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标题: 压差式静力水准仪技术详解 [打印本页]

作者: 阿瑞 时间: 昨天 09:02
标题: 压差式静力水准仪技术详解
一、设备原理
压差式静力水准仪是一种基于连通器原理的精密测量仪器，通过测量若干个相互联通的安装于被测量点的储液罐液面高度与测量基点（不动点）液罐液面高度的相对变化，反推出各个测点位置相对基准点的沉降变化量。其工作原理基于帕斯卡原理，即液体压力的变化可以传递到整个系统中的任何一点。

连通器原理
连通器原理是指，当两个容器通过一根U型管相连，并且两端开口与大气相通时，注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，最终会保持在同一个水平面。基于这一原理，当测点位置发生沉降时，与之相连的液体的高度会发生变化，从而可以测量出沉降量。

压差测量
压差式静力水准仪利用压力传感器测量液体压力的变化量，再将这个变化量除以液体的密度和重力加速度，得到液位的变化量，从而计算出沉降值。这种方法的优势在于，压力传感器测量出的压力仅与整个系统中液面的最高位置有关，因此体积可以做得非常小，便于安装使用。

系统组成
压差式静力水准系统通常包含压差式静力水准仪、储液罐、底板、管接头、干燥管、通气管、通液管、接长管接头、生胶带等部件。其中，储液罐用于存储测量所需的液体，通气管用于保持系统内部气压一致，通液管则用于连接各个测点的静力水准仪。

二、安装方法
压差式静力水准仪的安装需要按照一定的步骤进行，包括准备阶段、安装附件、连接管道和调试系统等多个环节。

准备阶段
在正式安装之前，需要收集文件资料，清点数量，分类摆放以便安装。同时，根据用户要求选配安装附件，检查核对是否有误。安装附件分为测墩安装附件和墙面安装附件两类，出厂配货时会根据用户需求进行选配。

安装附件
预埋底板组件包括钢底板和三根不锈钢螺杆。在建立静力水准测点仪器墩时，需要将预埋底板组件埋入仪器墩的混凝土中，预埋底板面应与仪器墩混凝土面平，插入预埋底板组件后用水平尺找平，保持三根定位螺杆与仪器墩面垂直。如果有些场合不便或不需要建混凝土仪器墩（如廊道内墙上安装），可以采用角钢制作的悬臂式三角支架与被测点位刚性耦合。

连接管道
采用PU管将各个压差式静力水准仪串联起来，最后连接到两个储液罐。储液罐安装的位置根据量程要略高于传感器，一般处于传感器上方约1/2~2/3处量程处。按各测点之间的管线路径长度顺序铺放连通管，并与各传感器接起来，连通管材料为透明PU软管。管路铺放时注意理顺拉直，中间尽量不让管路走弯道，保证压力能快速传递。

加液与排气
静力水准仪之间的连通管需计算好最佳长度，防止沉降发生时，液位管长度不够，导致液位管与储液罐连接处出现松动，发生漏液现象。连通管内液体工作介质采用蒸馏水配甲醛溶液，达到防腐效果。如果设备在低于零下环境中工作，则应按当地工作环境下的最低温度配入相应标号的防冻液。加液前应用酒精浸泡、清洗液位管和储液罐。加液时应注意缓慢加入，不间断，压力足够大。不断观察系统内的液位高度，当液位达到储液罐标线时停止充液。静力水准仪自带排气阀，当液位管里出现气泡时，可摁住排气阀，将气泡排出。

通气与保温
通气的作用是使所有液面压力保持一致，整个气压平衡系统应相互连通并仅在一端（两端选其一）与大气相通。静力水准系统一端储液罐的气管采用三通与干燥管连接，另一端用直角弯通连接。在户外使用时，需要使用保温材料对管道及传感器进行保温，防止温差过大导致测量误差增大。保温材料可以选择常见的冬季自来水管防冻保温泡沫管。

三、注意事项
在安装和使用压差式静力水准仪时，需要注意以下几个方面，以确保系统的准确性和稳定性。

选定基准点位置
基准点应选择在不易产生沉降和不易受干扰等相对稳定的位置。基准点的稳定性对于整个测量系统的准确性至关重要。因此，在安装基准点时，需要进行详细的现场勘查，确保所选位置符合要求。

加水与气管保护
加水时应避免水流入气管，气管的起点和终点位置需要做好防雨保护措施。水流入气管会导致系统内部气压变化，从而影响测量结果的准确性。同时，气管的防雨保护也可以延长系统的使用寿命。

系统检查与供电
系统连接完毕后，先检查线缆的供电和通讯是否正常。线路正常后再给系统上电。在系统运行过程中，需要定期检查线缆的供电和通讯状态，确保系统能够正常运行。如果发现线缆损坏或供电不足等问题，需要及时进行处理。

液位与漏水检查
监测期间需要定期排查储液罐内的液位、是否有漏水、人为破坏等影响系统正常运行的因素。液位的稳定是测量准确性的基础，而漏水等问题则可能导致系统失效。因此，需要定期对系统进行巡检和维护，确保系统的正常运行。

施工保护
被测结构物周边有施工时，静力水准仪需加保护罩，并做一些警示标志。施工活动可能会对测量系统造成干扰或损坏，因此需要采取相应的保护措施。保护罩可以起到一定的防护作用，而警示标志则可以提醒施工人员注意保护测量系统。

故障排查
当整套系统中各测点都没有数据时，应先排查系统供电和网关内流量卡的流量；如果是个别测点的水准仪没数据时，可先直接排查该测点的静力水准仪是否完好。故障排查是确保系统正常运行的重要环节，需要及时准确地找出问题所在并进行处理。

管道长度与保温
管道长度不宜过长，一般不超过300米，且线路尽量平直。如果管道过长或拐弯过多，会导致水流阻力增大，液位平稳时间较长，影响测量准确性。同时，在户外使用时，需要对管道进行保温处理，防止温度变化导致测量误差增大。保温材料可以选择常见的冬季自来水管防冻保温泡沫管。

液体选择与加液
静力水准仪一般使用水作为介质，但在气温低于0°时，水会结冰膨胀，导致系统失效。因此，在低温环境下需要使用防冻液来代替水。防冻液还可以起到避免水中微生物滋长的作用。加液时需要注意缓慢加入，不间断，压力足够大，并观察系统内的液位高度，当液位达到储液罐标线时停止充液。

气压平衡与排气
通气的作用是使所有液面压力保持一致，整个气压平衡系统应相互连通并仅在一端（两端选其一）与大气相通。在加液过程中需要注意排气，确保系统内没有气泡。如果液位管里出现气泡，可以摁住排气阀将气泡排出。

设备保护与维护
压差式静力水准仪需要定期进行维护和保养，包括清洗液位管和储液罐、检查线缆和接头等。同时，在使用过程中需要注意保护设备免受损坏，避免人为破坏和恶劣环境对设备的影响。如果发现设备出现故障或损坏，需要及时进行处理和更换。

四、应用领域
压差式静力水准仪广泛应用于各种结构物的沉降监测领域，包括轨道交通路基沉降监测、地铁支撑墙沉降监测、隧道上部山体及建筑物沉降监测、高速公路路基和边坡沉降监测、桥墩和基坑沉降监测、核电站和大型水电站沉降监测、大坝及水利枢纽和高层建筑的基础沉降监测等。

这些应用领域的共同特点是，需要对结构物的沉降进行长期、稳定、精确的监测。压差式静力水准仪以其高精度、高稳定性和可靠性，在这些领域中发挥着重要作用。

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