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引言

綜合管廊是指在地面將設(shè)置在地面、地下或架空的各類公用類管線集中容納與一體，并留有供檢修人員行走通道的隧道結(jié)構(gòu)。對改變過去各管線單位各自為政，道路頻繁開挖的現(xiàn)象有重要意義，當(dāng)需要開通管線時，只需通知負責(zé)部門接通接口即可，便于修理的同時節(jié)省了國家的資源。

因為綜合管廊往往較長,在建設(shè)施工過程中會設(shè)置沉降縫、伸縮縫等緩解變形的工藝，甚至?xí)捎妙A(yù)制管廊拼接技術(shù)。綜合管廊是由多個施工倉構(gòu)成的，在分倉縫的位置容易受到地基或外部環(huán)境的影響產(chǎn)生不均勻沉降、裂縫、位移等問題。這些問題對管廊后期運營及壽命有較大影響，可能會對管線等管廊內(nèi)部設(shè)施造成損傷，因此加強管廊內(nèi)部后期健康監(jiān)測對提高管廊有效運營能力尤為重要[1]。

本文通過收集調(diào)查現(xiàn)階段國內(nèi)綜合管廊監(jiān)測技術(shù)，經(jīng)過對比分析，為今后綜合管廊項目實施沉降監(jiān)測提供有力幫助。

一、人工監(jiān)測

在施工過程中，管廊沉降監(jiān)測一般由施工單位進行，通過在水準(zhǔn)儀等設(shè)備由測量員在分倉縫等關(guān)鍵節(jié)點位置沉降觀測點，并逐個對其進行測量并記錄數(shù)據(jù)，近期檢查并匯入電腦形成曲線圖，用來觀察管廊工后沉降情況，目前大部分管廊建設(shè)單位使用該方法監(jiān)測[2]。

圖1 管廊觀測實例

二、靜力水準(zhǔn)儀

靜力水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)由主體容器、連通管、電容傳感器、數(shù)據(jù)采集單元等部分組成，安裝方式分為測墩式安裝和墻壁式安裝兩種方式，視現(xiàn)場條件和設(shè)計要求選定。

靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)用于測量各測點的垂直位移量，測試原理是各測點與基準(zhǔn)點通過連通管相連接，根據(jù)其內(nèi)液體保持同一水平面的原理，當(dāng)監(jiān)測點位發(fā)生高程變化是，主體容器內(nèi)液面發(fā)生變化，通過靈敏度高的電容式傳感器測出改點的高程變化，并由電纜傳輸?shù)降孛鏈y試室進行處理和反饋，從而可以實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的沉降變形情況。

依據(jù)連通管原理，當(dāng)儀器主體安裝墩發(fā)生高程變化是，主體容器相對位置產(chǎn)生液面變化，引起裝有中間極的浮子與固定在容器頂?shù)囊唤M電容極板間的相對位置發(fā)生變化，用電容傳感器測量每個測點容器內(nèi)液面的相對變化，在通過計算求得各點相對于基點的相對沉降量[3]。

圖2 靜力水準(zhǔn)儀測量工作原理

三、衛(wèi)星

早期衛(wèi)星在沉降觀測過程中受到了多種因素的影響，例如對流層影響、整周模糊度解算的影響和起算點誤差等，即使采用了較為完善的措施，仍然和高精度的水準(zhǔn)設(shè)備有較大差距。但隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段已經(jīng)可以較好地實現(xiàn)高精度沉降監(jiān)測，我國生產(chǎn)的北斗衛(wèi)星已在雙魚島綜合管廊實地應(yīng)用，通過布置北斗基準(zhǔn)站將12個北斗監(jiān)測點數(shù)據(jù)每隔15秒上傳一次，經(jīng)過一年運行，北斗結(jié)算數(shù)據(jù)很好的反應(yīng)出管廊沉降的變化趨勢[4]。

四、裂縫監(jiān)測傳感器

(一)裂縫計

裂縫計結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它由橫梁、彈簧片、底腳等組成，在簧片的根部貼有應(yīng)變片，組成全橋后通過電纜輸出。當(dāng)兩底腳之間的位移發(fā)生變化時，貼在簧片上的應(yīng)變片通過應(yīng)變儀將簧片產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成與位移成正比的電壓信號，然后送給記錄儀[5]。

圖3 裂縫計結(jié)構(gòu)原理圖

(二)光纖光柵傳感器

其原理為寬譜光源將帶有一定寬度的光通過環(huán)形器入射到光纖格柵中，由于光纖光柵的波長選擇性作用，符合條件的光被反射回來，在通過環(huán)形器送入解調(diào)裝置測出光纖光柵的反射波長變化。黨光纖光柵做探頭測量外界的溫度、壓力或應(yīng)力時，光柵自身的柵距發(fā)生變化，從而引起反射波長的變化，解調(diào)裝置即通過檢測波長的變化推導(dǎo)出外界溫度、壓力或應(yīng)力的變化。

圖4 光纖光柵傳感器原理圖

根據(jù)圖示，夾持部件將光纖光柵固定在支點之間，當(dāng)整個機構(gòu)由于管廊結(jié)構(gòu)裂縫受到外力作用時，機構(gòu)整體會發(fā)生變形，通過光柵傳感器會將管廊變形裂縫轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號[6]。

五、總結(jié)

我國綜合管廊起步較晚，關(guān)于管廊沉降監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)尚未明確，某些地方甚至尚未明確監(jiān)管單位，各管廊建設(shè)單位對其重視程度較低。

國內(nèi)大部分管廊監(jiān)測尚處于人工監(jiān)測階段，過程中由于缺乏制度管理與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，往往流于形式。本文通過介紹國內(nèi)常用沉降監(jiān)測方法及儀器并分析其使用，同時對衛(wèi)星監(jiān)測、光纖光柵傳感器等新技術(shù)應(yīng)用進行介紹，為綜合管廊監(jiān)測選取合適監(jiān)測方案提供數(shù)據(jù)幫助。