔口擴孔直徑為Φ160 mm，深 為400 mm（測頭外徑為Φ90 mm，安裝法蘭為Φ150 mm）?？椎灼矫嬗没炷辽皾{抹平并待完全凝固。鉆孔直徑≤Φ90 mm時，需要沿Φ160 mm 孔底面繼續(xù)擴孔至大于Φ90 mm，以用于安裝基座徑向定位。鉆孔成型后用高壓清潔水進行沖洗，確?？變燃爸車鷿崈簟０惭b多點位移計前，應根據(jù)實際需要，在進行沉降變形觀測處，利用全站儀進行測量以確定觀測點位置，選擇無雨、雪等天氣條件下，進行鉆孔預埋安裝。

3.1 安裝測桿束

按測點數(shù)將灌漿錨頭組件與不銹鋼測桿、測桿接頭、測桿保護管密封件、測桿減阻導向接頭及測桿定位塊等可靠連接固定后集成一束，捆扎可靠，整體置入鉆孔中。長測桿（>6 m）可分段置入、孔口連接。施工現(xiàn)場情況如圖3所示。

3.2 灌漿錨固

全部測桿完全置入孔中，使測桿束上端面盡量處于同一平面內并距Φ160 mm擴孔底面以下約5 cm，測桿護管比測桿短約15 cm。位置定位可靠后澆注混凝土砂漿至測桿保護管上端面以下約20 cm，凝固后方可撤去約束。澆注混凝土砂漿時要特別注意保護測桿保護管口及測桿端口，避免受到損傷和黏結混凝土砂漿。

3.3 安裝測桿基座

先將測桿護管調節(jié)段（長度現(xiàn)場調整）及帶刺接頭插入測桿保護管中，此時全部測桿及保護管的上端應基本處于相同平面內。放入事先連接好的安裝基座和PVC傳感器定位芯座，將測桿及其護管與定位芯座上的多孔一一對準后落下定位，注意調節(jié)基座法蘭的底面位置，使測桿不受軸向壓力為宜，可用底面加填鋼制墊片實現(xiàn)。調節(jié)準確后，鉆地腳螺栓孔并用地腳螺栓將此組件可靠固定于Φ160 mm孔底面上。

3.4 安裝位移傳感器

將位移傳感器逐一通過PVC定位芯座上對應定位孔與測桿端接頭加螺紋膠旋緊固定。如果發(fā)現(xiàn)測桿陷得太深而使傳感器無法固定時，可以加裝儀器預備的加長件。待螺紋膠凝固后，在監(jiān)測狀態(tài)下用頻率讀數(shù)儀調節(jié)傳感器“零點”。按測點數(shù)逐一完成上述調節(jié)，每支儀器的埋設零點由監(jiān)測設計者按該測點的“拉壓”范圍而定。

3.5 安裝保護罩

用頻率讀數(shù)儀逐一測出各支傳感器并做好記錄，若讀數(shù)全部正常，即可裝上保護罩，此時保護罩的電纜出口處已裝好橡膠保護套。將全部測點傳感器的信號電纜集成一束，從橡膠保護套中由內向外穿出。安裝保護罩時，可在保護罩的M90×1.5外螺紋上涂以適量螺紋膠。連接可靠后，整理電纜，再逐一檢測各儀器的讀數(shù)是否正常。

3.6 接長電纜

現(xiàn)場接長電纜處須具備交流電源。儀器電纜與接長電纜須用錫焊連接芯線，但不能使用酸性助焊劑，芯線外層及電纜表層護套上均應使用熱縮套管包裹可靠。全部電纜連接工作完成后，再用讀數(shù)儀檢測一遍各儀器的讀數(shù)是否正常。安裝基座及傳感器組件可用混凝土砂漿包裹整齊。位移計的安裝工作即告完成。

3.7 測桿長度的調節(jié)

正常情況下，HC-2200型多點位移計的供貨狀態(tài)是預裝配好的，每根測桿長度是根據(jù)用戶提供的測點位置而準確截斷的。但是如有意外情況發(fā)生的活，需要改變錨頭位置，必須調節(jié)測桿長度。此工作的進行只在錨固前有效。減短測桿時需要調節(jié)測桿長度的測點處，從倒刺接頭上拆下測桿護管，將管截斷至需要長度，抽出測桿直至保護管可以重新連接到倒刺接頭上并重新加箍。加長測桿時拆下傳感器與測桿的連接頭，加裝預備好的加長測桿。加裝適當長度的保護管及接頭并重新整理測桿至合理狀態(tài)。將保護管重新連接到倒刺接頭上并加箍[6]。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)采用自動化不間斷采集，數(shù)據(jù)量較大，需要對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析。由圖4可見，地下綜合管廊地基沉降量在初期都先經歷一個不斷增大的過程，之后沉降量趨于穩(wěn)定，深度1 m處最終沉降值為-10.5 mm，深度3 m處最終沉降值為-4.0 mm，深度6 m處最終沉降值為-1.1 mm，均在準許的沉降值范圍內。這表明監(jiān)測深度較小的測點處，其最終沉降值較大，監(jiān)測深度較大的測點處，其最終沉降值較小。經過兩個月的沉降固結期，地下綜合管廊地基的沉降過程基本結束，處于穩(wěn)定狀態(tài)，上述數(shù)據(jù)同時也驗證了自動化監(jiān)測系統(tǒng)在地下綜合管廊工程地基沉降監(jiān)測中的適用性，證明其具有良好的工程應用效果。

5 結論

對地下綜合管廊地基沉降的自動化遠程監(jiān)測技術進行了研究，設計了包含多點位移計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等組成的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，提出了具體實現(xiàn)該系統(tǒng)的施工實施方案，并將其應用于實際工程項目中。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析可見：監(jiān)測深度較小的測點處，其最終沉降值較大，監(jiān)測深度較大的測點處，其最終沉降值較小。經過兩個月的沉降固結期，地下綜合管廊地基的沉降過程基本結束，處于穩(wěn)定狀態(tài)。該自動化監(jiān)測系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降監(jiān)測中可取得良好的工程應用效果。

參考文獻：

[1] 祁生鈞.高填方機場大面積表層沉降自動化監(jiān)測方法研究[D].北京：北京航空航天大學，2015.

[2] 丁惠祥.高速鐵路路基沉降無線自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2016.

[3] 池燈軍.鄰近既有高速鐵路施工全自動監(jiān)測技術分析[J].工程技術研究，2019（24）：19-20，206.

[4] 劉佳.自動化監(jiān)測系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測中的運用[J].工程技術研究，2021（49）：173-175.

[5] 李林.建筑深基坑監(jiān)測工程分析與探討[J].福建建設科技，2021（43）：33-38.

[6] XIONG C B，SUN M，LIU D Q，A Real-Time Remote Automatic System for Monitoring the Subsidence of Building[C]//2011 International Conference on Structures and Building Materials，Guangzhou， Trans Tech Publications， 2011： 2742-2746.