地鐵隧道中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用淺析

文鵬飛

摘 要：計(jì)算機(jī)設(shè)備的完善和信息技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了地鐵隧道工程建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用保證了地鐵工程信息的準(zhǔn)確性和全面性。本文結(jié)合工程實(shí)例就自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先闡述了工程案例，其次對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用方法進(jìn)行論述，然后闡述了工程應(yīng)用效果，旨在促進(jìn)地鐵工程建設(shè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地鐵；監(jiān)測(cè)點(diǎn)；效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.101

1 引言

地鐵隧道為城市地低下修建的隧道與軌道，電力快車的運(yùn)營(yíng)為人們提供了更加便利的公共交通服務(wù)。地鐵隧道工程建設(shè)內(nèi)容復(fù)雜，專業(yè)項(xiàng)目類型較多，因其運(yùn)營(yíng)客流量大、設(shè)備數(shù)量龐大，所以對(duì)工程建設(shè)要求十分嚴(yán)格。同時(shí)，地鐵隧道多修建在管道分布密集、地質(zhì)復(fù)雜、貫穿于城市主要樞紐位置，安全性和穩(wěn)定性控制難度大。[1]為此，可通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)建設(shè)過(guò)程中的地質(zhì)環(huán)境變化、工程數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，保證工程建設(shè)安全與質(zhì)量。

2 工程實(shí)例概述

某地鐵工程在施工階段對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)建立了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理和分析，可得工程施工對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響及地鐵結(jié)構(gòu)沉降規(guī)律，依此為參考優(yōu)化工程施工管理方案。該區(qū)間線路最小平面曲線半徑為350m，線間距離為10.0～15.0m，隧道軌面的埋深為10～32m。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

第一，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)。監(jiān)測(cè)斷面為被檢測(cè)位置的隧道正交橫斷面，需在該斷面上布設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。該項(xiàng)目一局設(shè)計(jì)圖紙，地鐵隧道長(zhǎng)處為500m，間隔10m設(shè)置一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共28個(gè)點(diǎn)。每個(gè)斷面共設(shè)置有5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為1個(gè)拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、2個(gè)道床沉降觀測(cè)點(diǎn)、1個(gè)拱腰沉降和1個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)如圖1所示。第二，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)。監(jiān)測(cè)區(qū)共設(shè)置有4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)于遠(yuǎn)離變形區(qū)大里程方向，2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)于小里程方向。第三，全站儀布設(shè)。全站儀安裝在YK7+205位置，后視點(diǎn)布設(shè)于里程為YK7+316，布設(shè)如圖2所示。

3.2 觀測(cè)方法

TS60全站儀安置在隧道中，應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，由計(jì)算機(jī)直接控制全站儀，按照設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置循環(huán)周期即可。監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，若監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差較大或者是監(jiān)測(cè)距離有障礙物，軟件會(huì)自動(dòng)采集該點(diǎn)信息，完成上述流程后繼續(xù)下一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的工作，直至循環(huán)周期結(jié)束。[2]通過(guò)計(jì)算機(jī)中的控制軟件，在觀測(cè)周期初始，可通過(guò)前后的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，依照該工作程序自動(dòng)完成所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)工作。

3.3 數(shù)據(jù)處理

3.3.1 距離差分改正

3.3.2 高差差分改正

在極坐標(biāo)的單向測(cè)量中，因?yàn)榇嬖谇驓獠钸@一不穩(wěn)定值，需對(duì)高差進(jìn)行差分處理?；鶞?zhǔn)點(diǎn)與測(cè)站間的高差為，該值已知，實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)站與基準(zhǔn)點(diǎn)1、2間的高差分別設(shè)為，計(jì)算如下：

3.3.3 平差處理

將經(jīng)過(guò)上述計(jì)算流程得到的觀測(cè)值輸入系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行平差計(jì)算，并進(jìn)行三維坐標(biāo)的解算。

4 應(yīng)用效果

從自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用周期來(lái)看，傳統(tǒng)人工檢測(cè)作業(yè)周期較長(zhǎng)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、復(fù)測(cè)、對(duì)比、反饋需6h，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1min即可完成全部作業(yè)。同時(shí)，自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)秩序1人定期檢測(cè)和維護(hù)便可保證系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，且該系統(tǒng)為一次性投入，后期的維護(hù)成本與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)維護(hù)相比可節(jié)約成本。[3]

該工程參考施工進(jìn)度控制與沉降觀測(cè)結(jié)果，采用線性回歸或非線性回歸方式分階段對(duì)時(shí)域外的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行推演和計(jì)算。依據(jù)設(shè)計(jì)與業(yè)主單位要求，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)的沉降量接近10mm或沉降速率大于2mm/d，則需向上反饋，組織各項(xiàng)目部協(xié)商施工整改方案，及時(shí)采用措施控制沉降，避免地質(zhì)安全與工程質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。該工程在第一觀測(cè)結(jié)算，累計(jì)沉降量為1mm，在第一階段觀測(cè)工作未收到施工作業(yè)影響。第二階段累計(jì)沉降速率快，工程由二號(hào)線盾構(gòu)施工進(jìn)入一號(hào)線危險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化不大。第三階段，累計(jì)沉降量具體表現(xiàn)為某個(gè)數(shù)值周圍的波動(dòng)由此可知土體又回歸為穩(wěn)定狀態(tài)，由此可知工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。

實(shí)踐表明，因自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作業(yè)效率高，所以該工程質(zhì)量、安全問(wèn)題在未發(fā)生前建設(shè)單位根據(jù)監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了提前處理，由此可見(jiàn)，自行化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在地鐵隧道中應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)不易受到外部環(huán)境影響，可24h連續(xù)作業(yè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，大幅提升了監(jiān)測(cè)效率。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地鐵隧道工程興建，建設(shè)范圍日益擴(kuò)大，但因隧道施工需大規(guī)模的基坑開(kāi)挖與支撐作業(yè)，若監(jiān)測(cè)管控不到位，易影響隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)此，需積極應(yīng)用新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，可直接分析問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整施工方案，在降低了建設(shè)成本的同時(shí)也不會(huì)對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度造成影響。由本文案例可知，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地鐵隧道工程建設(shè)中具有積極影響，應(yīng)大力推廣應(yīng)用并優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹權(quán)，李清明，項(xiàng)偉等.基坑群開(kāi)挖對(duì)鄰近既有地鐵隧道影響的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（s1）：552-556.

[2]吳石軍.基于智能型全站儀的地鐵隧道變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[J].鐵道勘察，2017，43（02）：7-10.

[3]李劍波.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在既有地鐵隧道搶險(xiǎn)項(xiàng)目中的應(yīng)用效果評(píng)述[J].四川建筑，2013，33（06）：187-190.