2019-01-09压力变送器在轨道交通结构监测中的运用
伴随着经济的高速发展，城市化进程在显著加快，城市建设、城市改造的规模和速度均在扩大。在城市轨道交通控制保护区范围内的施工和作业大量涌现，不可避免地对已运营的轨道交通结构产生扰动，容易导致结构的受力失衡，使结构产生局部的水平位移、沉降、拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转等形变，造成隧道渗漏水、限界的改变、道床的沉降、轨道的几何变化。如果结构变形超出控制值，会严重威胁轨道交通的运营安全，给人民生命财产造成巨大损失。因此对受到外部作业施工影响的城市轨道交通结构进行监测，确保其运营安全，反馈和指导外部作业的施工显得尤为重要。
由于许多轨道交通控制保护区内的外部作业项目与轨道交通结构的空间关系多为上跨或下穿，结构的变形主要体现在结构高程变化上，采用静力水准仪监测轨道交通结构多个监测点沉降的变化，已在北京、上海、广州等城市中运用，取得了较好的效果［1～3］。目前直接利用浮子测量液面高度的静力水准仪在国内轨道交通结构沉降自动化监测中运用最为广泛。由于采用直接测量液面变化的原理，因此该类静力水准仪的量程一般较小，取决于其容器的高度，一般不大于100mm。对设备安装精度要求较高，安装时要求初始高程基本相同。采用该类型的静力水准仪，对于线路纵断面设计坡度变化较大的地段，需要分区段布设，并在各区段水准仪之间设置纵向级联静力水准仪［4］，系统设计、安装困难，增加了监测系统的成本。
2基于压力变送器的沉降监测系统
在工业领域已广泛运用的压力变送器可以用来测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，其工作原理［5］是来自双侧导压管的压力差值直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至测量元件上，测量元件将测得的压力信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出，如图1所示。
压力变送器测量值是水头的压力，传感器自身无须储液罐，以横河EJA110型差压变送器为例，其规格为长125mm×宽110mm×高197mm，其规格与传统静力水准仪相比大大减小。压力变送器测量的量程大，横河EJA110型差压变送器量程为50mm～10000mm(H2O)，测量精度为±0.075%，分辨率为±0.01%。当各压力变送器之间最大高差在10cm以内时，其测量精度可达±0．1mm，与传统静力水准仪精度相当。当高差为1m时，其测量的精度为±0．75mm，分辨率为±0．1mm，可以弥补传统静力水准仪器量程小的缺点，使得沉降监测系统设计和安装更为方便，在线路纵断面设计坡度变化较大的区段更具有优势。压力变送器都是工业级应用产品，其长期稳定性5年可达±0.1%，可连续工作5年不用调校零点，温度、静压对其影响很小，在高温、高压环境下均能保持较高的稳定性。
基于压力变送器的沉降监测系统主要由现场监测设备及传感器子系统、数据采集与传输子系统、监控中心、用户子系统四大部分组成，如图2所示。监测设备与传感器子系统主要是布置在监测现场的压力变送器和采集器等硬件设备;
数据采集与传输子系统的主要功能是对采集器进行控制，定期采集相应的数据并向监控中心传入数据，并执行相关命令;
监控中心是整个监测系统的控制中心、数据存储中心、数据处理、分析和评价中心、监测预警发布中心;
用户子系统实现将各种数据实时按需求向用户展示，并且接受用户对系统的控制与输入。
在现场采集端，压力变送器测量的是流体的过程压力，因此需要单独设置储液罐来保证整个系统的压力。在系统的一端设置储液罐，并与各个压力变送器的高压端用连通管连通，保障储液罐中液面的高度高于所有压力变送器中心位置的高度，如图3所示。当监测区段较长时，为保障整个系统的压力，可以在系统两端头分别设置储液罐。各监测点之间安装高差可根据测量精度选择，为保障监测精度优于±1．0mm，监测点之间最大高差不宜大于1m。
系统充入的液体一般采用防冻液，若用纯净水作为介质，应在水中加入防腐剂，防止液体变质。将防冻液倒入储液罐中，然后依次从最远端打开压力变送器排气阀门排气，直到传感器监测数据稳定为止。用密度计在储液罐处测量填充液体的密度，作为参数输入，换算得到各监测点相对储液罐液面的高度差。
在某违章建筑拆除对轨道交通隧道结构影响自动化监测项目中，为及时掌握其拆除过程中对隧道结构的影响，利用基于压力变送器的沉降监测系统对该段隧道进行了实时沉降监测，同时还布设了应力监测传感器。受影响范围内轨道交通隧道分为单洞双向和两个单洞单线两种断面，受影响范围长度约为160m，线路纵断面坡度设计最大为42.5‰，区间隧道拱顶最大高差为7．5m，若采用传统静力水准仪设计和安装均十分困难。
该项目一共布置5个监测断面，断面间距约50m，压力变送器均安装在隧道左侧拱肩部位，在线路北侧稳定区域设置基准点压力变送器与储液罐，压力变送器之间最大高差约为220mm，压力变送器采用横河EJA110A型，采集器采用基康BGK－Micro－40测量单元，数据采样间隔为10min。
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【2019-01-09压力变送器在轨道交通结构监测中的运用】签名：智能差压变送器
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