地铁自动化监测精度的研究

闫志通

杭州地铁运营有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：随着社会的快速发展，城市地铁运营线路的快速增加，临近地铁的深大基坑项目也不断增多，这些基坑施工造成地铁产生较大的变形和位移，严重威胁地铁的安全。传统的人工监测方法已不能满足地铁监测周期短、时效性强的要求，而自动化监测可实时提供稳定可靠的高精度动态监测数据，是目前的研究方向和趋势。以某地铁保护区工程项目为例，介绍了自动化监测系统的构成与运行、监测网布设等内容，监测数据准确反映了基坑开挖对地铁的影响规律，验证了该方法的可行性及可靠性，有效保证了地铁的结构和运营安全，适宜在类似项目中推广应用。

关键词：地铁自动化；监测精度；研究

引言

地铁基坑施工期间，自动化监测通常应用在以下几个方面：基坑变形监测可以实时获取基坑的变形情况，包括基坑倾斜度、位移等数据信息。通过对基坑变形的实时监测，可以及时发现基坑变形是否超过设计标准值。通过采取处理措施避免工程险情的发生。支护结构受力监测可获取基坑支护结构的受力情况，它通常包括支护结构的应力、位移、内力等数据信息。通过对支护结构受力的实时监测，可以及时发现支护结构受力不均衡、支护结构变形过大等问题。周边环境变化监测可对工程周边环境变化进行实时监测，包括地表沉降、裂缝、周边建筑物变形等数据信息。通过对周边环境变化的实时监测，可以及时发现周边环境变化是否对基坑安全造成影响，避免因环境因素导致施工险情的发生。

1施工方案

基准点、站测点和监测点的布设。杭州地铁1号线已运营，在检测中需要采用自动化检测方式，监测区间隧道结构水平及垂直方向的位移。采用自动全站仪、柔性测斜仪、裂缝计等设备与软件系统相结合，建立结构形变自动检测系统，对区间隧道的管片、顶板以及道床等三维变形值进行检测。

设备布设。将基准边设置在稳定位置，使其与变形区具有足够的距离。变形区检测过程中，整个监测网的基准点要布置在变形区两侧，且数量大于8个。各基准点交错分散布置，保证基准点之间有一定的角度和距离。布置工作基站时，先制作全站仪托架，将其安装在隧道管片侧壁上，高度保证距离隧道底约1.2m。为保证设备安装后运行稳定，埋设完成后，定期对元器件设备进行检修。客运中心站人行天桥桥桩施工影响隧道监测断面的路段为Y（Z）DK1+110~Y（Z）DK1+140，合计双向60m；施工影响隧道区间间距5m及10m一个断面。监测点布置中，每个断面的拱顶、拱腰应布置3个竖向位移监测点、3个水平位移监测点、2个隧道水平收敛监测点、2个道床沉降监测点和2个轨道静态几何形位监测点。为了避免小视场中棱镜分辨出现问题，埋设时将距离较远的断面错开距离安装埋设。

2既有线内安全管理要点

出工作业前：确认当晚作业计划；施工前进行劳保用品检查；作业人员作业前应劳保着装、穿绝缘鞋，严格按照相关施工作业流程进行操作；对进入地铁实施作业的人员进行安全教育；在运营方批准后的指定区域进行工作。作业区间：进入现场佩戴统一标识，严禁操作与现场监测工作无关的设备。安装的仪器设备不得损坏和妨碍隧道内现有的其他设备；每次监测作业完成后，都需对现场自动化设备进行一次全面巡检，以防影响行车安全；作业人员进出站应遵守车站规定；如有用火、用电、特种作业和使用特种设备等其他情况，需办理手续；须严守施工结束时间，不能影响运营；严禁在区间内吸烟、随地大小便；下轨道前须经由地铁运营现场负责人员确认通知；如作业过程中需搭设脚手架等登高设备，须经地铁公司同意，由有资质的人员搭设，距地高于2m作业时须系好安全带。作业完工后：全部工程完工后，拆除一切须拆除的监测设施，并做好场地清理工作。设备安装及拆除完成后需由工程主持人填写监测设备安装拆除检查报告，统一备案。

3地铁隧道施工监测系统构成

徕卡TS30全站仪。徕卡TS30全站仪是地铁隧道施工自动化监测过程中最常使用的仪器，该种仪器可以实现调节焦距、监测正倒镜、自动记录数据、自动识别目标并对准等，因而在具体使用时，工作人员只需大致瞄准需要辨别的目标，无需再进行人为调节焦距和精准校定，自动监测效率因而大幅度提高。地铁隧道施工中，徕卡TS30全站仪是一种比较常用的自动化监测仪器设备，该仪器精度是：测距精度±(0.6mm+1ppm×D)mm，而测角精度为0.5″。实际监测工作中，该仪器可利用专业SmartMonitor监测软件对监测目标与监测时间进行控制与设定。徕卡TS30全站仪监测设备能够实现全自动化整平、调焦、观测正倒镜以及记录观测数据等，且该设备具有自动识别与ATR照准功能，操作人员只要粗略瞄准棱镜，便可应用徕卡TS30全站仪自动搜索目标棱镜与自动瞄准，无需人工干预就可精确进行瞄准与调焦，一定程度上使得施工监测工作效率得到了明显的提高。

反射棱镜与计算机设备。地铁隧道项目施工中，轨道床道与拱顶等部位安装反射棱镜，反射面与工作基站对准，以此配合徕卡TS30全站仪对监测目标进行自动识别。徕卡TS30全站仪连接计算机设备，通过专业监测系统进行自动化监测，应用电缆、电源及储存等设备实施储存并分析数据，形成最终监测报告。

Smart监测软件。地铁隧道项目施工中，该监测软件可与徕卡TS30全站仪配合完成施工任务，并在SQL数据库中储存取得的数据。另外，该监测软件还能根据实际监测情况适当地增加监测循环，以此确保持续而循环往复地进行施工监测。

处理分析数据。Smart分析系统结合自身编写的程序形成通用型“科傻软件”，实际数据分析处理中，人为删除异常信息，将平均值用于最终周期监测结果，再根据监测结果绘制偏移折线图，以此形成监测报告并充分呈现地铁隧道施工实际变化情况。

4自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的具体应用

4.1平面控制网的布设

对于建筑物地基基础及场地的位移观测，宜按二个层次布网，由控制点组成的控制网，由观测点与所联测的控制点组成扩展用。控制网采用测角网、测边网、边角网或导线网，扩展网和单一层次布网可采用交会法（角交会、边交会、边角交会）、基准线或附合导线等形式进行。对于一、二级及有需要的三级控制点采用有强制对中装置的观测墩。其对中误差不应超过0.1mm，控制点应便于长期保存，加密，扩展和寻找，相邻点之间通视好，不受旁折光的影响。基准点，工作基点以及联系点，检核点和定向点，应根据不同布网方式和构形，根据《建筑变形测量规程》的要求进行布设，每个测区基准点不少于3个，每个测区的工作基点不少于3个。基准点及工作基点埋设在地基稳固，且不易破坏且远离三倍基坑深度的外的地方，并加保护盖其中在监测过程中定期进行校核。

4.2设基准点

为了确保在建设5号线时，有效预防各种行为活动对3号线造成的影响，加强对3号线在施工路段的各种情况监测力度是非常必要的。5号线在建设过程中，会对周围环境造成影响，可能由于施工的原因导致3号线的管道及道床等出现沉降，这会影响3号线的正常运转，甚至会带来安全隐患。同时，在地铁轨道施工时应用自动化监测技术可以极大节省人力物力，还可以提高监测精准度。因此要大力推动自动化监测技术的应用，扩大在地铁施工和地铁运营状态监测中的应用范围，实现大规模自动化监测有良好的现实意义。结合上文实例，应用自动化监测技术监测地铁建设情况及周围环境变化时，需要先布设基准点，首先，应结合5号线的实际施工情况和相关人员操作行为等探讨3号线中可能出现变形的位置，其次结合预测信息在可能存在变形的区域外一定范围内布设监测基准点，一般情况下为了准确监测整体情况，保证监测效果，会设置3个基准点。最后，安排具有实际操作经验和丰富知识的人员定期检查观测监测基准点的稳定性，并有效维护基准点与置镜点之间的距离，确保距离符合监测要求。另外，监测点的距离不能超过基准点与置镜点之间的距离，满足上述几点要求，才能确保监测点获得的信息更为符合实际，具有参考分析价值。

4.3分析监测数据

监测时，需要确保地铁隧道变形的垂直位移和水平位移在1cm以内，同时应设置相应参数，确保地铁隧道变形超过0.3cm系统就会报警提示，同时隧道变形的沉降速率需要保持在0.2cm/d以内，对于道床而言，可以承受的最大沉降值为0.4cm，因此在设置报警参数时为了提高安全性，应设置警戒值为0.3cm。并确保相关报警系统保持灵敏度，在自动监测时，发现超出警戒值的现象时，自动进行报警。本次案例在实际监测时，道床沉降速率和沉降值均超出警戒值，相关人员将监测数值与静力水准监测数值进行了比较，最后发现智能型全站仪监测系统更为准确。针对3号线部分区域的变形情况，施工方组织了专家进行讨论，举办了多次问题分析会和应对措施讨论，最终制定科学、合理的沉降应对方案，对于变形较为严重区域采用了注浆加固方式，结合具体情况，合理充分地应用单液浆和双液浆相结合的方式，以及拱部径向注浆等方式，确保沉降区域内的沉降点短时间内隆起，保证隧道整体质量。

4.4数据采集及传输系统

一般来说，数据采集及传输系统主要是由数据监测采集设备以及传输设备构成，同时也需要得到稳定的电力提供。另外，为了能够应对相对复杂的监测环境，需要对数据的采集及传输系统不断融入其他系统，例如防雷系统，加强对设备机箱的保护力度，降低振动对设备带来的影响，进而确保城市地铁工程施工现场的数据采集及传输设备的稳定运行，为城市地铁工程的自动化监测技术的具体运用提供良好的基础。就目前来说，根据监测的类型进行区分，可以将监测设备分为沉降类型、水平位移类型、微距离变化类型以及应力应变类型等。其中沉岩土工程施工监测中的一些非常规数据能够整理后，采用修匀函数计算趋近值，对真实的响应函数进行表示。但是在这种技术方法应用的过程中，需要对岩土工程设计的计算点进行分析，然后通过局部加权对回归散点进行修匀。

4.5明确监测位置

明确监测位置，需要注意以下要点：在明确监测位置时，需要进行截面监测处理，即监测隧道检测位置的正交横截面，并加设大量监测点。同时，监测截面在地铁隧道施工中的分布需要具有较强的均匀性。以某地铁隧道施工为例，根据其设计需求可明确实际监测距离为500m，而每间隔10m需要设置一个监测截面，实际监测截面数量为30个，各个截面都需要加设5个监测点，并安装在道床沉降处于拱顶等位置。明确基准点。地铁隧道施工监测区域的基准点可划分为4个，并主要在里程方向较小与偏离变化大等位置进行安置。确定全站仪位置。结合实际需求可将全站仪位置确定在YK7＋205位置，而在YK7＋316位置科学加设后视点。

结语

地铁自动化监测技术是轨道交通结构安全监测的重要手段，尤其在特级和一级监护项目中发挥了无可替代的作用。自动化变形监测系统可准确、直观地获得每个监测点不同时刻的沉降量，在地铁施工中具有很好的监控作用，提高了施工安全性，最大限度地降低了施工风险。

参考文献

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