静力水准仪在北京城铁变形监测中的应用

　　1 前言

　　2002年12月，陕西至北京天然气输气管道经过北京城铁圆明园段，进人圆明园调压站。该段采用暗挖隧道方式，隧道全长61.455m，结构开挖最大宽度和高度分别为5.7m和4.2m。隧道拱顶至城铁路基的高度为7.6m。隧道穿越城铁的里程为K7+897.4，过城铁段长度为28m。该段轨道位于曲线段(曲线半径R=700m)、线路纵向变坡点附近(两边纵坡分别为4%。，8%。)，采用6ok留m钢轨的无缝线路、弹性不分开式扣件、预应力混凝土轻轨、双层碎石道床结构。城铁使用直流一75ov电力机车，带电滑轨(3轨)位于双向轨道的中心。为了保证行车和施工安全，隧道开挖前，地铁运营公司对该段轨道加装了扣轨。

　　2002年9月刚刚通车的北京西线城铁，作为首都西北部的交通动脉，不允许中断或出现安全事故。为此，北京市城市建设工程研究院，在隧道开挖期间，对该段铁路进行连续监测。由于只允许在线路停电期间(每日22时至次日凌晨3时)进人轨道进行测量，因此，选用静力水准技术，结合精密水准测量，取得了良好的效果。

　　2静力水准测量原理

　　2.1静力水准测量原理

　　图1是液体静力水准仪的测量原理，相连的两个容器1与2分别安装在待测平面A, B上(可以有若干个待测点)，当连接两容器中的介质是均匀液体(即同类并具有同样参数)时，液体的自由表面处于同一水平面上。

　　它们的高差△h为:

　　式中:

　　H，、HZ为容器内液面相对于工作底面的高度;

　　al、aZ为容器的高度或读数零点相对于工作底面的位置;

　　b，、bZ为容器中液面位置的读数值，即读数零点至液面的距离。

　　对于一般工程测量，如果忽略仪器的制造误差，则al=*，式(1)变为:

　　2个平面的高差仅仅取决于容器内的液位高度，测得液位高度就可以获得高差。根据这一原理，可将平面的沉降问题，用测量液位的方法解决。

　　对液体静力水准测量误差来源的分析表明，它的主要误差来自于外界温度的变化，特别是监测头附近的局部温度变化。为了减小温度的影响，应使连接软管下垂量尽量小;降低监测头内的液位;仪器尽量远离强热辐射源。

　　2.2仪器的原理、结构和特性指标

　　本工程采用国家地震局地壳应力研究所生产的JS静力水准测试系统，分别由主控制器、计算机和12台仪器组成。图2是仪器的结构，由玻璃钵、探针、步进电机、信号转换电路、液气管道和主控制器接口等部分组成。

　　它的工作原理是，当主控制器按照设定周期向各仪器发送脉冲控制信号后，经D/A转换器使仪器的步进电机带动探针向下运动，探测容器内的液面，当其与液面接触后形成回路，使电机停止下行返回原位，接着进行下一台仪器的测试;从而将微小高差变化，转换为垂直位移量测试;经连续数据采集、计算、存储电路，输出与每台仪器液位相关的RS485/RSZ犯型数字信号，直接与计算机连接。使用LAC或WINMOS软件，就可实现对路肩的实时监测。