自动化远程监测系统在地下综合管廊地基沉降中的应用

卢长炯 赵福元 张志伟 卢明奇

摘 要：为克服常规的地基沉降量监测方法易于受外界因素干扰等缺点，满足地下综合管廊监测区间长、数据采集和处理工作量大等工程技术要求，有必要对地下综合管廊地基沉降的自动化远程监测技术展开研究。本案例建立了包括多点位移计、数据采集系统、采集分析软件等组成部分的自动化监测系统，提出了该监测系统的安装实施方法，利用现代化网络通信技术，实现异地远程无线数据的全天候采集和传送，有效地对管廊地基沉降量进行全程检测。通过对监测数据进行处理分析可见：该自动化监测系统在地下综合管廊地基沉降监测中可取得良好的工程应用效果。

关键词：地下综合管廊;地基沉降;自动监测;数据采集系统;位移计

中图分类号：TP29   文献标志码：A     文章编号：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

在施工和運营阶段，准确地监测地下综合管廊的地基沉降量，并对其稳定性进行安全评估具有十分重要的工程意义。常规的地基沉降量监测方法易受气象、环境以及现场施工等外界因素的干扰，难以满足地下综合管廊监测区间长、数据采集和处理工作量大的工程技术要求。因此，有必要对地下综合管廊地基沉降的自动化远程监测技术展开研究。目前，相关研究成果主要有：祁生均[1]基于连通器原理提出了高填方机场路基表层沉降自动化监测方法;丁慧祥[2]对高速铁路路基沉降无线自动化监测预警系统进行了研究，并进行了现场试验;池灯军[3]以邻近既有高速铁路的福州地铁2号线工程为例，实施既有铁路的全自动化监测技术，为保障既有运营铁路的安全运营提供数据依据;刘佳[4]对自动化监测系统在深基坑监测中的运用进行了分析，研究表明，对基坑进行自动化在线监测是预防安全事故发生最有效的手段;李琳[5]对建筑物的地基沉降量进行了远程实时自动监测。但是，上述研究成果主要针对机场、高速铁路路基以及高层建筑的深基坑工程等，对于地下综合管廊结构的地基沉降监测，还未有深入研究。为此，笔者以泸州沱江新城综合管廊工程为依托，利用现代化网络通信技术，建立了自动化监测系统，实现异地远程无线数据的全天候采集和传送，有效地对管廊地基沉降量进行全程检测。

1 工程概况

泸州沱江新城整体综合管廊项目位于四川省泸州市江阳区，康城大道以南、隆叙铁路以西。该工程项目共设计横一线、横三线、横五线以及云峰路共4条综合管廊线路，线路总里程为7 222 m。此工程施工地區为浅丘剥蚀地貌，地形起伏变化极大，最大高差达81 m。为保证高填方地基的安全稳定，须在施工和运营阶段对管廊的地基沉降量进行全程实时监测。

2 自动化监测系统的组成

为实现该工程地下综合管廊全线路地基沉降量监测数据的快速准确采集和传输，设计研发了自动化监测系统。所研发的地基沉降自动化监测系统主要包括：多点位移计、数据采集系统、采集分析软件等。多点位移计如图1所示。数据采集系统是由接收仪和发送仪两大部分组成，具体包括发送模块、GPRS模块、防雷模块、采集模块、数据转换模块、放大模块、电源模块等。数据采集系统集成与采集箱内的情况如图2所示。采集分析软件具有定时测量、数据自动保存、报警、打印、生成曲线等功能。

3 自动化监测系统的安装实施

在自动化监测系统中，采用HC-2200型多点位移计，位移计的安装孔径要求为Φ75～110 mm，孔口扩孔直径为Φ160 mm，深 为400 mm（测头外径为Φ90 mm，安装法兰为Φ150 mm）。孔底平面用混凝土砂浆抹平并待完全凝固。钻孔直径≤Φ90 mm时，需要沿Φ160 mm 孔底面继续扩孔至大于Φ90 mm，以用于安装基座径向定位。钻孔成型后用高压清洁水进行冲洗，确保孔内及周围洁净。安装多点位移计前，应根据实际需要，在进行沉降变形观测处，利用全站仪进行测量以确定观测点位置，选择无雨、雪等天气条件下，进行钻孔预埋安装。

3.1 安装测杆束

按测点数将灌浆锚头组件与不锈钢测杆、测杆接头、测杆保护管密封件、测杆减阻导向接头及测杆定位块等可靠连接固定后集成一束，捆扎可靠，整体置入钻孔中。长测杆（>6 m）可分段置入、孔口连接。施工现场情况如图3所示。

3.2 灌浆锚固

全部测杆完全置入孔中，使测杆束上端面尽量处于同一平面内并距Φ160 mm扩孔底面以下约5 cm，测杆护管比测杆短约15 cm。位置定位可靠后浇注混凝土砂浆至测杆保护管上端面以下约20 cm，凝固后方可撤去约束。浇注混凝土砂浆时要特别注意保护测杆保护管口及测杆端口，避免受到损伤和黏结混凝土砂浆。

3.3 安装测杆基座

先将测杆护管调节段（长度现场调整）及带刺接头插入测杆保护管中，此时全部测杆及保护管的上端应基本处于相同平面内。放入事先连接好的安装基座和PVC传感器定位芯座，将测杆及其护管与定位芯座上的多孔一一对准后落下定位，注意调节基座法兰的底面位置，使测杆不受轴向压力为宜，可用底面加填钢制垫片实现。调节准确后，钻地脚螺栓孔并用地脚螺栓将此组件可靠固定于Φ160 mm孔底面上。

3.4 安装位移传感器

将位移传感器逐一通过PVC定位芯座上对应定位孔与测杆端接头加螺纹胶旋紧固定。如果发现测杆陷得太深而使传感器无法固定时，可以加装仪器预备的加长件。待螺纹胶凝固后，在监测状态下用频率读数仪调节传感器“零点”。按测点数逐一完成上述调节，每支仪器的埋设零点由监测设计者按该测点的“拉压”范围而定。

3.5 安装保护罩

用频率读数仪逐一测出各支传感器并做好记录，若读数全部正常，即可装上保护罩，此时保护罩的电缆出口处已装好橡胶保护套。将全部测点传感器的信号电缆集成一束，从橡胶保护套中由内向外穿出。安装保护罩时，可在保护罩的M90×1.5外螺纹上涂以适量螺纹胶。连接可靠后，整理电缆，再逐一检测各仪器的读数是否正常。

3.6 接长电缆

现场接长电缆处须具备交流电源。仪器电缆与接长电缆须用锡焊连接芯线，但不能使用酸性助焊剂，芯线外层及电缆表层护套上均应使用热缩套管包裹可靠。全部电缆连接工作完成后，再用读数仪检测一遍各仪器的读数是否正常。安装基座及传感器组件可用混凝土砂浆包裹整齐。位移计的安装工作即告完成。

3.7 测杆长度的调节

正常情况下，HC-2200型多点位移计的供货状态是预装配好的，每根测杆长度是根据用户提供的测点位置而准确截断的。但是如有意外情况发生的活，需要改变锚头位置，必须调节测杆长度。此工作的进行只在锚固前有效。减短测杆时需要调节测杆长度的测点处，从倒刺接头上拆下测杆护管，将管截断至需要长度，抽出测杆直至保护管可以重新连接到倒刺接头上并重新加箍。加长测杆时拆下传感器与测杆的连接头，加装预备好的加长测杆。加装适当长度的保护管及接头并重新整理测杆至合理状态。将保护管重新连接到倒刺接头上并加箍[6]。

4 监测数据分析

监测数据采用自动化不间断采集，数据量较大，需要对监测数据进行整理分析。由图4可见，地下综合管廊地基沉降量在初期都先经历一个不断增大的过程，之后沉降量趋于稳定，深度1 m处最终沉降值为-10.5 mm，深度3 m处最终沉降值为-4.0 mm，深度6 m处最终沉降值为-1.1 mm，均在准许的沉降值范围内。这表明监测深度较小的测点处，其最终沉降值较大，监测深度较大的测点处，其最终沉降值较小。经过两个月的沉降固结期，地下综合管廊地基的沉降过程基本结束，处于稳定状态，上述数据同时也验证了自动化监测系统在地下综合管廊工程地基沉降监测中的适用性，证明其具有良好的工程应用效果。

5 结论

对地下综合管廊地基沉降的自动化远程监测技术进行了研究，设计了包含多点位移计、数据采集系统、采集分析软件等组成的自动化监测系统，提出了具体实现该系统的施工实施方案，并将其应用于实际工程项目中。通过对监测数据进行处理分析可见：监测深度较小的测点处，其最终沉降值较大，监测深度较大的测点处，其最终沉降值较小。经过两个月的沉降固结期，地下综合管廊地基的沉降过程基本结束，处于稳定状态。该自动化监测系统在地下综合管廊地基沉降监测中可取得良好的工程应用效果。

参考文献：

[1] 祁生钧.高填方机场大面积表层沉降自动化监测方法研究[D].北京：北京航空航天大学，2015.

[2] 丁惠祥.高速铁路路基沉降无线自动化监测预警系统研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2016.

[3] 池灯军.邻近既有高速铁路施工全自动监测技术分析[J].工程技术研究，2019（24）：19-20，206.

[4] 刘佳.自动化监测系统在深基坑监测中的运用[J].工程技术研究，2021（49）：173-175.

[5] 李林.建筑深基坑监测工程分析与探讨[J].福建建设科技，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.