自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降中的應(yīng)用

盧長(zhǎng)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(cè)方法易于受外界因素干擾等缺點(diǎn)，滿足地下綜合管廊監(jiān)測(cè)區(qū)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集和處理工作量大等工程技術(shù)要求，有必要對(duì)地下綜合管廊地基沉降的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)展開研究。本案例建立了包括多點(diǎn)位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等組成部分的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝實(shí)施方法，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)的全天候采集和傳送，有效地對(duì)管廊地基沉降量進(jìn)行全程檢測(cè)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析可見：該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降監(jiān)測(cè)中可取得良好的工程應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：地下綜合管廊;地基沉降;自動(dòng)監(jiān)測(cè);數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);位移計(jì)

中圖分類號(hào)：TP29 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：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(yùn)營(yíng)階段，準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)地下綜合管廊的地基沉降量，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行安全評(píng)估具有十分重要的工程意義。常規(guī)的地基沉降量監(jiān)測(cè)方法易受氣象、環(huán)境以及現(xiàn)場(chǎng)施工等外界因素的干擾，難以滿足地下綜合管廊監(jiān)測(cè)區(qū)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集和處理工作量大的工程技術(shù)要求。因此，有必要對(duì)地下綜合管廊地基沉降的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)展開研究。目前，相關(guān)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(jī)場(chǎng)路基表層沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法;丁慧祥[2]對(duì)高速鐵路路基沉降無線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn);池?zé)糗奫3]以鄰近既有高速鐵路的福州地鐵2號(hào)線工程為例，實(shí)施既有鐵路的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，為保障既有運(yùn)營(yíng)鐵路的安全運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)依據(jù);劉佳[4]對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用進(jìn)行了分析，研究表明，對(duì)基坑進(jìn)行自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)是預(yù)防安全事故發(fā)生最有效的手段;李琳[5]對(duì)建筑物的地基沉降量進(jìn)行了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。但是，上述研究成果主要針對(duì)機(jī)場(chǎng)、高速鐵路路基以及高層建筑的深基坑工程等，對(duì)于地下綜合管廊結(jié)構(gòu)的地基沉降監(jiān)測(cè)，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(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，建立了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)的全天候采集和傳送，有效地對(duì)管廊地基沉降量進(jìn)行全程檢測(cè)。

1 工程概況

瀘州沱江新城整體綜合管廊項(xiàng)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(xiàng)目共設(shè)計(jì)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(dá)81 m。為保證高填方地基的安全穩(wěn)定，須在施工和運(yùn)營(yíng)階段對(duì)管廊的地基沉降量進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

為實(shí)現(xiàn)該工程地下綜合管廊全線路地基沉降量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確采集和傳輸，設(shè)計(jì)研發(fā)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。所研發(fā)的地基沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括：多點(diǎn)位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等。多點(diǎn)位移計(jì)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(zhuǎn)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(nèi)的情況如圖2所示。采集分析軟件具有定時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)自動(dòng)保存、報(bào)警、打印、生成曲線等功能。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝實(shí)施

在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，采用HC-2200型多點(diǎn)位移計(jì)，位移計(jì)的安裝孔徑要求為Φ75～110 mm，孔口擴(kuò)孔直徑為Φ160 mm，深 為400 mm（測(cè)頭外徑為Φ90 mm，安裝法蘭為Φ150 mm）。孔底平面用混凝土砂漿抹平并待完全凝固。鉆孔直徑≤Φ90 mm時(shí)，需要沿Φ160 mm 孔底面繼續(xù)擴(kuò)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(jìn)行沖洗，確保孔內(nèi)及周圍潔凈。安裝多點(diǎn)位移計(jì)前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，在進(jìn)行沉降變形觀測(cè)處，利用全站儀進(jìn)行測(cè)量以確定觀測(cè)點(diǎn)位置，選擇無雨、雪等天氣條件下，進(jìn)行鉆孔預(yù)埋安裝。

3.1 安裝測(cè)桿束

按測(cè)點(diǎn)數(shù)將灌漿錨頭組件與不銹鋼測(cè)桿、測(cè)桿接頭、測(cè)桿保護(hù)管密封件、測(cè)桿減阻導(dǎo)向接頭及測(cè)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(zhǎng)測(cè)桿（>6 m）可分段置入、孔口連接。施工現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3所示。

3.2 灌漿錨固

全部測(cè)桿完全置入孔中，使測(cè)桿束上端面盡量處于同一平面內(nèi)并距Φ160 mm擴(kuò)孔底面以下約5 cm，測(cè)桿護(hù)管比測(cè)桿短約15 cm。位置定位可靠后澆注混凝土砂漿至測(cè)桿保護(hù)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(shí)要特別注意保護(hù)測(cè)桿保護(hù)管口及測(cè)桿端口，避免受到損傷和黏結(jié)混凝土砂漿。

3.3 安裝測(cè)桿基座

先將測(cè)桿護(hù)管調(diào)節(jié)段（長(zhǎng)度現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整）及帶刺接頭插入測(cè)桿保護(hù)管中，此時(shí)全部測(cè)桿及保護(hù)管的上端應(yīng)基本處于相同平面內(nèi)。放入事先連接好的安裝基座和PVC傳感器定位芯座，將測(cè)桿及其護(hù)管與定位芯座上的多孔一一對(duì)準(zhǔn)后落下定位，注意調(diào)節(jié)基座法蘭的底面位置，使測(cè)桿不受軸向壓力為宜，可用底面加填鋼制墊片實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)定位孔與測(cè)桿端接頭加螺紋膠旋緊固定。如果發(fā)現(xiàn)測(cè)桿陷得太深而使傳感器無法固定時(shí)，可以加裝儀器預(yù)備的加長(zhǎng)件。待螺紋膠凝固后，在監(jiān)測(cè)狀態(tài)下用頻率讀數(shù)儀調(diào)節(jié)傳感器“零點(diǎn)”。按測(cè)點(diǎn)數(shù)逐一完成上述調(diào)節(jié)，每支儀器的埋設(shè)零點(diǎn)由監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)者按該測(cè)點(diǎn)的“拉壓”范圍而定。

3.5 安裝保護(hù)罩

用頻率讀數(shù)儀逐一測(cè)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(hù)罩，此時(shí)保護(hù)罩的電纜出口處已裝好橡膠保護(hù)套。將全部測(cè)點(diǎn)傳感器的信號(hào)電纜集成一束，從橡膠保護(hù)套中由內(nèi)向外穿出。安裝保護(hù)罩時(shí)，可在保護(hù)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(cè)各儀器的讀數(shù)是否正常。

3.6 接長(zhǎng)電纜

現(xiàn)場(chǎng)接長(zhǎng)電纜處須具備交流電源。儀器電纜與接長(zhǎng)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(hù)套上均應(yīng)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(cè)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(jì)的安裝工作即告完成。

3.7 測(cè)桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)

正常情況下，HC-2200型多點(diǎn)位移計(jì)的供貨狀態(tài)是預(yù)裝配好的，每根測(cè)桿長(zhǎng)度是根據(jù)用戶提供的測(cè)點(diǎn)位置而準(zhǔn)確截?cái)嗟摹５侨缬幸馔馇闆r發(fā)生的活，需要改變錨頭位置，必須調(diào)節(jié)測(cè)桿長(zhǎng)度。此工作的進(jìn)行只在錨固前有效。減短測(cè)桿時(shí)需要調(diào)節(jié)測(cè)桿長(zhǎng)度的測(cè)點(diǎn)處，從倒刺接頭上拆下測(cè)桿護(hù)管，將管截?cái)嘀列枰L(zhǎng)度，抽出測(cè)桿直至保護(hù)管可以重新連接到倒刺接頭上并重新加箍。加長(zhǎng)測(cè)桿時(shí)拆下傳感器與測(cè)桿的連接頭，加裝預(yù)備好的加長(zhǎng)測(cè)桿。加裝適當(dāng)長(zhǎng)度的保護(hù)管及接頭并重新整理測(cè)桿至合理狀態(tài)。將保護(hù)管重新連接到倒刺接頭上并加箍[6]。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用自動(dòng)化不間斷采集，數(shù)據(jù)量較大，需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jīng)歷一個(gè)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(zhǔn)許的沉降值范圍內(nèi)。這表明監(jiān)測(cè)深度較小的測(cè)點(diǎn)處，其最終沉降值較大，監(jiān)測(cè)深度較大的測(cè)點(diǎn)處，其最終沉降值較小。經(jīng)過兩個(gè)月的沉降固結(jié)期，地下綜合管廊地基的沉降過程基本結(jié)束，處于穩(wěn)定狀態(tài)，上述數(shù)據(jù)同時(shí)也驗(yàn)證了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地下綜合管廊工程地基沉降監(jiān)測(cè)中的適用性，證明其具有良好的工程應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

對(duì)地下綜合管廊地基沉降的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了包含多點(diǎn)位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采集分析軟件等組成的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了具體實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的施工實(shí)施方案，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析可見：監(jiān)測(cè)深度較小的測(cè)點(diǎn)處，其最終沉降值較大，監(jiān)測(cè)深度較大的測(cè)點(diǎn)處，其最終沉降值較小。經(jīng)過兩個(gè)月的沉降固結(jié)期，地下綜合管廊地基的沉降過程基本結(jié)束，處于穩(wěn)定狀態(tài)。該自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地下綜合管廊地基沉降監(jiān)測(cè)中可取得良好的工程應(yīng)用效果。

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