CN104697496B - 分体式静液压差沉降监测系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式静液压差沉降监测系统及其安装方法，本系统包括上储液罐、下储液罐、高压连接管、注液罐、液位变送器及无线数据采集器，下储液罐、上储液罐及注液罐依次通过高压连接管连接，在下储液罐及上储液罐内均安装有液位变送器的探头，所述液位变送器的电缆穿入高压连接管，电缆的头部封装在注液罐内，使用时与无线数据采集器连接。本发明能极大提高监测工作的效率，保证监测数据的实时和准确。该系统便于安装，且运行稳定可靠，真正实现了对受地域和环境限制的工程的远程监测，并实现数据的集中处理、分析和预警报告，具有很好的工程适应性和市场前景。

Description

分体式静液压差沉降监测系统及其安装方法

技术领域

本发明属于岩土工程沉降测量领域，涉及海上建/构筑物地基基础的沉降测量，尤其是一种分体式静液压差沉降监测系统及其安装方法。

背景技术

开敞水域海上构筑物基础如独立抛石堤，一般均位于软土海床上，在施工作业期间随堤身加载影响存在沉降，且一般沉降量均较大。为实时掌握沉降变形量，需要进行沉降监测。海上监测工作受自然环境的影响，监测作业往往需要借助船舶进行，极端恶劣天气无法保证监测数据的连续性。

通过检索，发现如下两篇公开的专利文献：

1、可替换海堤沉降监测装置(CN203274737U)，包括护套管和沉降测量组件，所述的护套管内套装所述的沉降测量组件；所述沉降测量组件包括基准点、监测点和用以充满传压媒介的传压管路，所述传压管路上分布所述基准点和监测点，所述基准点安装基准压力传感器，所述监测点安装监测压力传感器，所述基准压力传感器、监测压力传感器均与用以根据监测点与基准点之间的压力差值换算出两点之间的高程差的沉降测量模块连接。

对比文件1为一体式，本申请为分体式，一体式相对于分体式而言测量范围受到限制，不适合沉降量较大的软土海层。

2、一种地基深层沉降监测方法(CN102288157A)，采用液位静压监测方法，所述的液位静压监测方法采用一个安装有压力传感器及二次仪表的容器，固定在不受地基沉降影响的地面上作为测压基准容器，且其中的压力传感器的感压面的高度高于任何一个埋入式沉降仪的高度；所述的埋入式沉降仪由壳体、三通、压力传感器、二次仪表电路及串行总线电路构成，埋入式沉降仪通过电气串行总线与其它埋入式沉降仪及地面测控系统电气相连，测控系统记录各个监测点的压力值，经过换算即可得出地基沉降值，再经曲线拟合，得到地基剖面沉降轮廓。

本申请为一条高压管路采用无线传输方式；对比文件2为两条管路、分别为电气串行总线和液体管路，连接繁杂，采用有线传输，不适于海上恶劣的环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种运行稳定可靠，安装使用便捷的分体式静液压差沉降监测系统及其安装方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种分体式静液压差沉降监测系统，包括上储液罐、下储液罐、高压连接管、注液罐、液位变送器及无线数据采集器，下储液罐、上储液罐及注液罐依次通过高压连接管连接，在下储液罐及上储液罐内均安装有液位变送器的探头，所述液位变送器的电缆穿入高压连接管，电缆的头部封装在注液罐内，使用时与无线数据采集器连接。

而且，所述的上储液罐及下储液罐均包括上法兰、下法兰、密封筒、立柱及定位套，在上法兰与下法兰之间安装密封筒，在上法兰的底面固装立柱的一端，该立柱的另一端径向固装定位套，在定位套内套装液位变送器的探头，液位变送器的电缆从上法兰穿出进入高压连接管，在下储液罐的下法兰制有一排气孔。

而且，所述的液位变送器为静压液位变送器。

而且，所述的高压连接管为柔性高压连接管。

一种分体式静液压差沉降监测系统的安装方法，步骤如下：

⑴组装监测系统；

⑵排气：组装完成以后将高压连接管展开，向注液罐注水，下储液罐的排气孔打开，并将上储液罐提升40-100cm的高度，在注水过程中，晃动高压管，排出高压管内的空气，注水过程中，对各储液罐与高压连接管连接的地方进行密封性检查，注水30分钟以上；

⑶液面调试：待排气完成以后，用液位变送器读数仪进行液面测读调试，首先单独测试两个液位变送器的液面高度，用水准仪进行高度校核，再分别提升或者降低两个储液罐的高度，观测读数仪的读数变化是否与高度变化一致，对两个液位变送器的变送单元进行防水接头密封，并对注液罐进行加盖密封，在注液罐密封之前，将注液罐内注满水；

⑷调整液面高度：将液面高度调至1.5m以下；

⑸埋设钢管桩：埋设钢管桩，钢管桩漏出泥面1.5-2.0m；

⑹安装储液罐：通过RTK定位，首先安装下储液罐，再安装上储液罐，安装两个仪器罐的过程中，使高压管的富余量位于护肩石与钢管桩之间，给下储液罐的沉降预留出沉降量，上储液罐通过潜水员在水下贴泥面靠钢管桩安装平放，并将高压连接管每隔0.5-1.0m沿着泥面以上的钢管桩进行绑扎固定；

⑺固定高压连接管：上储液罐与下储液罐之间的高压连接管采用“U”形卡扣插入泥面以下进行固定，卡扣沿高压管间距0.5-1.0m进行固定；

⑻数据采集：待仪器埋设完成以后再次对液面高度进行复核，确保液面的高度要低于外露钢管桩的高度，进行初始数据的采集。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明监测点和基准点的高差测量是在一个独立于外部环境的封闭系统中进行的，不受外部潮汐和温度变化的影响，适用性强。

2、本发明每次测量的液面高程值均为单次实时值，高程差为沉降值，封闭系统内的静液面可根据需要进行调整。

3、本发明监测仪器埋设于监测体内部或水下，易于保护，能保证监测数据连续、可靠。

4、本发明高压连接管能抗内外压力作用，具备一定拉伸强度，既可保证液位变送器导线不受破坏，也可承受不同恶劣环境的侵蚀作用。

5、本发明在不改动现有系统的前提下仅通过串联或并联增加下储液罐数量，可以实现监测断面的多点沉降监测需求。

6、本发明制作和安装成本低，适用于大范围工程应用，无线采集器能极大提高监测工作的效率，保证监测数据的实时和准确。该系统便于安装，且运行稳定可靠，真正实现了对受地域和环境限制的工程的远程监测，并实现数据的集中处理、分析和预警报告，具有很好的工程适应性和市场前景。

附图说明

图1为本监测系统的连接示意图；

图2为下储液罐结构示意图；

图3为本监测系统的工作原理图；

图4为本监测系统的安装示意图；

图5为某防波堤U1+600断面沉降观测点随时间变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种分体式静液压差沉降监测系统，如图1所示，包括上储液罐3、下储液罐1、高压连接管2、注液罐7及无线数据采集器8，下储液罐、上储液罐及注液罐依次通过高压连接管连接，在下储液罐及上储液罐内均安装有静压液位变送器的探头4，所述静压液位变送器的电缆5穿入柔性高压连接管，电缆的头部通过防水橡胶帽6密封后封装在注液罐内，需要读数时，打开贮液罐，将橡胶帽拔掉，使电缆与无线数据采集器连接即可。

所述的上储液罐及下储液罐的结构相似，如图2所示，均包括上法兰9、下法兰12、密封筒11、立柱13及定位套10，在上法兰与下法兰之间安装密封筒，在上法兰的底面固装立柱的一端，该立柱的另一端径向固装定位套，在定位套内套装液位变送器的探头，液位变送器的电缆从上法兰穿出进入高压连接管。

本监测系统的工作原理如图3所示：下储液罐安装在A点(监测点)，上储液罐安装在B点(基准点)，注液罐悬浮在液面上，无线数据采集器安装在液面上，下储液罐、上储液罐、注液罐及高压连接管组成一个封闭的储液系统，在该系统中注满液体，上储液罐安装在远离A点(监测点)的地方，保证不受A点处沉降影响，B点作为沉降监测的基准点，其初始高程可通过给定控制点确定，记为H_B。上储液罐及下储液罐内的静压液位变送器的信号电缆通过高压连接管连接到水面以上的无线数据采集器上。

埋设初期：

下储液罐读数液位h_A0，上储液罐读数液位h_B0，则A、B两点初始液位差为：

Δh₀＝h_B0-h_A0

A点处初始高程为：H_A0＝H_B+Δh₀

观测期间：

某观测时刻，下储液罐读数液位h_Ai，上储液罐读数液位h_Bi，则液位差为：

Δh_i＝h_Bi-h_Ai

A点处观测高程为：H_Ai＝H_B+Δh_i

A点处的观测沉降量为：ΔS_Ai＝H_Ai-H_A0

通过连续观测A点在不同观测时刻的实际高程，可以绘制沉降或高程与观测时间的关系曲线图，通过图表可以直观的分析观测点的沉降变化。

本分体式静液压差沉降监测系统的安装方法为，步骤如下：

⑴组装：由于高压连接管较长，先将钢丝穿入高压管，再将静压液位变送器通过钢丝穿入高压管，液位变送器的探头穿入定位套，通过定位套固定。在下储液罐的底端制有一排气孔，并用大小配套的螺丝旋紧，此孔的作用是用来排气。当液位变送器固定好以后，封闭上、下储液罐，法兰盘对接固定时，提前放入胶垫，均匀涂抹密封胶(密封胶为抗腐蚀性)确保密封性。高压连接管与各储液罐连接采用对丝连接，对丝一端焊接在法兰盘上。

⑵排气：组装完成以后将高压连接管尽量展开，注液罐注水，下储液罐一端的排气打开，并将上储液罐提升40cm左右的高度，以便在注水的过程中有利于高压管内气体的排出，在注水过程中，人为左右晃动高压管，尽量排出高压管内的空气。注水过程中，对各储液罐和高压管各个焊接的地方以及对丝连接的地方进行密封性检查，若发现有漏水的地方要及时补焊，或采取相应的措施进行密封。整个注水过程根据实际情况一般维持在30分钟以上。

⑶液面调试：待排气完成以后，用液位变送器读数仪进行液面测读调试，首先单独测试2个液位变送器的液面高度，用水准仪进行高度校核，再分别提升或者降低2个储液罐的高度，观测读数仪的读数变化是否与高度变化一致。如果液面调试没问题，对两个液位变送器的变送单元进行防水接头密封，并对注液罐进行加盖密封，在注液罐密封之前，将注液罐内注满水，防止高压连接管在转运过程中水在高压连接管内的流动导致空气进入两个储液罐中。

⑷调整液面高度：通过水泵结合人工配合的方式将液面高度调至1.5m以下，主要是为了接下来固定在钢管桩上保持液面的稳定性做好准备。

⑸埋设基准点钢管15：为了保证基准点(不动点)的稳定性，准备2根6m，长的钢管，以及1根3m米的钢管，保证2根6m的钢管全部打入泥面以下，3m的钢管外露1.5-2.0m，这样泥面以下就有至少13m的钢管，保证了不动点仪器罐的稳定性。

⑹安装储液罐：通过RTK定位，首先安装下储液罐，再安装上储液罐，安装两个仪器罐的过程中，使高压管的富余量尽量位于护肩石与钢管之间，给下储液罐的沉降预留出沉降量。上储液罐通过潜水员在水下贴泥面靠钢管桩安装平放，并将高压连接管每隔0.5-1.0m沿着泥面以上的钢管桩进行绑扎固定，保证液面的稳定。由于钢管桩露出泥面的高度仅为1.5-2.0m，可以很大程度上减小水流冲击钢管桩时的摆动，保证了液面的稳定性，这也是第一步调整液面到1.5m以下的原因。

⑺固定高压连接管：所以上储液罐与下储液罐之间的高压连接管采用Φ8的钢筋加工成的“U”形卡14扣插入泥面以下进行固定，卡扣沿高压管间距0.5-1.0m进行固定，经过固定后的高压管可以避免受水流的影响而左右晃动。

⑻数据采集：待仪器埋设完成以后再次对液面高度进行复核，确保液面的高度要低于外露钢管桩的高度，根据现场实际情况一般调至1.5m以下为宜，并进行初始数据的采集。

现以某工程防波堤U1+600断面的沉降观测进行数据分析，见表1(数据采集于2014年)。

表1

从监测数据来看，本系统能充分发挥其监测测量效果，准确反映监测点地基的真实沉降变化过程。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种分体式静液压差沉降监测系统，其特征在于：包括上储液罐、下储液罐、高压连接管、注液罐、液位变送器及无线数据采集器，下储液罐、上储液罐及注液罐依次通过高压连接管连接，在下储液罐及上储液罐内均安装有液位变送器的探头，所述液位变送器的电缆穿入高压连接管，电缆的头部封装在注液罐内，使用时与无线数据采集器连接，所述的上储液罐及下储液罐均包括上法兰、下法兰、密封筒、立柱及定位套，在上法兰与下法兰之间安装密封筒，在上法兰的底面固装立柱的一端，该立柱的另一端径向固装定位套，在定位套内套装液位变送器的探头，液位变送器的电缆从上法兰穿出进入高压连接管，在下储液罐的下法兰制有一排气孔。

2.根据权利要求1所述的分体式静液压差沉降监测系统，其特征在于：所述的液位变送器为静压液位变送器。

3.根据权利要求1所述的分体式静液压差沉降监测系统，其特征在于：所述的高压连接管为柔性高压连接管。

4.根据权利要求1所述的分体式静液压差沉降监测系统的安装方法，其特征在于：步骤如下：

(1)组装监测系统；

(2)排气：组装完成以后将高压连接管展开，向注液罐注入清水，下储液罐的排气孔打开，并将上储液罐提升40-100cm的高度，在注水过程中，晃动高压连接管，排出高压连接管内的空气，注水过程中，对各储液罐与高压连接管连接的地方进行密封性检查，注水30分钟以上；

(3)液面调试：待排气完成以后，用液位变送器读数仪进行液面测读调试，首先单独测试两个液位变送器的液面高度，用水准仪进行高度校核，再分别提升或者降低两个储液罐的高度，观测读数仪的读数变化是否与高度变化一致，对两个液位变送器的变送单元进行防水接头密封，并对注液罐进行加盖密封，在注液罐密封之前，将注液罐内注满水；

(4)调整液面高度：将液面高度调至1.5m以下；

(5)埋设钢管桩：埋设钢管桩，钢管桩高出泥面1.5-2.0m；

(6)安装储液罐：通过RTK定位，首先安装下储液罐，再安装上储液罐，安装两个储液罐的过程中，使高压连接管的富余量位于沉降监测点与钢管桩之间，给下储液罐的沉降预留出沉降量，上储液罐通过潜水员在水下贴泥面靠钢管桩安装平放，并将高压连接管每隔0.5-1.0m沿着泥面以上的钢管桩进行绑扎固定；

(7)固定高压连接管：上储液罐与下储液罐之间的高压连接管采用“U”形卡扣插入泥面以下进行固定，卡扣沿高压连接管间距0.5-1.0m进行固定；

数据采集：待仪器埋设完成以后再次对液面高度进行复核，确保液面的高度要低于外露钢管桩的高度，进行初始数据的采集。