城市軌道交通智能監(jiān)測技術應用

文／牟晉勇、范賽男、韓志軍 中建八局第二建設有限公司 山東濟南 250000

引言：

軌道交通智能監(jiān)測技術是針對于城市軌道交通地鐵隧道位移監(jiān)測的一項安全保障技術。城市軌道交通地鐵隧道周邊環(huán)境復雜，地鐵隧道受周邊建筑施工、土壤擾動、自然災害等因素影響較多，一旦發(fā)生隧道位移極易引發(fā)重大安全事故。傳統(tǒng)城市軌道交通監(jiān)測依靠專業(yè)人員進行儀器測量，誤差大，操作人員進入隧道安全隱患問題較多，數(shù)據(jù)傳輸及分析較慢，不能第一時間反饋數(shù)據(jù)。軌道交通智能監(jiān)測技術采用智能監(jiān)測機器人，自動定時數(shù)據(jù)采集分析，及時預警，精度高，相比傳統(tǒng)監(jiān)測優(yōu)勢明顯。

1、某城市軌道交通概述

本次研究以某城市軌道交通3 號線為例，線路長度約21.6km，共設站13 座。其中一處車站與擬建工程基坑開挖線距盾構區(qū)間結構最小水平凈距約為19.03m（基坑圍護結構外邊緣距盾構區(qū)間結構最小水平凈距約為17.43m），與區(qū)間風井結構最小水平凈距約35.04m（基坑圍護結構外邊緣距區(qū)間風井結構最小水平凈距約為33.24m）?；娱_挖及支護結構對軌道交通內(nèi)隧道位移影響較大。

2、軌道交通智能監(jiān)測技術應用

2.1 技術概況

軌道交通測量機器人自動監(jiān)測技術是基于測量機器人組建的自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以對隧道進行變形觀測，包括道床的豎向（水平）觀測、拱頂?shù)呢Q向（水平）觀測、隧道相對收斂、變形縫差異性沉降觀測以及隧道與風井接縫位置變形觀測。

2.2 關鍵技術實施

2.2.1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構成

自動變形監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等五部分組成。根據(jù)某工程軌道交通專項變形監(jiān)測實際情況采用索佳NET05 高精度測量機器人+固定監(jiān)測棱鏡的方法進行監(jiān)測。因本項目是在濟南軌道交通三號線運營過程中實施監(jiān)測，為避免監(jiān)測過程中全站儀、棱鏡的反光給鐵路機車司機造成干擾，本項目所用的索佳NET05 高精度測量機器人在使用過程中關閉激光紅外線；監(jiān)測棱鏡采用微型棱鏡，對洞內(nèi)機車光照不產(chǎn)生反光影響。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安裝

測量機器人的安裝平臺：選用50mm＊50mm、厚度為5mm 的不銹鋼制作兩塊支撐骨架，制作規(guī)格為：豎支撐長度為0.4m，在其距兩端各5cm 處鉆取直徑為10mm 的小孔，橫支撐長度為0.4m，斜支撐長度為0.6m，兩端制作成45°角。兩塊支撐骨架間距為0.4m。再加工一塊尺寸為0.4m＊0.4m 的不銹鋼板，在鋼板中心處鉆取直徑為20mm 的小孔，便于安裝連接測量機器人。再采用焊接方式將斜支撐及橫支撐焊接在一起（兩支撐焊接后形成45°夾角），在兩橫支撐之間水平放置已加工好的不銹鋼板再焊接牢固。制作完成后將豎支撐采用10mm 的螺絲固定在隧道側壁上，這樣就制作了可以放置測量機器人的倒三角平臺。測量機器人大致為方形，規(guī)格為0.3m＊0.3m＊0.4m。測量機器人的安裝平臺示意圖如圖1：

圖1

測量機器人安裝前，仔細檢查平面基準點埋設情況、強制對中基座的水平程度，不符合要求的進行改造或者重造。安裝時要求測量機器人嚴格整平，測量機器人安裝完成后應及時量取并記錄設備高信息。量測設備高時測量機器人安裝是否牢固、穩(wěn)當。并對另一臺測量機器人、檢校點處的2 個方向的棱鏡讀數(shù)，每次量測試讀數(shù)三次，取平均值記錄。

2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的安裝

由于隧道內(nèi)已有4G 網(wǎng)絡，可采用基于GPRS/CDM A 的無線數(shù)據(jù)終端（DTU）進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)通信傳輸系統(tǒng)包括自動化安全監(jiān)測區(qū)段的基準點和監(jiān)測點的4G流量傳輸。本項目主要采用4G/CDMA 等無線通訊方式。根據(jù)現(xiàn)場情況、監(jiān)測點自身的特點我們綜合考慮后采用無線GPRS 作為本項目的通訊方案。整個系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用無線GPRS 進行傳導到控制中心，該系統(tǒng)中2 個測量機器人站點都必須各自獨立采用無線GPRS進行傳導。具體實現(xiàn)方法如下圖2：

圖2

無線GPRS 通訊安裝及架設要求：由于測量機器人安裝在區(qū)間隧道內(nèi)不存在避雷措施的安裝埋設；必須固定在設備保護箱內(nèi)做好防水處理；必須保證能接收到手機信號；不要把天線固定在設備保護箱內(nèi),應固定在設備保護箱外。完成設備的安裝。無線GPRS 模塊與天線間的線纜。天線與無線GPRS 模塊的線纜通常稱為饋線。長度一般要求不超過1m 但不短于20cm，其質(zhì)量和長度對無線信號的影響很大。

無線GPRS 的施工：（1）安裝流程：組裝設備－安裝固定產(chǎn)品的設備保護箱－設備天線的安裝－接地－連接線纜－給設備供應電源－調(diào)試設備正常工作。（2）產(chǎn)品的組裝：在此組裝過程要求要把饋線與設備之間的螺絲旋扭旋緊，避免引起設備與天線之間螺絲松動致使設備脫落，造成設備損壞或是不能實現(xiàn)無線的接入。（3）設備的安裝：我們將首先對GPRS 模塊擺放的位置進行選擇，先做假安裝畫好設備的安裝圖，在設備保護箱內(nèi)進行取點打孔，然后用螺絲進行固定，注意螺絲上應用膠圈進行隔離防止靜電，對設備的干擾然后通過饋線與GPRS 天線連接。（4）接地：無線設備在安裝的時候要嚴格處理接地。（5）給設備供電：所有的線纜連接完成后可以給設備供電。此時只須將POE 電源模塊的電源插在電源接接線板上。（6）調(diào)試設備運行工作。

2.2.4 數(shù)據(jù)處理分析與管理

本項目擬采用巖石科技RocMoS 自動化安全監(jiān)測軟件，它主要包括以下三部分內(nèi)容：一是監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，二是監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)，三是監(jiān)測信息反饋系統(tǒng)。

信息管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)錄入和監(jiān)測資料的管理，將工程自建設以來的不同部位所有自動采集、人工觀測資料、規(guī)程規(guī)范、圖紙、技術報告、各種報表及工程檔案等納入本系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。

監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)主要包括信息可視化系統(tǒng)、圖形報表生成、信息查詢及監(jiān)測成果報警功能等，滿足一般數(shù)據(jù)的計算分析、報表制作、曲線繪制、查詢等。

監(jiān)測信息反饋系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)在線快速安全評估和采集饋控兩部分?？焖侔踩u估是指一次采集完成后，利用該次實測數(shù)據(jù)對監(jiān)測結構體的安全狀況作一個簡便、快速的評估，為監(jiān)測管理人員提供一個啟示性的信息，引起他們的重視，進而開展更詳細的安全分析和評估工作。采集饋控作用于采集工作，對自動和人工采集的數(shù)據(jù)進行實時檢查分析，若有可疑測點，則反饋錯誤信息到數(shù)據(jù)采集信息管理系統(tǒng)，讓管理人員能做出相關干涉，排除錯誤信息，重新復測等。

通過外業(yè)自動采集數(shù)據(jù)，軟件根據(jù)接收數(shù)據(jù)進行實時處理分析，得出各測點三維坐標，得出各測點變形情況。通過對測點數(shù)據(jù)處理得出相應監(jiān)測點點位分布圖，通過軟件數(shù)據(jù)處理，實時瀏覽監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算各測點的三維坐標變化量，并可計算處各監(jiān)測項目的變化量。（圖3）

圖3

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)自動計算變形量，軟件自動繪制變形曲線圖。（圖4）

圖4

根據(jù)需求，繪制日報表、周報表測點變形曲線圖。（圖5、6）

圖5

結語：

城市軌道交通智能監(jiān)測技術通過軌道交通測量機器人自動監(jiān)測，對軌道交通隧道位移實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集匯總分析，通過監(jiān)測點曲線圖對隧道位移進行把控，第一時間掌握周邊建筑施工過程中對軌道交通隧道的影響，節(jié)約了人力，提高了數(shù)據(jù)采集準確度和數(shù)據(jù)分析及時性，確保了軌道交通運營安全。

圖6