监测背景 由于城市化进程的迅猛推进和基础设施建设的迅速扩张，土地沉降问题日益严重，常规监测技术和人工采集数据的方法，不仅监测范围小、工作量大、效率低和投入高，且有限的测点难以反映目标系统的整体情况，存在漏检的弊端。为有效预警地质灾害、保障工程安全，沉降自动化监测技术正逐步成为现代城市建设和工程管理不可或缺的重要组成部分。 监测目的 实时监测地面或结构的沉降情况，及时发现异常沉降。 评估沉降对工程设施的影响，为工程设计和维护提供依据。 预警潜在的安全隐患，确保工程设施的安全运行。 支持城市规划与土地利用以及推动技术进步与行业发展。 设计依据 《建筑基坑工程监测技术规范》 GB50497-2009 《国家一、二等水准测量规范》 GB/T12897-2006 《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011 《建筑变形测量规范》 JGJ 8-2016 《工程测量规范》 GB50026-2007 应用场景 静力水准仪可广泛应用于多个领域，包括桥梁动静扰度、隧道、管廊、路基、地铁、深基坑、大坝、大型建筑物、高层建筑、核电站、水电站、基础设施、矿山与地质工程等结构物的沉降自动化监测。通过实时监测地面或结构的沉降情况，静力水准仪能够及时发现异常沉降，评估其对工程设施的影响，为工程设计和维护提供科学依据，并预警潜在的安全隐患，确保工程设施的安全运行。 系统原理及架构 压差式静力水准仪沉降监测系统的基本原理是利用连通液面原理，当监测点发生沉降时，其液位会相对基准点下降，从而引起压力差的变化。通过测量这种压力差的变化量，即可精确计算出监测点的沉降量。 沉降自动化监测系统主要由静力水准仪（基准点、测点）、储液罐、液管、气管、485总线、采集网关、安锐测控云平台等部分组成，其系统连接如下图。 ① 静力水准仪（基准点、测点）：静力水准仪是测量两点间或多点间相对高程变化的精密传感器。基准点：作为整个监测系统的参考点，通常选择不易产生沉降和不易受干扰的相对稳定位置，以保证测量数据的准确性。测点：分布在需要监测沉降的建筑物或结构物的关键位置，用于实时测量并传输沉降数据。 ② 储液罐：储存防冻液或液体，给静力水准仪提供了一个稳定的液位压力基准，实现多个传感器压力连通。 ③ 液管：用于连接各个静力水准仪，形成一个连通的系统。当某个测点发生沉降时，液管内的液体会流动，使得各个静力水准仪的液位发生相应变化，从而实现多点沉降的连续监测。 ④ 气管：用于平衡静力水准仪与储液罐的压力、密封气体，保护气压不受影响。 ⑤ 485总线：用于连接各个测点的静力水准仪和采集网关，实现数据的可靠传输。 ⑥ 采集网关：负责接收来自各个测点静力水准仪的沉降数据，并将其解析后通过无线网络（如4G）传输到云平台。 ⑦ 安锐测控云平台：用于接收、存储、分析和展示沉降自动化监测系统传输的数据。云平台可以实时监测采集到的数据，并根据预设的阈值进行报警和通知。同时，云平台还可以对数据进行分析和可视化处理，帮助用户更好地理解和分析沉降情况。此外，云平台还提供了远程监控和控制功能，用户可以通过云平台实时查看设备状态、调整参数和发送控制命令等。 系统特点介绍 ①自动化监测：7*24小时不间断地进行数据采集，实时在线监测结构物的沉降数据，并通过4G网络将数据传输至安锐云平台，用户可通过手机端或电脑端随时掌握监测点的变化情况，及时发现并处理潜在问题，保障结构物的安全。 ②超限实时预警：监测数据超过设定的预警值时，系统自动触发平台弹窗预警，同时发送预警短信到相关设定的负责人，还输出控制指令进行联动控制，例如相机抓拍、现场声光预警、开关电磁阀以及升降千斤顶等等。 ③高精度：采用高精度数字敏感元件和24位MCU全数字电路设计，数据精度高达0.1%FS，采集频率最高可达1秒/次。 ④量程大：可选择1000mm/2000mm/4000mm多种量程，足以满足绝大部分不同高差的项目需求，无需人工抄平及转点设置。 ⑤温度补偿：MCU内自带温度补偿算法，可以消除或减小温度变化对测量精度的影响，确保在不同环境温度下仍能获得准确的高程变化数据。 ⑥安装快捷：采用不锈钢高压快速自锁插头，无需扳手快速装卸，安装便捷高效。 ⑦多传感器接入：支持接入多类型传感器，如动力水准仪、倾角传感器、节段式位移计等，能够实现对多个监测点的同步监测，还可对接其他第三方平台。 产品参数 实施方案 8.1 现场勘查与测点方案 首先对监测区域进行现场勘查，了解地质条件、环境条件等，了解现场基本情况，制定相关实施方案。 ①定基点：找出相对不易产生沉降、不易受干扰、地质条件较好的地方，最好是混凝土硬化过的地面，在这个相对稳定位置安装基准点以及储液罐，了解现场容易产生沉降的点位或最不利荷载位置。 ②定高程：大致测量现场的地形高差或参考设计图纸了解结构找坡的比例，获取监测系统的高差，因为不同高差需应用不同量程的静力水准仪，不同量程的静力水准仪的精度有所不同，一般量程越大精度越低。所以需要根据实际场地高差，综合现场高差与精度要求选择合适的量程。注意安装的高差不能超过量程，例如附图为1米量程的静力水准仪，实际储液罐液位与最低处静力水准仪的安装高差要≤1米，否则过大的水压可能会把静力水准仪的压力芯体弄坏。 ③定距离：确定要监测的距离以及范围，一般485总线四线制的传输距离为300~400米，超过这个距离的测点可能就要用另外一套系统。若想用一套系统监测800米左右距离，可选择安锐自研的两芯线缆技术，实测监测距离达到1公里，可接入200多台静力水准仪。 ④定测点：测点布设一般设计院提供，他们会综合设计文件、地质勘察文件、抗震防护等级以及结构受力计算将测点布设在结构的关键位置。若设计院无相关建议的话，可根据上面的勘察结果和监测需求制定测点布设，一般都布设在结构受力的最不利位置，例如桥梁跨中、1/3部位等，若为地面无要求，则可以按沉降监测20米左右布一个监测点，若考虑结构安全性，预算较为充足，想得到更全面的监测数据，可增加测点至10米一个点，甚至5米一个点。 ⑤定供电：确定现场有无市电，有市电拉到配电箱即可，无市电场景需要太阳能供电，静力水准仪的工作电压为12V，工作电流为16mA。同时根据现场有无树木或者房屋遮挡太阳等，再结合项目所需的采样频率，确定太阳能板的规格以及电池容量，以保证满足现场的监测需求。 ⑥定版本：一般有三个版本，静力水准仪、静力水准倾角仪、动力水准仪，需要先勘察现场的有无大型机械作业、有无大型列车或车辆运行、是否是项目施工过程中监测等，这些场景容易产生振动，引起压力芯体产生惯性压力，导致静力水准仪产生较大的波动数据，建议这些场景采用我司自研的动力水准仪进行沉降监测，过滤动态数据。 8.2 设备安装步骤 ①按照设计方案测点布设，摆放通讯线缆、液管、气管到对应位置。 ②安装储液罐。 ③摆放水准仪，通讯线缆、液管、气管和水准仪连通，距离储液罐最近的水准仪的液孔和气孔的一端分别连接至储液罐的液孔和气孔。 ④连接通讯线缆，检查通讯线缆连接正确性，系统上电，读取数值（未灌液压力值接近零值异常设备显示空）。 ⑤数值读取正常后，系统断电。开始往储液罐中灌液。灌液流速要大于液管的流速，否则液管中进入空气，就会形成气泡，此时就需要一直灌液直到该气泡从最后一个水准仪排出。按液体流经的顺序，对水准仪进行排气操作，使用4#内六角扳手，拧松排气孔处的螺丝观察是否有气泡和液体一起排出，当排出的液体中没有气泡，表示排气完成，拧紧螺丝。每个测点和基准点都需要进行排气操作。排气泡时排气孔应朝上。 ⑥检查和确认整个液管管路中是否还存在气泡，如无气泡，则使用堵头堵住最后一个水准仪的液孔。如有气泡，继续往储液罐中加液体，直至气泡排出。完成以上步骤后，将最后一个水准仪的气孔和液孔使用堵头堵住，固定锁紧水准仪。（建议在储液罐液面滴上几滴硅油进行密封，防止水蒸发以及隔绝氧气防止微生物繁殖） ⑦接上12V电源，有市电的话可直接将线缆连接到安锐控制柜进行供电，若无市电，我司可提供配套的太阳能电源板对静力水准仪进行供电，也可自行采购太阳能电源板，但要注意采购相同的供电规格型号，确保供电稳定、正常。通电完成后对设备进行调试，确保测量数据的准确性和可靠性。 （注：液体一般为防冻液，也可选择硅油或纯净水，一般不选择自来水，因为自来水杂质比较多，后续可能产生苔藓等微生物，影响监测的精度） 8.3 云平台设置 首先是注册安锐云平台账号，然后大致按照如下流程图操作。 批量添加完多个测点之后，即可看到设备在线，点进去可看到设备的监测数据图像。（详细的平台操作请参考安锐物联云平台操作手册） 8.4数据处理与分析 采集到的监测数据直接上传到安锐云平台，用户可在手机端、电脑端实时查看，还可进行处理和分析，生成沉降曲线图、数据报表等。 平台支持联动控制功能，用户自行设置预警阈值，阈值超限时，自动触发现场声光报警，云平台弹窗以及手机短信警告等多种预警方式，对异常沉降进行实时预警。还可自行设置多级预警联动方式，控制联动plc、开关电磁阀、现场抓拍等多种联动控制。 8.5监测结果应用与用途 将监测结果反馈给相关部门和人员，为工程设计和后续运维提供依据。还可根据监测结果调整监测方案或采取相应措施以应对沉降位移问题。 8.6系统维护 定期对监测设备进行维护和保养、储液罐加液等，确保设备的正常运行和监测数据的准确性，同时对监测数据进行存档和备份，确保数据的安全性和可追溯性。 应用案例（铁路南昆线广西段轨道轨枕沉降监测） 9.1项目背景 铁路南昆线作为连接我国南方地区的重要交通干线，其安全性和稳定性对于区域经济发展及人民出行具有重要意义。随着运营时间的增长和自然环境因素的影响，铁路轨道轨枕的沉降问题日益凸显，成为影响列车行驶平稳性和安全性的关键因素。因此，对铁路南昆线广西段轨道轨枕进行精确的沉降监测显得尤为重要。静力水准仪以其高精度、自动化和实时性的优势，被选为此次监测项目的核心设备。 9.2项目目标 本次项目的主要目标是利用静力水准仪对铁路南昆线广西段轨道轨枕的沉降情况进行全面、准确的监测，通过实时监测和数据分析，及时发现并预警潜在的沉降问题，为铁路轨道的维护和保养提供科学依据，确保铁路的安全运营。 9.3仪器选型 由于火车/列车经过时，轨道、轨枕、路基会产生振动，从而导致储液罐液面晃动或压力芯体产生加速惯性压力，致使静力水准仪产生比较大的波动数据，进而综合考虑，采用安锐测控的高精度动力水准仪，该动力水准仪是静力水准仪的升级版，嵌入加速度传感器、倾角传感器、温度传感器等多数据融合，对振动数据进行动态滤波运算，还可输出加速度、倾角数据、高频采集数据等。 9.4测点布置 在铁路南昆线广西段的关键位置（如曲线段、桥梁、隧道出入口、地质条件复杂区域等）和易发生沉降的区段，按照科学合理的间距布置静力水准仪测点。测点布置应充分考虑地形地貌、地质条件、列车运行特点等因素，确保监测结果的全面性和准确性。 每个测点均安装在轨枕的特定位置，通常选在轨枕中部或两端，以确保能够准确反映轨枕的沉降情况。 储液罐及其基准点则安装于路基上结构稳固的混凝土支墩处，确保监测数据的持续稳定与精确性。 9.5应用效果 提高监测精度：静力水准仪的应用实现了对轨道轨枕沉降情况的精确化、自动化监测，相比传统的人工监测方式具有更高的精度和效率。 及时发现并预警：通过实时监测和数据分析，能够及时发现并预警潜在的沉降问题，为铁路轨道的维护和保养提供了宝贵的时间窗口。 科学指导维修：根据监测结果和数据分析，可以科学合理地制定维修和保养计划，确保铁路轨道的安全性和稳定性。 降低维护成本：通过提前预警和及时维修，可以有效避免因沉降问题导致的轨道损坏和列车事故，从而降低维护成本和运营风险。同时维修工作可以更加精准地处理问题，避免盲目维修和过度维修造成的浪费。 9.6结论 铁路南昆线广西段轨道轨枕沉降静力水准仪的应用案例充分展示了该技术在铁路轨道监测中的重要作用。通过高精度、自动化和实时性的监测手段，能够及时发现并预警潜在的沉降问题，为铁路轨道的维护和保养提供科学依据和技术支持。这一案例的成功实施不仅提高了铁路轨道的安全性和稳定性，还降低了维护成本和运营风险，为铁路南昆线的安全运营提供了有力保障。
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