摘 要：土木工程施工过程如何做到施工界面地面沉降安全监控一直都是一大技术难题，目前已经开始广泛应用的地面沉降监控系统主要还主要采用预埋沉降传感器或者水准测试，但该种监控方法还存有不足之处，原因在于该种监控方法无法做到定量化监控、预警性监控。针对土木工程施工过程中的地面沉降监控手段的不足，本文提出利用水杯式智能地面沉降监控预警系统，对施工界面地面沉降进行定量化监控分析，并作出预警判断。实践表明，该方法可对施工界面地面沉降进行定量化监控分析，并作出预警判断，保障施工安全性、精确性。

关键词：土木工程施工；地面沉降监控；安全预警系统；精确性

随着我国经济以及城镇化进程的不断发展，我国大规模基建项目投入也不断增加，但是土木工程基建过程中，特别是像道路、桥梁施工过程中如何避免施工界面发生不均匀沉降，以及对施工界面进行实时监控，保证施工过程精确性与安全性，一直是一大技术难题。目前，我国对地面沉降的实时监控还停留在埋设沉降感应器以及实时测量校准的传统手段，但这些方法只能做到对地面施工状况的反映，无法起到定量化监控以及安全预警的作用。本文针对上述问题，提出了在道路与铁道工程等施工过程中定量化监控系统的应用，通过采用杯式地面沉降感应器对地面沉降进行实时监测，一旦出现地面沉降达到该种施工界面下安全阀值时，会自动启动安全预警系统，保障施工安全以及施工界面的精确性。

本文旨在提出一种地面沉降监控系统，其特征是以施工界面地面沉降为实时监控对象，通过传感器传感装置将地面沉降数据及时收集且保存；与此同时，传感装置通过无线传输装置将采集到的数据转化为无线信号传输到计算机系统；计算机分析系统在接收到传感器传输来的信息后自动进行数据分析与处理，并将实际发生的地面沉降数据与已经设定好的安全阀值作对比，只要地面沉降达到安全阀值时，计算机将会自动启动报警系统，提醒施工进行调整，想地铁等地下工程施工时，严重情况下还会提醒施工人员撤离。本技术可以用于地面沉降施工系统的智能监控，并且对原有的技术进行了一定的改进，使施工定量化监控并且操作更加便捷，及时监控施工结构安全性、精确性，有效的降低施工监理造价。

1 应用前景分析

我国土木工程工程项目较多，特别是像道路工程以及城市轨道工程。在这些工程项目施工过程中，地面沉降一直施工过程中重要控制因素，但是目前的控制技术未能与无线传感技术以及无线传输技术结合起来使用。一方面监控过程中人力成本投资大，工程造价投资高。另一方面，传统监控方式也无法做到预警监控，定量化监控，尚存在很多不足之处，需要进一步进行改进。

三角杯式地面沉降监控器可以弥补既存地面沉降监控技术的不足，使用该种地面沉降监控技术，可以做到对地面沉降数据的及时采集、处理。进而可以实现定量化监控以及预警性监控。当地面沉降数据达到设定好的安全阀值时，会自动启动警报系统，通知技术人员进行调整，保证施工质量；特别是在地铁施工过程中，地面沉降还有可能进而引起承重结构发生受力不均匀的结果，进而造成施工安全隐患。

该种顶面沉降监控技术巧妙集传感技术、无线传输技术以及计算机智能程序系统于一身，成功通过实践测试。在土木工程施工过程中，有很强的的实用性以及应用前景。

2 技术原理

2.1 地面沉降实时监控原理

地面沉降传感系统，采用水杯式地面沉降传感器。当地面沉降发生变化时，相应水杯中水位发生变化，水杯内侧帖附压敏感应膜，并且从水杯底部到顶部有不同级别的灵敏系数，这就成功使得地面沉降信号，转化为压力信号，进而通过传感装置，将压力信号传输给计算机分析系统。进行地面沉降分析。实物模拟图如图2.1。

图2.1 杯式地面沉降感应器

2.2 计算机分析处理系统

计算机处理系统有限元软件，综合考虑地铁施工系统条件，启用设定好的计算机程序，针对杯式感应片引入安全系数，合理设置预警阀值。在施工过程中，当地面沉降数据达到安全阀值时，计算机系统自动启动报警开关。

具体程序开发基于visual studio C++ 2012版程序开发平台，通过对处理系统的要求进行分析，基于该平台，进行编程设计，并顺利通过运行测试，将该计算机程序应用于计算机处理系统，实现实时监控，时刻准备预警的效果。

本论文涉及的土木工程施工地面沉降监控系统，可以实时监测地面沉降数据。传感器模块包括三个子模块以及电源结构，三个子系统分别是数据采集子系统，数据放大子系统以及无线电传输子系统；；当路面沉降发生变化时，数据采集系统及时收集变量数据，接着数据放大器对采集到的数据进行放大，并最终通过无线技术将数据发送给计算机分析系统；计算机分析系统对接收到数据进行分析、处理，并且将接受到的结果与已经设置好的安全阀值进行比对，如果测量值达到设定好的安全阀值时，计算机会自动启动报警系统。

3 安装测试与工程应用

3.1 安装测试

杯式地面沉降感应系统也可以做到对地面沉降实时监测的功能，实现地面沉降 水位变化 应力变化的实时动态监测。

传感系统将采集到的地面沉降实时数据通过无线传输传输给计算机分析系统，并于计算机系统内之前设置好阀值作对比。当发现实时监测值达到该种该种施工情况下许用沉降极限值时，计算机会启动自动预警系统，及时提醒施工人员调整施工状况，紧急情况是通知施工人员撤离，保证施工安全性、精确性。

以上技术已经通过实践模拟测试，可以有效测试施工过程中地面沉降的实时数值，并成功传输给计算机分析系统，计算机分析系统通过已经设定程序将传输来的数据处理对比，当处理后的数据达到安全阀值时，会自动启动安全预警系统，若未达到安全阀值，则继续正常监控，不会启动安全预警系统。

3.2 工程应用

浙江省杭州市某地下工程在施工过程中采用该种地面沉降监控仪器，通过将该种智能监控设备应用于施工过程后，可以有效监控地面实时沉降变化，并结合计算机分析系统将实时数据反馈处理作出预警处理。实践证明，该种地面沉降智能监控设备可以有效监控、预警地面沉降。建议在地下工程施工应用过程中继续做进一步推广应用。

4 小结

（1）本技术成功实现了在地下结构施工过程中的地面沉降监测，可以实时监测并采集承重结构以及地面数据通过无线传输系统传送给计算机分析系统，并通过计算机分析系统做出处理分析，有效做到了安全预警。

（2）本技术采用了无线传输系统，包括无线无感、无线传输等，使得该技术的应用以及操作更加便捷，与此同时，降低了成本。

（3）本技术实现了地面沉降无损动态监测，可以做到有效监控施工动态的同时并且与工程同步推进，不会影响工程施工进度。是未来地下结构动态施工监测以及安全施工保障的新方向。

参考文献

[1] 罗富荣.地铁区间隧道的信息化设计.隧道工程，地下工程、桥梁、隧道新技术，2001.

[2] 罗富荣.地铁区间隧道的信息化设计.隧道工程，地下工程、桥梁、隧道新技术，2001.

[3] 姚成虎.南京地铁二号线结构安全检测技术方案的研究.现代测绘，2009，31（1），10-2.

[4] 黄昱旻. 地铁综合监控系统构成及优化[J]. 城市轨道交通研究，2010，（10）：63-66.

[5]王芬花，年析，郝国梁，等. 物联网技术在生命状态监测系统中的应用[J]. 计算机应用研究，2010，27（9）；3 375-3 380.

[6]杨孝峰，王志奇，于峰琦.隧道施工监控系统.中国人民共和国发明专利，专利号201110422306.2，2011，（12）

[7]刘国琦，杜文库.我国地铁施工技术的发展展望，施工技术，，Vol.25，No 1，1996.

[8]首都规划设计委员会办公室. 地下铁道设计规范，（GB50157-92）.1993.1.1实施.

[9]夏明耀.地下工程设计施工手册.北京，中国建筑工业出版社，1999.

[10]王日凡.城市轨道交通技术装备国产化探讨，城市轨道交通研究，No.2，1998.

作者简介

胡秋生（1991-），男，安徽宿州人，工作单位：重庆交通大学， 主要研究方向：道路工程以及土木工程施工技术方面的研究。

王小明（1991-），男，重庆长寿人，工作单位：重庆交通大学主要研究方向：道路工程以及土木工程施工技术方面的研究。

卢佳（1991-），男，安徽安庆人，工作单位：重庆交通大学主要研究方向：道路工程以及土木工程施工技术方面的研究。