地鐵自動化監測應用技術

譚少飛

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東青島 266000）

新建工程施工時，地層變形以及土壓力的變化均會對施工產生較大影響，造成既有線發生結構變形，導致軌道變形等問題，對地鐵正常運行造成重大影響。需要對新建項目以及既有線結構加強監測，通過人工和自動化設備結合的方式及時掌控變形程度及規律，保障既有線結構安全。

1 工程概況

西咸新區世紀大道為城市主干道，道路下方敷設西安地鐵1號線（灃河森林公園站—上林路站）；西咸客運站人行天橋（樁號K1+126.512）距河森林公園站—北槐站區間橋樁3.6 m，能夠滿足外部活動凈距控制管理最小指標值要求，但非常接近極限，須對西安地鐵一號線隧道進行監測。

2 監測原理

在測量點上安置機器人，在目標點和基準點處安裝棱鏡。基于電纜的鏈接方式，在計算機與機器人之間搭建成基站，通過機器人進行周期性的檢查觀測，利用軟件對數據加工處理，獲得三維變形量，進行安全性分析。

3 施工方案

（1）基準點、站測點和監測點的布設。

西安地鐵1號線已運營，在檢測中需要采用自動化檢測方式，監測區間隧道結構水平及垂直方向的位移。采用自動全站儀、柔性測斜儀、裂縫計等設備與軟件系統相結合，建立結構形變自動檢測系統，對區間隧道的管片、頂板以及道床等三維變形值進行檢測。

（2）設備布設。

將基準邊設置在穩定位置，使其與變形區具有足夠的距離。變形區檢測過程中，整個監測網的基準點要布置在變形區兩側，且數量大于8個。各基準點交錯分散布置，保證基準點之間有一定的角度和距離。布置工作基站時，先制作全站儀托架，將其安裝在隧道管片側壁上，高度保證距離隧道底約1.2 m。為保證設備安裝后運行穩定，埋設完成后，定期對元器件設備進行檢修。

西咸客運站人行天橋橋樁施工影響隧道監測斷面的路段為Y（Z）DK1+110～Y（Z）DK1+140，合計雙向60 m；施工影響隧道區間間距5 m及10 m一個斷面。監測點布置中，每個斷面的拱頂、拱腰應布置3個豎向位移監測點、3個水平位移監測點、2個隧道水平收斂監測點、2個道床沉降監測點和2個軌道靜態幾何形位監測點。為了避免小視場中棱鏡分辨出現問題，埋設時將距離較遠的斷面錯開距離安裝埋設。

4 施工方法

4.1 沉降監測方法

本工程采用幾何水準測量方法，使用電子水準儀按水準控制網進行觀測。水準線路采用閉合或附合的方式，以奇偶站交替的方法進行水準觀測。

（1）往測。

奇數站：后-前-前-后；偶數站：前-后-后-前。

（2）返測。

奇數站：前-后-后-前；偶數站：后-前-前-后。

在觀測中按照相應的檢測規范的技術要求進行觀測。

垂直位移基準網觀測主要技術指標及要求如表1所示。

表1 垂直位移基準網觀測主要技術指標及要求

4.2 自動化系統構成

本項目使用中國鐵建自主開發的城市地下大空間可視化自動監控系統集成QimMos自動監控系統，采用QimBox系列RT3000-STA監測智能網關進行數據傳輸、高精度測量機器人拓普康全站儀進行數據采集，使用QimMos+網頁端監軟件搭載中國鐵建地下空間可視化自動監控云平臺進行遠程操控、數據分析報表下載和數據預警。

系統可以實現監測狀態實時查看、監測數據實時瀏覽，成果分析、動態顯示與預警同步完成、24 h無人值守、自動化監測隨點即行。

4.3 自動監測系統工作流程

建立通信，將機器人與計算機連接。調整串口參數，將測量機器人初始化，設置行測站及控制限差。也可以通過直接導入數據的方式執行觀測任務，完成所有的調試設置后，開始進行自動觀測。完成一周期觀測后，軟件會自動處理原始數據，自動將處理后的數據發送給聯系人。

4.4 外部監測

在場地開挖影響范圍以外布設兩個基準點，組成監測點的水準控制網，方便各測點的監測，相互校核。水準觀測路線布置中，保證視距差滿足精度要求、符合變形監測要求。對儀器安裝位置進行測量，使用油漆做好標記。

基準點應遠離施工影響區，保證基準點在穩定的區域，保障測量的精度。位移計算時，保證基準點的圖形結構和位置精度，點與點之間的距離大于100 m。

（1）沉降測點根據設計要求布設。

沉降觀測點埋設示意圖如圖1所示。

圖1 沉降觀測點埋設示意圖

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

為保證固定強度，應對孔進行清掃處理，在點位附近做好標記。設置建筑物觀測點時，應避開障礙物，保證有足夠的空間方便測量。

（3）沉降觀測的等級為二等，兩個相鄰點的高度誤差在±0.5 mm以內。與基準點相比，觀測點高程之間的誤差在±1 mm以內。為保證整體的計算準確性，在施工中要嚴格執行《工程測量規范》（GB 50026—2007）要求。

水準外業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、基輔分劃讀數差≤0.3 mm、基輔分劃高度之差≤0.5 mm、水準線路閉合差≤0.5mm（n為測站數）。

定期檢測儀器i角（視準軸與水準軸間夾角不大于1″）檢驗，確保儀器的性能。

4.5 現場巡查

施工期間，保證每天現場巡查次數不小于1次，主要對裂縫、漏水漏氣情況、混凝土剝落情況、地表缺陷以及監測點元器件的完好情況進行巡視檢查。

4.6 監測周期及頻率

（1）內部監測周期及頻率。

各監測對象的每一個監測項目實施分工前監測、過程監測和工后監測3個階段進行。

工前監測：主要采集初始數據，在工程施工前完成。初始數據采集時每個測點監測3次。

過程監測：風險工程監測項目一般按普通頻率監測，重點風險工程和重要施工階段、重要工程部位或監測數據達到預警狀態時，增加監測頻率；過程監測一直持續至監測部位主體結構混凝土施工強度達到設計值。

工后監測：對重要結構部位進行工后監測，頻率為每月1～2次，在工程竣工試運行后結束。

（2）監測頻率。

確定檢測頻率時，在系統能準確反映被測量目標變化情況的前提下進行設置調整。

監測范圍：西咸客運站人行天橋橋樁施工影響范圍。

監測周期：監測工作應從影響范圍內基坑施工前測定監測項目的初始值開始，直至工程建設全部完成，預計監測周期為9個月。

監測階段及頻率：施工期間4 次/d，施工結束后一個月1 次/3 d。

備注：施工結束后延長監測1個月，數據收斂后停止監測；軌道靜態幾何形位、結構裂縫監測頻率為1 次/3 d。

出現下列情況之一時，應加強監測，提高監測頻率，及時向業主及相關單位報告監測結果。

①監測數據達到警戒值。

②監測數據變化量較大或速率加快。

③隧道內大量涌水、長時間連續降雨。

④施工范圍內附近地面荷載突然增大或超過設計限值。

⑤周邊地面出現突然較大沉降或嚴重開裂。

⑥出現其他影響區間及周邊環境安全的異常情況。

5 結語

西安地鐵一號線自動化監測施工應用以高配置的人員及設備投入為基礎，以先進的監測方法為手段獲取了高質量的監測成果。在檢測中實施動態檢測，對地鐵結構的整體以及局部的形變情況進行精準把握，掌握其變化規律，便于采取針對性的應對措施，保障了地鐵的結構安全，此技術的應用也為后續類似項目的施工監測積累了經驗。