静力水准测量系统在地铁运营监测中应用

静力水准测量系统在地铁运营监测中的应用摘要：本文结合工程实例，介绍了使用静力水准测量系统进行地铁运营监测的方法，分析了重力异常、压力和温度对静力水准测量系统精度的影响，提出了解决方法，并进行了系统精度评定，得到结论，使用静力水准测量系统，具有精度高、自动化性能好等特点，是地铁运营监测的理想选择。

关键词：静力水准测量系统，地铁运营监测，自动化。

abstract:

this paper has introduced the use of static level measurement system of detection of subway operation, by project instance。analyzed the gravity anomaly 、 influence of pressure and temperature on accuracy of static level measurement system ,and came up with an answer. conducted a systematic assessment of accuracy,and the result shows that thestatic level measurement systemis the best choice for detection of subway operation in the terms of high precision 、good property of automated performance.

key words:

static level measurement system/detection of subway operation/automation/

概述

21世纪是地下工程的世纪，随着国民经济的飞速发展和城市化

进程的加速，地铁在各大城市交通中所占的比重将越来越大。随着地铁运营线路的增加，地铁沿线的开发地块越来越多，影响地铁运营安全问题也越来越突出。如在地铁隧道临近或上方神深基坑开挖时，受卸载和基坑降水等的影响，隧道结构的受力情况将发生改变，易产生变形，因此必须对地铁结构进行变形监测。

由于在地铁运营监测中有监测周期短、要求时效性强的特点，而在运营期间监测人员无法进入轨道进行测量。允许作业人员进行测量的时间一般只有23:30至次日凌晨4：30，如遇到特殊情况则允许作业时间更短，所以传统测量方法无法满足地铁运营监测的要求。使用静力水准系统，可以保证24小时不间断进行沉降监测，具有精度高、自动化性能好、操作便利等特点，且无需监测人员下轨作业，是地铁运营监测中进行沉降监测的理想选择。

静力水准系统的工作原理

静力水准仪（连通液位沉降计）是一种电感调频的总线型位移计，由电感传感器、液缸、浮子等部件组成。可测得任意时刻液缸内水位变化情况，并输出位移量。

静力水准系统是根据是利用相连的容器中液体总是寻求具有相同势能的水平原理来测量和监测参考点彼此之间的垂直高度的差

异和变化量。如图2-1所示：

设共布设有n个测点，1号点为相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面▽h0间的距离则为：y01、

y02……y0i…y0n (i为测点代号0，1……n)；各测点安装高程与液面间的距离则为h 01、h02、h0i…h0n则有：

y01＋h01＝y02＋h02＝…y0i＋h0i＝…y0n＋h0n (1)

当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面▽h0的变化量为：δhj1、δhj2…δhji…δhjn （j为测次代号，j=1，2，3 ……）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为hj1、hj2、…、hji、…、hjn。由图可得：

（y01＋δhj1）+hj1＝（y02＋δhj2）＋hj2

＝（y0i＋δhji）＋hji

＝（y0n＋δhjn）＋hjn(2)

则j次测量i点相对于基准点1的相对沉陷量hi1

hi1＝δhji－δhj1(3)

由（2）式可得：。

δhj1－δhji＝(y0i＋hji)－(y01＋hj1)

＝(y0i-y01)＋(hji-hj1) (4)

由（1）式可得：

(y0i－y01)＝－(hoi＋h01) (5)

将（5）式代入(4)得：

hi1＝(hji－hj1)－(hoi－h01)(6)

在（6）式中，(hji－hj1)为在第i次测量中j点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量，(hoi－h01) 为在第i次测量中1点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量.

即只要测得任意时刻各测点液位传感器测得的相对于初始观测值的位移量，则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。

影响精力水准系统测量精度的几个因素

影响静力水准系统测量精度的因素有很多，主要包括重力异常、压力和温度几个方面。

3.1重力异常对静力水准系统测量精度的影响

静力水准测量之所以能提供垂直方向上的参照，是因为系统中的液体在平衡时总是处在同一等势面上，而这个等势面是由地球的万有引力场产生的。在一般情况下，人们假设地球是个比较规则的圆球或者椭球体，等势面也就假设成比较规则的形状，但是如果工程测量范围比较大，那范围内等势面就很难决定了，引起这种不规则的因素主要有两种：一种是太阳和月亮的万有引力的作用；另一种是附近巨大物体的万有引力的作用。

通常情况下，静力水准系统测量范围为基坑所对应的地铁线路里程向两侧外延60米，测量范围相对较小，故可以忽略重力异常对静力水准系统测量精度的影响。

3.2压力对静力水准系统测量精度的影响

由于液体极易受到外界的影响而改变它的物理形态，所以压力对静力水准系统的测量精度有着显著地影响。在实际测量时有很多因素能影响到压力的变化，这些变化可以是短暂的，也可以是局部的，也可能在一定时间段内是变化的。比如，由于测量系统所在的现场的人员的走动可能引起局部的压力变化，地铁隧道内通风系统