[发明专利]一种总线型高密度测斜系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程检测领域，尤其是一种总线型高密度测斜系统和方法。

背景技术

深层水平位移监测是二级及以上监测安全等级工程必测项目，广泛应用与基坑、隧道、边坡、地基、轨道交通、尾矿、大坝工程的安全监测中。就建筑基坑而言，根据《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)表4.2.1，一、二级建筑基坑，深层水平位为应测，三级建筑基坑为宜测；根据《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013)表4.2.1，监测安全等级为一、二级，深层水平位为应测项目，监测安全等级三级为选测。因此，深层水平位移的应用广泛，是工程监测不可或缺的监测项目之一。

测斜仪依据探头是否固定在被测物体上分为固定式和活动式两种。基坑工程监测中常用的是活动式测斜仪，即先埋设测斜管，每隔一定的时间将探头放入管内沿导槽滑动，测量间距宜为0.5m(Li＝0.5m)，通过量测测斜管每0.5m斜度变化推算水平位移。固定式测斜仪是将测斜探头作为单点传感器，每隔一定固定距离(一般3～8m，即Li＝3～8m)，埋设于测斜管中，通过假定传感器之间测斜管斜度与传感器测量斜度变化相同，从而推算水平位移。测斜原理图1，左侧竖直的为基准线，右侧的曲线为变形后曲线，阴影部分为测斜仪，计算公式为：ΔS_i＝(θ_i-θ_i-1).L，其中ΔS_i为深度i处水平位移变化量，θ为深度i处重复测量的倾角变化量，L为量测间隔。

现有的活动式测斜仪作为目前工程监测应用最广泛的方法之一，通过预埋测斜管，数据采集中，每n/2米(n为整数)进行数据采集，然后计算水平位移，具有便携、经济、数据采集密度高等特点，然而其实际应用中存在以下诸多缺点：

第一、测量辅助设施(测斜管)埋设难度高：测斜管通长绑扎于预制钢筋笼上，并在工程桩浇筑前同钢筋笼同步下放至钻孔内，然后与支护桩一体浇筑，后经桩头破除，续接及砌筑保护墩等多道工序才能完成辅助设施的埋设，而在整个工序中，因测斜管接管不牢、密封不紧、吊装变形、方向错位等任何一个疏漏，均可造成该部位支护结构无法进行深层水平位移测量。若采用在桩身旁土体进行钻孔埋设，则同样面临沉管困难、测斜管周边填充不密实、泥浆沉淀导致深度不满足设计要求、土体与支护结构变形不协调及埋设费用高昂等多种问题。

第二、劳动强度大、数据采集慢：活动式测斜的数据采集主要采用人工提升测斜传感器，每0.5m悬停，待数据稳定采集测斜数据，为减小误差，采用正、反测两次。以25米测斜孔计算，假定每次悬停5秒待数据稳定，则在整个数据采集中，设备下放50m，提升50m，人工需悬停100次，500秒，整个采集过程单孔只是要约15分钟，若一般工程按15孔计算，则，单独测斜项目需2个人不停采集225分钟(即约3.5小时)，劳动强度十分大，采集效率低。

第三、数据精度差：有测斜原理(详见本文第1节)可知，岩土体或支护结构深层水平位移采用某深度0.5米长度内倾角变化量值，通过换算得到该深度的水平位移变化量，单点位移计算如下：

ΔS_i＝(θ_i-θ_i-1).L

ΔS_i—深度i处水平位移变化量；

θ—深度i处重复测量的倾角变化量；

L—量测间隔。

由公式可知，其主要误差源有：θ重复测量中深度无法完全保持一致，导致i深度处水平位移计算误差。

现有的固定式测斜仪主要应用于需永久监测的工程，如大坝、永久边坡、尾矿等，其具备数据自动采集、远程传输、采集频次高、单点精度高等特点，然而其实际应用中存在以下诸多缺点：

第一、测量辅助设施(测斜管)埋设难度高：与活动式测斜仪同，不在叙述；

第二、设备成本高：单点固定式采集仪国内外价格差异极大，大致为1500～20000元/点，一般工程限于造价无法应用；

第三、采集密度低，数据拟合度差：鉴于成本原因，固定式测斜仪一般安装间隔为3～10m一点；且，因单个传感器需引线至测斜管口(管口直径70mm)，传感器过多将导致导线太多无法进行安装。因此，固定式测斜仪所测量数据所绘制数据曲线与实际变形拟合度差。