地鐵自動(dòng)化監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)

譚少飛

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東青島 266000）

新建工程施工時(shí)，地層變形以及土壓力的變化均會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生較大影響，造成既有線發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致軌道變形等問題，對(duì)地鐵正常運(yùn)行造成重大影響。需要對(duì)新建項(xiàng)目以及既有線結(jié)構(gòu)加強(qiáng)監(jiān)測，通過人工和自動(dòng)化設(shè)備結(jié)合的方式及時(shí)掌控變形程度及規(guī)律，保障既有線結(jié)構(gòu)安全。

1 工程概況

西咸新區(qū)世紀(jì)大道為城市主干道，道路下方敷設(shè)西安地鐵1號(hào)線（灃河森林公園站—上林路站）；西咸客運(yùn)站人行天橋（樁號(hào)K1+126.512）距河森林公園站—北槐站區(qū)間橋樁3.6 m，能夠滿足外部活動(dòng)凈距控制管理最小指標(biāo)值要求，但非常接近極限，須對(duì)西安地鐵一號(hào)線隧道進(jìn)行監(jiān)測。

2 監(jiān)測原理

在測量點(diǎn)上安置機(jī)器人，在目標(biāo)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)處安裝棱鏡?；陔娎|的鏈接方式，在計(jì)算機(jī)與機(jī)器人之間搭建成基站，通過機(jī)器人進(jìn)行周期性的檢查觀測，利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)加工處理，獲得三維變形量，進(jìn)行安全性分析。

3 施工方案

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)、站測點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。

西安地鐵1號(hào)線已運(yùn)營，在檢測中需要采用自動(dòng)化檢測方式，監(jiān)測區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)水平及垂直方向的位移。采用自動(dòng)全站儀、柔性測斜儀、裂縫計(jì)等設(shè)備與軟件系統(tǒng)相結(jié)合，建立結(jié)構(gòu)形變自動(dòng)檢測系統(tǒng)，對(duì)區(qū)間隧道的管片、頂板以及道床等三維變形值進(jìn)行檢測。

（2）設(shè)備布設(shè)。

將基準(zhǔn)邊設(shè)置在穩(wěn)定位置，使其與變形區(qū)具有足夠的距離。變形區(qū)檢測過程中，整個(gè)監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)要布置在變形區(qū)兩側(cè)，且數(shù)量大于8個(gè)。各基準(zhǔn)點(diǎn)交錯(cuò)分散布置，保證基準(zhǔn)點(diǎn)之間有一定的角度和距離。布置工作基站時(shí)，先制作全站儀托架，將其安裝在隧道管片側(cè)壁上，高度保證距離隧道底約1.2 m。為保證設(shè)備安裝后運(yùn)行穩(wěn)定，埋設(shè)完成后，定期對(duì)元器件設(shè)備進(jìn)行檢修。

西咸客運(yùn)站人行天橋橋樁施工影響隧道監(jiān)測斷面的路段為Y（Z）DK1+110～Y（Z）DK1+140，合計(jì)雙向60 m；施工影響隧道區(qū)間間距5 m及10 m一個(gè)斷面。監(jiān)測點(diǎn)布置中，每個(gè)斷面的拱頂、拱腰應(yīng)布置3個(gè)豎向位移監(jiān)測點(diǎn)、3個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)、2個(gè)隧道水平收斂監(jiān)測點(diǎn)、2個(gè)道床沉降監(jiān)測點(diǎn)和2個(gè)軌道靜態(tài)幾何形位監(jiān)測點(diǎn)。為了避免小視場中棱鏡分辨出現(xiàn)問題，埋設(shè)時(shí)將距離較遠(yuǎn)的斷面錯(cuò)開距離安裝埋設(shè)。

4 施工方法

4.1 沉降監(jiān)測方法

本工程采用幾何水準(zhǔn)測量方法，使用電子水準(zhǔn)儀按水準(zhǔn)控制網(wǎng)進(jìn)行觀測。水準(zhǔn)線路采用閉合或附合的方式，以奇偶站交替的方法進(jìn)行水準(zhǔn)觀測。

（1）往測。

奇數(shù)站：后-前-前-后；偶數(shù)站：前-后-后-前。

（2）返測。

奇數(shù)站：前-后-后-前；偶數(shù)站：后-前-前-后。

在觀測中按照相應(yīng)的檢測規(guī)范的技術(shù)要求進(jìn)行觀測。

垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測主要技術(shù)指標(biāo)及要求如表1所示。

表1 垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測主要技術(shù)指標(biāo)及要求

4.2 自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

本項(xiàng)目使用中國鐵建自主開發(fā)的城市地下大空間可視化自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)集成QimMos自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，采用QimBox系列RT3000-STA監(jiān)測智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、高精度測量機(jī)器人拓普康全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用QimMos+網(wǎng)頁端監(jiān)軟件搭載中國鐵建地下空間可視化自動(dòng)監(jiān)控云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控、數(shù)據(jù)分析報(bào)表下載和數(shù)據(jù)預(yù)警。

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測狀態(tài)實(shí)時(shí)查看、監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)瀏覽，成果分析、動(dòng)態(tài)顯示與預(yù)警同步完成、24 h無人值守、自動(dòng)化監(jiān)測隨點(diǎn)即行。

4.3 自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)工作流程

建立通信，將機(jī)器人與計(jì)算機(jī)連接。調(diào)整串口參數(shù)，將測量機(jī)器人初始化，設(shè)置行測站及控制限差。也可以通過直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方式執(zhí)行觀測任務(wù)，完成所有的調(diào)試設(shè)置后，開始進(jìn)行自動(dòng)觀測。完成一周期觀測后，軟件會(huì)自動(dòng)處理原始數(shù)據(jù)，自動(dòng)將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給聯(lián)系人。

4.4 外部監(jiān)測

在場地開挖影響范圍以外布設(shè)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，組成監(jiān)測點(diǎn)的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，方便各測點(diǎn)的監(jiān)測，相互校核。水準(zhǔn)觀測路線布置中，保證視距差滿足精度要求、符合變形監(jiān)測要求。對(duì)儀器安裝位置進(jìn)行測量，使用油漆做好標(biāo)記。

基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離施工影響區(qū)，保證基準(zhǔn)點(diǎn)在穩(wěn)定的區(qū)域，保障測量的精度。位移計(jì)算時(shí)，保證基準(zhǔn)點(diǎn)的圖形結(jié)構(gòu)和位置精度，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離大于100 m。

（1）沉降測點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求布設(shè)。

沉降觀測點(diǎn)埋設(shè)示意圖如圖1所示。

圖1 沉降觀測點(diǎn)埋設(shè)示意圖

（2）建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)采用L形點(diǎn)位標(biāo)志法。利用沖擊鉆在墻柱上打孔，在打好的孔中安裝測點(diǎn)，通過灌注混凝土或灌膠的方式固定。

為保證固定強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)孔進(jìn)行清掃處理，在點(diǎn)位附近做好標(biāo)記。設(shè)置建筑物觀測點(diǎn)時(shí)，應(yīng)避開障礙物，保證有足夠的空間方便測量。

（3）沉降觀測的等級(jí)為二等，兩個(gè)相鄰點(diǎn)的高度誤差在±0.5 mm以內(nèi)。與基準(zhǔn)點(diǎn)相比，觀測點(diǎn)高程之間的誤差在±1 mm以內(nèi)。為保證整體的計(jì)算準(zhǔn)確性，在施工中要嚴(yán)格執(zhí)行《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）要求。

水準(zhǔn)外業(yè)觀測要求為視線長度≤35 m、前后視距的差值≤1 m、前后視距差累積≤3 m、基輔分劃讀數(shù)差≤0.3 mm、基輔分劃高度之差≤0.5 mm、水準(zhǔn)線路閉合差≤0.5mm（n為測站數(shù)）。

定期檢測儀器i角（視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸間夾角不大于1″）檢驗(yàn)，確保儀器的性能。

4.5 現(xiàn)場巡查

施工期間，保證每天現(xiàn)場巡查次數(shù)不小于1次，主要對(duì)裂縫、漏水漏氣情況、混凝土剝落情況、地表缺陷以及監(jiān)測點(diǎn)元器件的完好情況進(jìn)行巡視檢查。

4.6 監(jiān)測周期及頻率

（1）內(nèi)部監(jiān)測周期及頻率。

各監(jiān)測對(duì)象的每一個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目實(shí)施分工前監(jiān)測、過程監(jiān)測和工后監(jiān)測3個(gè)階段進(jìn)行。

工前監(jiān)測：主要采集初始數(shù)據(jù)，在工程施工前完成。初始數(shù)據(jù)采集時(shí)每個(gè)測點(diǎn)監(jiān)測3次。

過程監(jiān)測：風(fēng)險(xiǎn)工程監(jiān)測項(xiàng)目一般按普通頻率監(jiān)測，重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)工程和重要施工階段、重要工程部位或監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警狀態(tài)時(shí)，增加監(jiān)測頻率；過程監(jiān)測一直持續(xù)至監(jiān)測部位主體結(jié)構(gòu)混凝土施工強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

工后監(jiān)測：對(duì)重要結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行工后監(jiān)測，頻率為每月1～2次，在工程竣工試運(yùn)行后結(jié)束。

（2）監(jiān)測頻率。

確定檢測頻率時(shí)，在系統(tǒng)能準(zhǔn)確反映被測量目標(biāo)變化情況的前提下進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。

監(jiān)測范圍：西咸客運(yùn)站人行天橋橋樁施工影響范圍。

監(jiān)測周期：監(jiān)測工作應(yīng)從影響范圍內(nèi)基坑施工前測定監(jiān)測項(xiàng)目的初始值開始，直至工程建設(shè)全部完成，預(yù)計(jì)監(jiān)測周期為9個(gè)月。

監(jiān)測階段及頻率：施工期間4 次/d，施工結(jié)束后一個(gè)月1 次/3 d。

備注：施工結(jié)束后延長監(jiān)測1個(gè)月，數(shù)據(jù)收斂后停止監(jiān)測；軌道靜態(tài)幾何形位、結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測頻率為1 次/3 d。

出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，提高監(jiān)測頻率，及時(shí)向業(yè)主及相關(guān)單位報(bào)告監(jiān)測結(jié)果。

①監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到警戒值。

②監(jiān)測數(shù)據(jù)變化量較大或速率加快。

③隧道內(nèi)大量涌水、長時(shí)間連續(xù)降雨。

④施工范圍內(nèi)附近地面荷載突然增大或超過設(shè)計(jì)限值。

⑤周邊地面出現(xiàn)突然較大沉降或嚴(yán)重開裂。

⑥出現(xiàn)其他影響區(qū)間及周邊環(huán)境安全的異常情況。

5 結(jié)語

西安地鐵一號(hào)線自動(dòng)化監(jiān)測施工應(yīng)用以高配置的人員及設(shè)備投入為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的監(jiān)測方法為手段獲取了高質(zhì)量的監(jiān)測成果。在檢測中實(shí)施動(dòng)態(tài)檢測，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的整體以及局部的形變情況進(jìn)行精準(zhǔn)把握，掌握其變化規(guī)律，便于采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，保障了地鐵的結(jié)構(gòu)安全，此技術(shù)的應(yīng)用也為后續(xù)類似項(xiàng)目的施工監(jiān)測積累了經(jīng)驗(yàn)。