液体静力水准测量原理

静力水准测量目前有连通管式静力水准和压力式静力水准两种装置，其原理图如图1所示。

目前在用的静力水准测量系统多为连通管式静力水准，其利用相连容器中静止液面在重力作用下保持同一水平这一特征来测量各监测点间的高差。各监测点间的液体通过管路连通，俗称连通管法，其特点是各个容器中的液体是连通的，存在液体流动和交换。压力式静力水准系统是近年才出现的，其容器间的液体被金属膜片分断，不存在液体间的相互交换，通过压力传感器测量金属膜片压力差的变化可计算监测点间的高差。

量程和精度是静力水准的两个重要指标。对于同一型号的传感器，一般情况下，量程越大，精度就越低。目前常用的连通管式液体静力水准仪有20mm~200mm多种量程，安装时要求同组的传感器大致位于同一水准面高度。压力式传感器的量程较大，一般大于500mm，现场安装要求可适当放宽。静力水准的标称精度一般与量程相关，不同型号的传感器标称精度通常为满量程的O.l%~O.7%。一等及以上精度的观测宜采用连通管式静力水准系统。

静力水准测量具有结构简单、精度高、稳定性好、无须通视等特点，易于实现自动化沉降测量。自动化测量应有配套的数据采集系统、通信系统以及数据处理与发布软件系统。静力水准测量系统一般采用在监测点上固定安装的方式，在轨道交通、大坝、大型建筑底板等建筑结构的差异沉降观测中有较广泛的应用。在大型设备安装的沉降观测中，也可使用。

连通管式静力水准系统要求所有测点的液面都位于一个水准面上，初始安装时要求各传感器安装在同一高度，安装高度的偏差直接影响沉降测量的量程。压力式静力水准系统的高差限制较宽，但也有相应要求。对于有纵坡的线路结构，常常需分段分组安装测线，相邻测线交接处应在同一结构的上、下设置两个传感器作为转接点(图2)。变形测量作业现场，静力水准的参考点很难布设到稳定区域，点位稳定性很难满足基准点的要求，应定期进行水准联测。

静力水准浮子上、下的活动范围有限，传感器的安装高度应统一，较大的差异直接影响其量程。应保证管路内液体的流动性，环境温度可能达到冰点的安装现场，填充液应采用防静力水准测量误差源主要有液面高度(受外界环境影响)、液压读取元件等两方面。液面高度受外界环境影响又分为:

1)非均匀温度场下管路内液体不均匀膨胀，导致液面高度变化;

2)不同气压、风力导致局部液面压力异常，导致液面高度变化;

对连通管式静力水准系统，同一测段内静力水准测量的沉降观测值按下式计算：

经验表明，液面受外界强迫振动影响显著。经对安装在地铁隧道内的一台电容式静力水准液面高度进行了跟踪观测，列车开过前后典型的液面振荡曲线见图3。该图表明，此传感器在列车通过前后的振荡幅度达O.85mm。静力水准观测时间应选在气温最稳定的时段，观测读数应在液体完全呈静态下进行。

静力水准测量系统在长期运营期间，难免发生液体蒸发引起的液面下降、个别传感器损坏、局部管路渗漏等情况，应定期对其进行维护。发生意外情况时为保证数据能顺延，静力水准测量系统应与水准测量进行互校。