自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用

鄭明

摘 要：近年來，城市化進(jìn)程加快，地鐵成為大中城市快速發(fā)展的重要標(biāo)志。與一般的交通方式相比，地鐵緩解了城市交通壓力，提高了交通運(yùn)輸效率。但是，地鐵工程建設(shè)更為復(fù)雜，地鐵隧道工程建設(shè)對于施工技術(shù)有著更高的要求。當(dāng)前，隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)逐步被應(yīng)用于地鐵隧道工程中，實(shí)現(xiàn)了地鐵隧道施工的全過程管理。基于此，本文分析了自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道施工中的具體應(yīng)用，為地鐵施工提供了重要的技術(shù)支持，保障了地鐵隧道施工的安全性與便捷性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;監(jiān)測技術(shù);地鐵隧道;施工;應(yīng)用

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0134-02

1地鐵隧道施工監(jiān)測現(xiàn)狀

近年來，在各個(gè)城市的快速發(fā)展過程中，地鐵隧道工程逐步增多，這些工程的施工難度較大，在施工過程中存在一些不確定性因素，加大了地鐵隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)。在很多地鐵隧道工程的施工監(jiān)測方面，依舊使用著人工監(jiān)測方式，相比較而言，人工監(jiān)測方式的應(yīng)用較為成熟，且操作便捷。但是，人工監(jiān)測技術(shù)下，難以保障監(jiān)測的可靠性與準(zhǔn)確性，其監(jiān)測的效率低下，操作人員面臨著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，人工監(jiān)測存在諸多弊端。近年來，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)逐步被應(yīng)用于工程領(lǐng)域，在地鐵隧道施工監(jiān)測中，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)不僅保障了監(jiān)測的整體效率，還實(shí)現(xiàn)了全過程監(jiān)測，保障了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性[1]。在信息技術(shù)下，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道施工監(jiān)測中的應(yīng)用將是行業(yè)發(fā)展的主要趨勢。在我國地鐵隧道施工中，施工監(jiān)測的主要對象是隧道縱向與橫向變形、隧道管徑收斂變形。隧道縱向變形監(jiān)測中，電子水平尺系統(tǒng)與靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)是主要的監(jiān)測系統(tǒng)。靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)屬于先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，其獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有更高的精準(zhǔn)度、可監(jiān)測范圍大，是一種有效的監(jiān)測系統(tǒng)。而電子水平尺系統(tǒng)的應(yīng)用中，其可監(jiān)測范圍相對有限，受到監(jiān)測過程的影響，獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)可能與實(shí)際存在一定的偏差[2]。隧道橫向變形與管徑收斂變形監(jiān)測時(shí)，全站儀可以獲得理想的監(jiān)測效果，但是，監(jiān)測結(jié)果可能會(huì)受到通視因素的影響，必須在全站儀的應(yīng)用中，科學(xué)進(jìn)行各種影響因素的控制，提高監(jiān)測精度。

2工程概述

以某市的地鐵隧道工程為例，該工程施工過程中，基坑工程施工與周邊居民住宅區(qū)的距離較近，基坑西部為地鐵隧道周邊的居民住宅區(qū)，而基坑?xùn)|部、北部與南部均為正建、待建的道路工程。在實(shí)際的施工過程中，施工企業(yè)與人員需嚴(yán)格遵循安全施工規(guī)范，在地鐵隧道臨近60m的區(qū)域內(nèi)屬于保護(hù)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)的基坑工程施工要避免對建筑物等的損壞。

3自動(dòng)化監(jiān)測平臺(tái)

3.1全站儀

地鐵隧道工程施工中，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)能夠發(fā)揮重要的作用。在本工程中，徠卡TS30全站儀是主要的監(jiān)測設(shè)備，該種監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測精度相對較高，可以達(dá)到（0.6mm+1×10-6D）mm左右，其中，D表示的是實(shí)測距離，而測量角度在為0.5″。為保障良好的監(jiān)測質(zhì)量，在監(jiān)測過程中，可以應(yīng)用Smart監(jiān)測平臺(tái)來對監(jiān)測對象與相關(guān)參數(shù)加以科學(xué)調(diào)整，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化。此外，TS系列自動(dòng)化監(jiān)測全站儀的功能相對完善，功能的全面性可以保障監(jiān)測工作的順利進(jìn)行，比如，自動(dòng)調(diào)焦、自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄、自動(dòng)識(shí)別等功能，為監(jiān)測工作提供了便捷，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測的自動(dòng)化，發(fā)揮了自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢[3]。

3.2反射棱鏡設(shè)備

地鐵隧道施工過程中，反射棱鏡設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的應(yīng)用可以保障監(jiān)測工作的順利進(jìn)行。反射棱鏡設(shè)備一般安裝于拱頂與軌道床設(shè)備，安裝過程中需使用膨脹螺絲，安裝過程中，需要棱鏡反射面與工作基站始終保持一致性，保障自動(dòng)化全站儀識(shí)別目標(biāo)的靈活性與便捷性[4]。

3.3計(jì)算機(jī)

當(dāng)前，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)人工監(jiān)測的技術(shù)限制，提高了監(jiān)測的精度，其中計(jì)算機(jī)技術(shù)是保障監(jiān)測自動(dòng)化的核心技術(shù)。具體的應(yīng)用過程中，GPRS可以有效實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與全站儀的連接，應(yīng)用專業(yè)的監(jiān)測軟件、連接線路等，有效實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測過程中各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效傳輸。此外，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的存在可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存與分析，這些數(shù)據(jù)可以為施工人員的施工活動(dòng)提供重要的數(shù)據(jù)支持。

3.4監(jiān)測軟件

自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用過程中，監(jiān)測軟件是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)與技術(shù)中的關(guān)鍵要素。本工程中，通過Smart監(jiān)測軟件與全站儀的連接，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)地鐵隧道施工全過程的監(jiān)測。由于監(jiān)測軟件與監(jiān)測系統(tǒng)的功能完善性，監(jiān)測設(shè)備所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化存儲(chǔ)，而有關(guān)施工人員在施工過程中，能夠直接調(diào)取監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)解決了施工過程中存在的各種質(zhì)量與安全問題[5]。

3.5監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

地鐵隧道施工中，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)要發(fā)揮其作用，必須要做好監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，當(dāng)自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)與系統(tǒng)獲得相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)以后，需借助于專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件、程序與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，來進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的剔除與篩選。監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析上，需結(jié)合人工處理與數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢，將平均值作為周期監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，使得在地鐵隧道施工過程中，相關(guān)人員能夠獲得相應(yīng)的施工變形數(shù)據(jù)等。

4自動(dòng)化監(jiān)測工作

4.1明確監(jiān)測位置

自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用，需保障監(jiān)測位置的正確性。在監(jiān)測工作開始之前，專業(yè)人員需根據(jù)地鐵隧道工程的具體情況，確定監(jiān)測點(diǎn)布置的數(shù)量與位置。在監(jiān)測位置的確定上，需結(jié)合監(jiān)測隧道監(jiān)測位置的正交橫截面情況，盡量設(shè)置多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。地鐵隧道監(jiān)測中，需保持監(jiān)測截面在地鐵隧道中呈現(xiàn)均勻性分布狀態(tài)[6]。以某城市的地鐵隧道工程施工為例，工程的總體監(jiān)測距離達(dá)到了500m，為保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性，需將每個(gè)監(jiān)測截面的距離控制在10m左右。施工監(jiān)測過程中，必須要明確監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，使得在監(jiān)測過程中能夠獲得相應(yīng)的偏離情況。全站儀作為主要的監(jiān)測設(shè)備，在監(jiān)測過程中需結(jié)合工程的具體情況，保障全站儀安裝位置的合理性，避免通視條件不足對監(jiān)測產(chǎn)生的干擾。

4.2自動(dòng)化監(jiān)測模式

地鐵隧道工程施工監(jiān)測時(shí)，GPRS數(shù)據(jù)鏈起著連接作用，實(shí)現(xiàn)了全站儀監(jiān)測設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以在監(jiān)測過程中起到重要的設(shè)備管理作用。在自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行過程中，需結(jié)合監(jiān)測要求來確定循環(huán)周期、監(jiān)測位置，所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)之間要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)計(jì)算與處理。SQL數(shù)據(jù)能夠達(dá)到監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動(dòng)化存儲(chǔ)，如果在監(jiān)測過程中存在各種的監(jiān)測問題，相關(guān)的監(jiān)測軟件能夠及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，進(jìn)而解決各種的問題，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時(shí)存儲(chǔ)于監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的全周期循環(huán)。

5差分和平差分析

5.1偏離差分修正

5.4平差處理

偏離距離與高差修正系數(shù)得到以后，能夠直接獲得每一監(jiān)測位置的立體坐標(biāo)值，進(jìn)而獲得變化數(shù)值，得到監(jiān)測結(jié)果。

6特殊案例分析

在地鐵隧道施工監(jiān)測過程中，如果存在徠卡TS30全站儀無法確定棱鏡的情況，可以采用以下措施加以處理：（1）在CAD平面圖中標(biāo)準(zhǔn)原始坐標(biāo)值，點(diǎn)擊pline在特定的表格中將各個(gè)坐標(biāo)值之間用逗號分隔開，測量坐標(biāo)與圖紙坐標(biāo)不一致，正好相反，此時(shí)，可以進(jìn)行坐標(biāo)值的適當(dāng)調(diào)節(jié)，進(jìn)而將表格中的坐標(biāo)加以復(fù)制粘貼處理，直接進(jìn)行原始直線的繪制。（2）依次點(diǎn)擊“設(shè)置”、“編輯坐標(biāo)”、“插入”，可以獲得施工中可監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)，利用相關(guān)的操作可以對此節(jié)點(diǎn)加以測量，獲得測量數(shù)據(jù)。（3）確定原始值與圓的最近距離。（4）實(shí)施監(jiān)測處理，在監(jiān)測過程中判斷是否能夠獲得相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如果監(jiān)測數(shù)據(jù)難以獲得，可以重復(fù)進(jìn)行上述流程，直到可以獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)為止。當(dāng)獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)偏差的分析與處理，將數(shù)據(jù)偏差控制在合理的范圍內(nèi)。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)都可以應(yīng)用此種操作獲得，經(jīng)由這種處理方式，所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)更具完整性與準(zhǔn)確性，保障了地鐵隧道施工監(jiān)測的科學(xué)性，所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以直接作為施工的重要數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地鐵隧道施工質(zhì)量的控制。

7結(jié)語

近年來，隨著各個(gè)大中城市逐步開始實(shí)施地鐵工程建設(shè)，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)得到了更為普遍的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測技術(shù)相比，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)更具智能化的特征，能夠在地鐵隧道施工監(jiān)測中保持監(jiān)測的持續(xù)性、全面性，避免其他因素對監(jiān)測產(chǎn)生的不利影響，提高整個(gè)監(jiān)測的效率與質(zhì)量。未來的地鐵隧道施工監(jiān)測或者其他工程監(jiān)測中，自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)還有著更為廣闊的應(yīng)用前景。

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