地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)精度分析

周祥旭

沈陽(yáng)建筑大學(xué) 遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)精度分析

周祥旭

沈陽(yáng)建筑大學(xué) 遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

地鐵保護(hù)區(qū)具有其自身的特殊性，因此，一般情況下通過人工測(cè)量的方式對(duì)精度、監(jiān)測(cè)頻率等進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候往往不能滿足地鐵隧道的實(shí)際需求。精確度較高的機(jī)器人可以二十四小時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)，也不容易受到地鐵運(yùn)營(yíng)的影響，所以，其得到了地鐵隧道保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)工作的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。本文當(dāng)中以某地區(qū)的地鐵隧道保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)為實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)由LeicaTM30全站儀構(gòu)成的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了說明，深入探討了這一系統(tǒng)的精確度和可靠性。

特殊性；人工測(cè)量；監(jiān)測(cè)頻率；精確度；自動(dòng)化

一、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了有效的對(duì)臨近基抗對(duì)地鐵隧道的影響進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，工程使用的是LeicaTM30測(cè)量機(jī)器人來完成自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)，結(jié)合L型的小棱鏡測(cè)量隧道的水平位移和收斂變形、沉降。通過與Leica配套的GeoMoS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中，包含了兩個(gè)模塊，分別為Monitor監(jiān)測(cè)器和Analyzer。

在192m的監(jiān)測(cè)范圍當(dāng)中，上、下行線各自的布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面數(shù)量為二十五個(gè)，和儀器的最遠(yuǎn)距離達(dá)到了一百一十二米。每一個(gè)斷面分別在兩腰和道床上布設(shè)了三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體如圖一所示。

圖一 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)示意圖

因?yàn)樗淼雷陨聿⒉皇侵本€敷設(shè)的，所以，就選擇將全站儀安放于測(cè)區(qū)的中間位置上，將控制點(diǎn)布設(shè)在與測(cè)區(qū)距離較遠(yuǎn)范圍中的管壁上面，通過后方交會(huì)計(jì)算得出儀器坐標(biāo)和方位。結(jié)合儀器的坐標(biāo)和穩(wěn)定的后視點(diǎn)，通過極坐標(biāo)法對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算出其水平位移、收斂變形和沉降等等。如圖二所示。

圖二 現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)的情況圖

三、分析研究測(cè)量的精度

某一工程使用的是高精度的LeicaTM30測(cè)量機(jī)器人，其測(cè)角的精確度為0.5’’。就測(cè)量角度來說，在條件許可的情況之下，儀器精度可以實(shí)現(xiàn)一百二十米范圍當(dāng)中的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。為了對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和精確度進(jìn)行檢驗(yàn)，為了防止基坑開挖擾動(dòng)及開挖后土體徐變的影響，選擇基坑施工前穩(wěn)定性較高的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行探究分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從儀器設(shè)站點(diǎn)的精度、折光影響、列車運(yùn)行影響等多個(gè)角度的分析。

1、全站儀后方交會(huì)的精度

由于受到地鐵隧道空間條件的限制，控制網(wǎng)網(wǎng)形相對(duì)較差。為了比較后視控制點(diǎn)對(duì)儀器設(shè)站點(diǎn)精度所產(chǎn)生的影響，就在原有控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加了五個(gè)后視點(diǎn)，同時(shí)，盡可能確保后視點(diǎn)沿著隧道圓形方向均勻的分布，如圖三所示。

將加密控制點(diǎn)前后的儀器站點(diǎn)坐標(biāo)在不同的時(shí)段的改正量進(jìn)行對(duì)比，其比較的結(jié)果如圖四、圖五所示。

圖三 后視點(diǎn)的分布情況

圖四 加密控制點(diǎn)前儀器后方交會(huì)坐標(biāo)改正量

圖五 加密控制點(diǎn)后儀器后方交會(huì)坐標(biāo)改正量

根據(jù)圖四和圖五可以看出，在增加了五個(gè)控制點(diǎn)之后，后方交會(huì)計(jì)算儀器設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)精度得到了顯著的提升。因此，對(duì)后視控制點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的布設(shè)，并且，盡可能沿著隧道圓形方向均勻敷設(shè)，以此來提高控制網(wǎng)的可靠性。

2、對(duì)于管壁折光時(shí)的測(cè)量精度不予考慮

結(jié)合地鐵隧道的自身特征，布設(shè)在全站儀對(duì)側(cè)管壁的監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般情況下不會(huì)受到管壁折光的影響。工程當(dāng)中對(duì)于側(cè)管片點(diǎn)和隧道中央道床沉降點(diǎn)測(cè)量精度如圖六所示。

表1

圖六 對(duì)側(cè)管片測(cè)點(diǎn)測(cè)量誤差

3、列車運(yùn)行產(chǎn)生的影響

地鐵列車在側(cè)區(qū)范圍當(dāng)中運(yùn)作的時(shí)候，因?yàn)槭艿揭暰€的阻擋和振動(dòng)的影響難以進(jìn)行觀測(cè)。為了對(duì)列車振動(dòng)后對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，我們對(duì)運(yùn)營(yíng)期間和非運(yùn)營(yíng)期間全部測(cè)點(diǎn)鐘誤差的算術(shù)平均值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見表1。

從表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示來看，運(yùn)營(yíng)期間列車的振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生的影響是很小的，通過對(duì)儀器臺(tái)的固定和鉆孔埋設(shè)的方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。同時(shí)，列車長(zhǎng)期處于高頻率振動(dòng)的狀態(tài)會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生一定的影響，所以，定期對(duì)儀器進(jìn)行檢查校對(duì)是很重要的。

4、壁管旁折光的影響

對(duì)工程當(dāng)中的各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出儀器對(duì)側(cè)、同測(cè)、道床面不同測(cè)點(diǎn)的精度。和儀器在同側(cè)并且距離較遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)更容易受到壁管旁折光的影響，甚至還會(huì)大大降低數(shù)據(jù)的真實(shí)性。所以，在對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的時(shí)候要對(duì)管壁折光的影響進(jìn)行全面的分析考慮，檢查數(shù)據(jù)是否可用，并且對(duì)受到折光影響的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行再次布設(shè)。

四、對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析

工程當(dāng)中對(duì)于受到折光影響的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了重新分布。將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工測(cè)量成果進(jìn)行比較，如圖七、圖八所示。

圖七 管片累計(jì)收斂量對(duì)比

圖八 道床累計(jì)沉降量對(duì)比

通過圖七和圖八可以看出，臨近的基坑施工導(dǎo)致了地鐵隧道向基坑一側(cè)的水平位移、沉降以及隧道直徑擴(kuò)大的問題出現(xiàn)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與人工檢測(cè)的數(shù)據(jù)基本是一致的，因此，也對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證。

五、進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的

深基坑施工對(duì)于周圍環(huán)境產(chǎn)生了重要的影響，在基坑大量持續(xù)挖土的期間，由于基坑底下方的集運(yùn)隧道在豎直方向上的影響是最大的，這就給普通的常規(guī)測(cè)量方法增加了一定的難度。

通過應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法，及時(shí)了解本項(xiàng)目集運(yùn)隧道結(jié)構(gòu)變形狀況，通過對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量與預(yù)警值的比較和分析，提出預(yù)警預(yù)測(cè)；有效做好安全防范措施，確保施工的安全；將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果用于信息化反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理，施工快捷的目的。

結(jié)束語：

本文中根據(jù)工程的各個(gè)監(jiān)測(cè)成果可以得到以下的結(jié)論：高精度的測(cè)量機(jī)器人為隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的精度提供了有力的保證，在復(fù)雜的情況之下，儀器的可靠性顯得尤其重要，就運(yùn)營(yíng)的實(shí)際效果而言，LeicaTM30儀器完全符合相關(guān)的要求；由于地鐵隧道的空間十分狹小，這就給布設(shè)控制網(wǎng)增加了一定的難度，通過后方交會(huì)的方法進(jìn)行布設(shè)，可以使其分布更加的均勻，也可以增加更多的后視控制點(diǎn)，進(jìn)而大大提高了精確程度；隧道管壁折光、空氣粉塵等因素對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)產(chǎn)生著重要的影響，在對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的時(shí)候必須要防止“多棱鏡”情況的出現(xiàn)，對(duì)于考慮儀器與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系要進(jìn)行全面的考慮，提升測(cè)量的可視角度；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到的外界干擾因素比較多，因此，定期進(jìn)行檢測(cè)和人工檢測(cè)是很有必要的，可以為監(jiān)測(cè)的可靠性提供一定的保障。

[1]段偉，王敏，鐘金寧，左靖山.地鐵隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2015，(09)：91-94.

[2]黨永超.西安地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)與變形數(shù)據(jù)的分析研究[D].導(dǎo)師：楊志強(qiáng).長(zhǎng)安大學(xué)，2015.

[3]吳燦鑫，胡雷鳴，付和寬.地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)精度分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2015，(01)：137-138.

[4]姚冬.地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].導(dǎo)師：臧德彥.東華理工大學(xué)，2014.