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本工程選用電水平尺的尺身長3m，用錨栓安裝在道床（結(jié)構物）上，接著將傾角傳感器調(diào)零，并鎖定在該位置。道床（結(jié)構物）的沉降會改變梁的傾角，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比例的電壓信號。將尺鏈上各個電解質(zhì)傾斜傳感器的輸出信號接到一臺CR10X型數(shù)據(jù)自動采集器上，就可以按設定的時間間隔（可調(diào)整的范圍為幾s到幾h）對所有接入的傳感器進行一次采樣讀數(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，通過電纜直接把采集器中的數(shù)據(jù)輸送到計算機中，在計算機內(nèi)按預先設定的程序?qū)㈦妷盒盘枔Q算成傾角角度，再根據(jù)尺體的長度L計算出沉降量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)的實時沉降曲線，電水平尺監(jiān)測沉降工作原理如圖2所示。

1單尺傾斜計算

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

高程計算（考慮尺鏈傳遞）假設由n個電水平尺組成尺鏈，且1號尺起端為計算基準點，另一端為高程測試點，其他尺寸同樣表示，則該電水平尺鏈上各測點高程的計算公式為Hn＝B＋T1L＋T2L＋T3L＋……＋TnL。式中：Hn為第n個電水平尺的測點高程，mm；B為基準點高程，mm；Tn為第n個電水平尺的計算傾斜值，mm／m；L為單個電水平尺的長度，m。起算基準根據(jù)傳感器的設計情況進行相應選擇。

2自動系統(tǒng)設計

使用與ELbeam傾斜傳感器配套的CR10X數(shù)字自動記錄儀實現(xiàn)自動化。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。獨立的一個數(shù)據(jù)記錄裝置可以讀取小范圍內(nèi)的很多支傳感器，電信號的傳輸會隨著傳輸電纜長度的增長而呈非線性衰減，采取配置信號放大器、防雷濾波器減少隧道內(nèi)因電纜過長而導致的信號衰減以及列車駛過時造成的信號干擾，系統(tǒng)組成見圖3。

3系統(tǒng)特點

1）高分辨率。電水平尺的最小量程為1″，根據(jù)L（sinθ1－sinθ0），在1m長的梁兩端可以檢測到0005mm的豎直位移變化。2）可靠的測量數(shù)據(jù)。當電水平尺梁的長度確定后，其傾角的變化量可以精確地換算成梁兩端的沉降位移量，并將多個梁首尾相連，能夠計算出各端點的絕對位移量，與當?shù)馗叱滔到y(tǒng)聯(lián)測一個梁端點的高程，可以得出所有梁端點的絕對高程。3）安裝簡單。電水平尺安裝無須復雜的工具，且梁的長度可以根據(jù)現(xiàn)場施工條件靈活變化，不受外界條件限制。4）數(shù)據(jù)自動傳輸。通過有效的電纜可以把實時采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺R10X，并由電腦實時查看原始數(shù)據(jù)，一目了然。5）遠程監(jiān)控。通過自動化處理軟件對采集到的電信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀的沉降數(shù)值量，并通過現(xiàn)有通信技術實現(xiàn)定期發(fā)送SMS短信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控［10］。

4應用實例

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)，主要由地鐵廣場樓、住院大樓、辦公樓組成，基坑與地鐵車站站臺邊線的距離為13～25m。施工場地位于南京河西地區(qū)，場地地貌單元屬于長江漫灘之上，中勝站及地鐵線路所屬區(qū)間場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)測目的明基醫(yī)院施工屬于中勝站地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)，為確保地鐵的運營安全，需布設測點進行監(jiān)測。

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

4．4監(jiān)測點的布置根據(jù)現(xiàn)場測量，明基醫(yī)院基坑與站臺邊線的最近距離約為13m，基坑最大開挖深度低于地鐵隧道底標高約8m。為了保證地鐵隧道的安全，選取明基醫(yī)院地鐵廣場樓側(cè)地鐵隧道作為監(jiān)測段，選用成熟可靠的sinco監(jiān)測設備和軟件，建立自動化監(jiān)測系統(tǒng)。選用35支3m長的電水平尺，首尾串聯(lián)構成約100m長的監(jiān)測尺鏈線，緊貼地面安裝在軌道的道床上，將CR10X數(shù)據(jù)自動采集器就近安置在隧道側(cè)壁上，同時，在中勝站站臺上設主控計算機對監(jiān)測段地鐵隧道現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行自動采集、存儲、處理及傳輸。電水平尺、人工監(jiān)測點位置與最近地鐵軌線的水平距離為02～03m。在地鐵隧道與車站間的結(jié)構縫兩側(cè)約1m處的道床上布設1對沉降監(jiān)測點（如圖3所示），用于結(jié)構差異沉降監(jiān)測。

4．5電水平尺監(jiān)測系統(tǒng)組成

4．5．1硬件要求

4．5．2軟件要求1套實時數(shù)據(jù)控制軟件Logger－Net，1套電水平尺自動化處理軟件，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)測基準點的確定根據(jù)基坑開挖對地鐵的影響范圍，選取在影響范圍外的一支梁的端點作為本次監(jiān)測的基準點，并與二等水準基點聯(lián)測，檢測基準點的穩(wěn)定性。電水平尺基準點應與人工水準測量點共用，由人工從車站內(nèi)穩(wěn)定基點引測到電水平尺基點，其基點高程變化應與水平尺監(jiān)測數(shù)據(jù)進行修正。

4．5．4初始值的測定系統(tǒng)調(diào)試完畢后，選擇運行后第1天的24個周期的平均值作為本次監(jiān)測的初始值，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、日變化量和累計變化量。電水平尺自動化監(jiān)測系統(tǒng)每1h對監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、處理一次，定期用二等水準點進行人工復核，同時，定期對地鐵隧道與車站間的結(jié)構縫差異沉降進行監(jiān)測。

4．5．6報警設定地鐵隧道的最大沉降值應≤10mm，報警值為最大值的1／3，警戒值為最大值的2／3。操作人員可以通過控制軟件的界面對數(shù)據(jù)采集器進行采集間隔時間等工作參數(shù)的設定或修改，一旦采集到的數(shù)據(jù)達到或超過預先設定的報警值，計算機就會以色彩和音響的方式發(fā)出報警信息，自動通過手機短信向有關單位報警。地鐵隧道與車站間的結(jié)構縫差異沉降＞±3mm時預警，＞±5mm時報警。

4．5．7數(shù)據(jù)分析比較

4．5．7．1明基醫(yī)院基坑開挖各階段數(shù)據(jù)比較選取4個時間點對8個典型監(jiān)測點進行沉降值比較。由于845點位于變形區(qū)10m外，受施工降水影響，沉降不明顯，而850，855，860，8704點位于基坑一側(cè)，土體開挖時有較大沉降。其中，2006年7月15日，地鐵保護區(qū)內(nèi)的明基醫(yī)院基坑開挖到底部時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地鐵運營和停運對自動監(jiān)測的影響地鐵運行時，列車震動和隧道內(nèi)空氣濕度均會對電解質(zhì)傳感器造成一定影響，系統(tǒng)在整個施工期間，每天的變化量對運營和停運分析沒有可比性，而提取其中的某一時段作為列車停運與運營對該系統(tǒng)的影響分析則具有一定的可比性。每天00：00至06：00作為地鐵停運期，其他時段作為地鐵運營期，平均后分析比較，列車運行期間與停運期間各點差值很小，最大為0092mm，最小為－0002mm，總體趨于平緩，列車運行和停運對自動監(jiān)測的影響。

4．5．7．3人工監(jiān)測與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)比較按照二等水準技術標準布置Y6～Y12監(jiān)測點，采用人工進行沉降監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次／d，監(jiān)測時間為每天00：00至03：00。自2006年7月5日采集初始數(shù)據(jù)后開始正式運行自動化監(jiān)測系統(tǒng)，1．5個月后將人工監(jiān)測的數(shù)據(jù)累計值與自動監(jiān)測的累計值進行比較，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，同時也證實了自動化監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測累計變化量比較如表2和圖9所示。

4．5．7．4地鐵隧道與車站間結(jié)構縫的差異沉降在地鐵隧道與車站間的結(jié)構縫兩側(cè)約1m處的道床上布設1對沉降監(jiān)測點（如圖3所示），定期或根據(jù)監(jiān)測結(jié)果用精密水準測量方法監(jiān)測2點間的高差變化，確保基準網(wǎng)的正確。

5結(jié)論與討論

1）在確保地鐵隧道正常運營的情況下，使用電水平尺自動化監(jiān)測系統(tǒng)是可行的。電水平尺是一套集數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、報表自動生成等為一體的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r提供監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測曲線，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)測設備和軟件時，其監(jiān)測精度可達到0005mm。本工程中，自動化監(jiān)測與人工測量的差值在±03mm，當明基醫(yī)院基坑開挖到底部時，地鐵隧道的最大沉降值為70mm。3）電水平尺自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動記錄監(jiān)測過程，節(jié)約大量的人力、物力和財力，并能保證人員的安全。一旦采集到的數(shù)據(jù)達到或超過預先設定的報警值，系統(tǒng)可以自動向相關單位報警。在地鐵保護區(qū)內(nèi)動土施工時，僅僅對地鐵隧道進行沉降監(jiān)測是遠遠不夠的，還需要結(jié)合其他方法對地鐵隧道的水平變形、扭轉(zhuǎn)等進行監(jiān)測，從而達到全方位監(jiān)測的目的。監(jiān)測過程中通常采用附合水準線路，應加強對監(jiān)測基準網(wǎng)的復測和對點的穩(wěn)定性檢驗，特別是要重點關注地鐵隧道與車站間結(jié)構縫兩側(cè)的差異沉降情況，從而避免附合水準路線的閉合差超限。

作者：趙太東單位：中鐵隧道股份有限公司