自动化监测技术在工程监测预警中的应用-彭炎华

工程监测预警是工程顺利进行的重要环节，做好监测，防微杜渐，可避免事故的发生。传统的监测手段具有间断性、周期性，无法实时监控工程的安全状态，因此解决任意时间、任意条件下的监测问题才能保证工程处于受控状态，实现真正的安全生产。

自动化监测技术原理

利用电子技术和通讯技术能解决自动化监测的难题。自动测试、自动传输数据、报警数据自动发送，这样就可直观且实时不间断地掌握工程的实际动态，能为在有安全隐患情况下进行的加固处理提供依据，赢得宝贵时间，也为管理者进行决策

提供有力支持，提高工程效益，实

现安全生产。应变、相对位移、轴力、

应力、孔隙水压力、土压力等的监

测都可应用传感器技术。

传感器分为振弦式和电感调频

式。振弦式传感器的工作原理是（见

图1），将传感器两端沿变形方向固

定在被测物体的两点上，被测物体的

变形传递给两端座间的钢弦2，当测

试电流通过感应线圈6时激发钢弦2

作单向振动，从而切割磁力线，于

是在感应线圈6上有与钢弦振荡频

率相同的交流频率信号输出，经过

放大、滤波、平滑等处理过程，可

以测量出钢弦的振荡频率，再与标

定值相对应，即可变换为所需测量

的物理量，温度传感器4可以测量

温度并进行温度补偿。串行存储芯

片5用于存储标定系数和测量数据。

电感调频式传感器的基本结构如图2

所示，在一个圆柱形金属螺旋线圈2

内有一个可以移动的磁芯1（测杆），

在实际应用中螺旋线圈2的一端3

与不动点相连，测杆与需要测量的

变化端点相连，测杆的位置变化将

引起线圈的电感量的变化，电感的

变化将引起LC振荡器输出频率的变

化。当测量出频率后，再结合相应

的标定系数就可计算出测杆位置的

变化。在其内还封装了一个温度传

感器4以测量温度并进行温度补偿。

串行存储芯片5用于存储标定系数

和测量数据。

自动化数据采集系统可以对处

理器、读数仪、自动采集箱进行数

据采集，从而对各种传感器性能参数

指标进行显示、分析以及转换。按

照“实时数据、实时分析、实时管理”

的理念，实现对系统设备的监测和

管理。系统可通过设置时间段或采

集时间间隔采集各种性能数据，为

监测单位和设计单位提供分析数据，

以便对工程项目进行准确的健康检

测。

采用智能传感器技术和监测数

据管理系统，可实现应变、相对位移、

轴力、应力、孔隙水压力、土压力

等数据的自动化监测，以及基于这

些项目(原理)的其他项目的监测（如

地下水位、测斜、静力水准），大大

丰富了监测的范畴与领域。

自动化监测技术应用

广东省人民医院医技综合楼及

地下车库基坑内支撑轴力监测。广

东省人民医院医技综合楼及地下车

文/广州市吉华岩土检测有限公司彭炎华

广州市吉华岩土检测有限公司董事长彭炎华做主题报告

图1 振弦式传感器工作原理示意图2 电感调频式传感器工作原理示意

特别策划

施工

技

术

·资讯

2013年5月13

·资讯 2013年5月

14

库位于广州市中山二路省人民医院内，地下3层，开挖深度17米, 周长371米，呈“7”字形（见图3）。该工程东北角为人工挖孔桩＋预应力锚索（四道）的支护形式，其余为挖孔灌注桩+混凝土支撑（三层）支护形式。岩土层为人工填土、淤泥（局部）、粉质粘土及基岩（泥质粉砂岩），场区土层为弱透水层。工程西北侧为医院东病区出入口，西南侧为医院1号楼，东南侧为3号

楼，西北侧围墙外为体育运动场。本段工程从2012年5月10日开挖，2012年11月15日该处基坑开挖结束并于12月底板浇筑完成，目前仍在进行地下室施工中。

工程开挖期间利用远程自动化采集系统进行监测。基坑轴力监测点Y8轴力变化曲线如图4所示。

通过监测及数据分析，基坑开

挖前内支撑轴力一直处于稳定状态，开挖后随着开挖深度的增加,轴力持续增大。下道支撑受预加力后,轴力增加速度放缓后相对稳定，其后内支撑轴力有所减小，最后进入稳定状态。究其原因，刚开挖时土体支撑作用消失，卸下的这一部分土压力转嫁给了混凝土支撑梁；待开挖一段时间后，该段开挖面以上的支护结构暴露了一段时间，经过应力和变形的相互调整，轴力变化就趋于稳定；继续往深处开挖时，很大一部分应力转移到下一道支撑梁。

通过连续24小时监测支撑轴力，发现频率随着温度的升高而减小，也即混凝土轴力值随着温度的升高而增大。此时间段，基坑土方开挖量

对于整个土方量而言可以忽略，基坑外的环境也无变化，可以认为支撑上未加荷载。在此期间最高温度

为34.7℃(时间为16点), 最低温度为27.8℃(时间为6点)，平均值为30.9℃，最高最低温差为6.9℃。轴力最大值为-3712.3kN(时间为17点),最小值为-2633.1kN （时间为21点），

最大最小差值为-1079.3kN ，平均值为-3038.0 kN 。数据变化相对较稳定的时间段为凌晨1点至12点，下午

14点至晚间22点数据起伏变化最大。据此情况，建议进行轴力监测在固定时间的同时尽量选择凌晨1点至12点这个时间段，此外在监测计算时应加入温度修正系数。

按照轴力的监测计算方法，测

试的轴力在同一天不同时间的测量

值也相差很大，除监测人员及监测

仪器本身和温度影响因素外，还要考虑钢筋混凝土等材料的受力特点。实际监测的埋在钢筋混凝土中的钢

筋应力并不完全等同于实际荷载，而是有一部分非荷载应力的影响，具体主要是混凝土的徐变和收缩。

广州猎德大桥系统北延线下穿广深铁路隧道监测。猎德大桥系统北延线下穿广深铁路隧道是猎德系统北延线工程的控制性节点工程，广深铁路是内地通往、深圳的主要干道，必须保证施工期间铁路的绝对安全（见图7）。而广深铁路

白天列车车流密度大，每天早上5

点至晚上11点非抢修人员禁止上道，只能在夜间一个很短的时间点进行监测。

在采用静力水准和固定测斜仪的同时采用自动化监测技术，对广深铁路路基沉降和隧道变形实行了全

天24小时监测，成功地解决了铁路扣轨和隧道施工过程中因铁路运营繁忙、人员无法直接到达监测部位，多点难以实施同步监测、监测数据

不连续等难题，实施了全程、远程

自动化监测，数据反馈及时，预警

效果良好。监测实施方案。采用静力水准

仪、全密封标配机箱、总线采集模

块及配套元件进行沉降远程自动化

监测；采用固定测斜仪，与静力水

准仪一同采用全密封标配机箱、总线采集模块及配套元件进行测斜远程自动化监测；采集的监测数据通过GPRS 无线系统传输到主机，主机在连接互联网后可实现远程实时浏览监测数据。

通过24小时不间断监测，确保了铁路的安全；在列车运行期间对铁路进行远程自动化监测可保证监测人员的安全；本次监测期间，多次在夜间（暴雨后）发现铁路路基沉降达到报警值，及时向有关单位

报警，及时采取措施、消除安全隐患，确保了工程安全，取得了良好的社

会效益。

应用智能监测技术能实现对传

感器数据的实时采集管理，做到及

时发现和处理异常情况，从而实现工程监测的实时性、远程化管理，能敏感地捕捉到施工中各种影响因

素，有效消除工程安全隐患。

图3 广东省人民医院医技综合楼基坑图4 内支撑轴力变化曲线

图5 24

小时温度变化曲线

图6 24

小时内支撑轴力变化曲线

图7 广深铁路

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