01 概述

常规岩土监测位移监测使用的是测斜仪居多。活动测斜仪用于手动人工现场测量，后方处理数据。近几年出现的AT蓝牙测斜仪可以实现现场查看数据及曲线，但也不能即时生成报表及书面报告。

对于自动监测基坑、桩基等侧向位移的系统，传统上都是使用固定式测斜仪。MEMS型固定式测斜仪系统是由MEMS型固定式测斜仪和其配套的数据采集系统CR1000组成。其基本解决了可自动采集数据、无人看守的问题。但其安装稍微复杂一些，该系统是由固定测斜仪传感器、测轮、不锈钢连接管等部件组成，同时还要安装专门的测斜管。传感器间距可随意布置，但布置的过密会直接提高系统造价，如果过疏的话，可能会错过滑动带。通常安装是确定了滑动带，将固定测斜仪集中在滑动带附近布置，这样才会达到少花钱多办事的效果。而对于无法确定滑动带的项目，尤其是新项目来说，在测斜孔里通长布置固定测斜仪，无疑会增加很多造价。

基于此，现引进GBMS柔性测斜仪系统，既可安装于钻孔中监测沿地层深度的土体变形，也可安装于建筑物表面监测其变形特性；如隧洞、地下空间断面收敛；油罐地基、轨道沉降；桥梁、挡土墙、轨道扭曲等三维建筑物的变形特征。

GBMS柔性测斜仪由一系列连续相接的MEMS加速度传感器构成，系统可自动确定每个传感器单元的空间形态，从而实现对目标物的三维变形监测。

在钻孔中安装时，无需使用传统导槽型测斜管，仅使用普通30mm小直径PVC导管加以保护即可，相较传统固定测斜仪，可大幅减少钻孔与测斜管成本，安装简便。

每个三维连续型变形测量单元长度为500mm或1000mm，相较于传统固定式测斜仪2m~3m 的测量标距，测点数量增加了4~6倍，从而大大提高了地层变形监测精度。

02 3DGBMS柔性测斜仪系统

1、系统构成

阵列式柔性测斜仪由MEMS加速度计传感器、内置电路板、标准测量单元，特殊不锈钢外包护套等部件构成。每支柔性测斜仪单元长度为500mm或1000mm，可根据实际工程情况选用。

该系统安装无需测斜管。可以将内径30mm的PVC管直接下放到钻孔中，无需再钻孔中放置其他测管。如孔内条件较差，也可以放置管径为70的PVC管，起到保护钻孔的作用。

监测数据可由通过连接笔记本电脑现场采集方式，也可由自动采集设备采集并通过远程通讯方式RS485，3G或4G通讯网络等方式。数据可以直接传输到项目部，或者任意可联网的场所。通过自由的数据分析软件在线分析数据。同时，采集系统可任意调节观测数据频率，可确保在重要时段实时监测，确保工程安全。

安装于笔记本电脑的采集软件可用于实时处理从GBMS获取的变形测量数据、可视化变形曲线、可以ASCII或MATLAB格式文件的变形物理量（X，Y，Z，角度，加速度等）。

2、系统指标

*表示在标准试验室内测试所得。

3、垂直安装

首先确保传感器的总长度等于钻孔的深度。准备与孔深相同长度，内径为30mm的PVC管。

有两种方式，一是先将PVC管安装在钻孔中，之后再将GBMS柔性测斜仪顺序放入PVC管中。二是将PVC管全部套入GBMS柔性测斜仪，再整体放入钻孔中。通常现场宽阔的场地可以按照第二个方法操作，狭窄区域只能按照第一种方法操作。

由于传感器自重较大，现场需要配备一根不锈钢丝绳，长度要大于孔深。将不锈钢丝绳一端与传感器的底端相连，并固定好，用这根钢丝绳控制传感器下放的速度，也可以起到保护传感器的作用。同时，将准备好的灌浆管绑到仪器的外侧，一同下放。

在整个安装过程中，要注意终端电缆的保护，防止被划破。对于露出电缆的芯线，暂用防尘或绝缘胶带包裹缠紧，防止进水。

按上述操作，直到传感器（最上一支传感器）的顶部，将传感器固定到外壳上，这样传感器就不会在外壳内移动。这将帮助传感器面对同一个方向。传感器的方向应为施工现场。

X轴线位置标记在传感器外壳上。这个标记表示出在三维坐标系统中的X方向。因此，这个标记应指向预期位移的方向。例如，如果要测量构筑物的水平位移，x轴标线应面对现场。对于隧道安装，标记应面向容易看见的内部。对于铁路沉降系统，标志应向上。

具体安装细节，参见GBMS柔性测斜仪安装手册。

这里，仅提供一些现场安装照片做展示。

03 自动采集系统

1、系统构成

自动化采集系统主要由CR800控制模块、AM16/32接线模块、电源、蓄电池、太阳能板、通讯模块、保护箱等组成。可实现野外无人看守、自动传输数据功能。

该系统已经被证实在岩土应用领域里非常可靠，而且可以兼容几乎所有的传感器和数据采集单元。独立的一个数据记录装置可以读取在小范围内的很多支传感器。配置附加的数据记录装置可以读取在比较广的范围内分布的传感器。这样可以缩短信号电缆的长度，减少噪音所带来的问题，并能使危害到建筑物的电压和瞬时电流现象减少到最小。

数据采集可分为有线连接和无线连接。

数据采集的有线连接包括直接与电脑，电话调制解调器，短途调制解调器和多支路网络连接。有线连接通常花费较低而且安装简单。也可以更好的应用于数据实时监测。

数据采集的无线连接包括调制解调器单元，扩张波谱无线电调制解调器和受许可的频率无线调制解调器或者单独的GPRS无线模块和单独的存有数据流量的SIM卡。在遇到远距离，现场交通问题或者其他障碍物遮挡等问题时，有线连接都很难实现，而无线连接就非常有用。同时，在一定程度上，无线连接可以减少电流瞬时现象产生的问题。

2、技术指标

模拟输入通道数：16个，

最大扫描速率：100Hz，

最大输入电压：±5000mV，

模拟电压分辨率：0.67μV，

A/D位数：13，

输入阻抗：20GΩ，

突发模式：1.5KHz，

脉冲通道：2个，

模拟输出激发通道：3个，

激发电压：±5000mV可调，

数字端口：8个I/O口，

供电：9.6～16V直流，

程序内存：1M，

数据内存：2M，

工作温度：-20～+50C，-55～+85C（扩展后），

内部时钟精度：±3分钟/年

3、系统构建

可采用悬挂安装的采集单元，也可固定在基座上或安装在电缆沟内。将电源线、通讯线和接地线接入采集单元内相应的接线柱上，并做好接地等。

配置的采集系统防护箱可以防止水气的侵入，机箱底部采用塑料密封接头，所有部件固定在机箱安装钢板上，智能数据采集模块安装在机箱内，具体的布置应视现场的情况而定。机箱接地线柱应用导线与地网连通，若安装部位附近无接地网，可用φ36mm的钢筋打入地下2m并与导线焊接；仪器电缆应理顺后穿进机箱，尽量避免交叉。

仪器设备的电缆敷设是一项十分重要的工作，同时做好电缆的防护工作。通常将露出地面上的电缆穿管（环境较差的现场可选用钢管）保护，或依据现场情况而定，但绝不能将电缆裸露在外。在安装保护管时，一定要把管的两头用锉刀锉平，不能留有毛刺，避免损伤电缆。

4、软件系统

数据采集软件通常使用LOGGERNET软件。

LoggerNet软件是CSI开发的一种集通讯和数据采集于一体的应用软件，是可以运行在Windows XP或Windows 7环境下的软件。用户可通过该软件完成配置、建立计算机和数据采集器的连接、发送采集程序、收集数据、观察实时数据、可以及简单数据分析等。

5、数据分析

04 工程案例

某水电站边坡项目应用成果

库区堆积体新增测斜孔，采用了85米3DGBMS柔性测斜仪。截止目前，监测数据一切完好，满足工程需求。

现场环境

探测钻孔通畅性

下放套管

固定设备

开始安装

最后按设计要求，孔口预留1米。

孔口防护框架

现场测读数据

后期数据成果

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