盛丕成

長(zhǎng)沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410000

近幾十年，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程逐漸加快。城市人口逐漸增多，城市人口的快速增長(zhǎng)給城市帶來(lái)了巨大的交通壓力[1]。由于城市中可利用的土地資源十分有限，如何緩解城市交通壓力已經(jīng)成為了民眾急需解決的問(wèn)題。軌道交通表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在速度快、占用土地資源較少、安全舒適、對(duì)城市造成的環(huán)境污染小等方面。盡管軌道交通存在諸多優(yōu)勢(shì)，但其施工及運(yùn)營(yíng)的安全監(jiān)測(cè)也是重中之重，遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的核心就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和處理[2]。我國(guó)在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)方面也得到了迅猛發(fā)展，在下穿已有地鐵工程中，為確保已有地鐵的安全狀態(tài)及正常運(yùn)營(yíng)，通常采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段觀測(cè)新建地鐵施工過(guò)程中既有地鐵的變形情況[3]。

1 工程概況

萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站位于荷花路與萬(wàn)家麗路交叉口，為2號(hào)線與5號(hào)線的十字換乘站，5號(hào)線車(chē)站沿萬(wàn)家麗路南北向布置，2號(hào)線車(chē)站沿荷花路東西向布置。目前2號(hào)線已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，換乘節(jié)點(diǎn)處已于2號(hào)線施工完成，5號(hào)線正在施工。

2號(hào)線萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站為地下二層，換乘節(jié)點(diǎn)已施工完成。5號(hào)線萬(wàn)家麗廣場(chǎng)站為盾構(gòu)兩端平移吊出，采用蓋挖逆作法施工。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，車(chē)站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1000mm厚地下連續(xù)墻，地下3層，埋深約24m。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)原理

在跟監(jiān)測(cè)服務(wù)器相連接的計(jì)算機(jī)終端之上，利用變形監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)（Auto Mos），遠(yuǎn)距離朝測(cè)量機(jī)器人傳輸測(cè)量指示，讓測(cè)量機(jī)器人在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)、依照規(guī)定的測(cè)量流程智能的開(kāi)展測(cè)量，測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)傳送會(huì)監(jiān)測(cè)服務(wù)器，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊（Analyzer）會(huì)針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)值開(kāi)展計(jì)算以及研究，進(jìn)而給出每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程以及平面，然后制作出在變形過(guò)程當(dāng)中的時(shí)程曲線。在每次開(kāi)展測(cè)量的過(guò)程當(dāng)中，首先對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)展測(cè)量，然后結(jié)合后方的交匯方式確定設(shè)備的高程以及標(biāo)高，接下來(lái)再對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)展觀測(cè)[4]。

計(jì)算機(jī)跟測(cè)量設(shè)備之間的聯(lián)系，主要是利用DTU通訊模塊

以及Internet網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成的，不需要在施工場(chǎng)地當(dāng)中布設(shè)通訊電纜以及工控計(jì)算機(jī)，所以，只要是存在GPRS（亦或是CDMA）無(wú)線通信信號(hào)，在所有具備Internet網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，都能夠?qū)τ跍y(cè)量設(shè)備開(kāi)展控制。如果是在信號(hào)盲區(qū)，可以通過(guò)R-S485轉(zhuǎn)到R-S232設(shè)置通訊電纜連接至無(wú)線通訊信號(hào)的區(qū)域開(kāi)展通訊信息的傳送。

實(shí)際的測(cè)量流程為：裝設(shè)在計(jì)算機(jī)上面的監(jiān)控模塊，利用通訊模塊輸送測(cè)量指示給裝設(shè)在基點(diǎn)站的全站儀，從而指示全站儀針對(duì)變形點(diǎn)以及校核點(diǎn)結(jié)合規(guī)定的流程開(kāi)展逐點(diǎn)掃描、記錄、測(cè)量以及校核，然后把測(cè)量得到的結(jié)果傳送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)于檢測(cè)結(jié)果開(kāi)展整體的分析以及整理工作。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)施

3.1 項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)內(nèi)容為車(chē)站道床、側(cè)墻及拱頂?shù)娜S變形。

3.2 監(jiān)測(cè)斷面及斷面內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)本項(xiàng)目情況，長(zhǎng)沙軌道交通2號(hào)線上下行線各布設(shè)18個(gè)斷面，DK12+232～DK12+267按5m間距布設(shè)，其他位置按10m間距。

監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)，每個(gè)斷面在道床上布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在側(cè)墻布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱頂布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3 控制值、預(yù)警值

監(jiān)測(cè)量測(cè)目的之一就是及時(shí)掌握隧道結(jié)構(gòu)變形動(dòng)態(tài)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理與必要的計(jì)算和判斷后進(jìn)行預(yù)警、預(yù)報(bào)及預(yù)測(cè)，必須建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 監(jiān)測(cè)方式

（1）監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)建立。通過(guò)常規(guī)的平面、高程控制網(wǎng)測(cè)量方法，在隧道內(nèi)建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，確定各基準(zhǔn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，作為監(jiān)測(cè)的參照系統(tǒng)。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)學(xué)習(xí)。在測(cè)站安置好儀器及通訊模塊，并確保與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通訊正常后，在監(jiān)測(cè)軟件的控制下，逐點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)測(cè)量并將各點(diǎn)的角度、距離記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為進(jìn)行監(jiān)測(cè)所必須的自動(dòng)定位數(shù)據(jù)。

（3）日常監(jiān)測(cè)。利用CDMA控制與通訊模塊與Auto Mos Monitor，設(shè)立好每一臺(tái)設(shè)備所監(jiān)測(cè)的變形點(diǎn)以及差分基準(zhǔn)點(diǎn)的具體聯(lián)測(cè)計(jì)劃，結(jié)合制定的觀測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)首先控制然后散點(diǎn)的基本準(zhǔn)則現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展學(xué)習(xí)與監(jiān)測(cè)工作，在學(xué)習(xí)結(jié)束之后設(shè)立好監(jiān)測(cè)的時(shí)間段以及每個(gè)點(diǎn)之間的觀測(cè)流程，通過(guò)CDMA 控制及通訊模塊以及Auto Mos Monitor來(lái)智能的實(shí)現(xiàn)日常的監(jiān)測(cè)工作。

4 監(jiān)測(cè)成果分析

取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，及時(shí)整理分析數(shù)據(jù)，采用差分處理方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到本次變形和累積變形[5]，再將實(shí)測(cè)值與允許值進(jìn)行比較，并繪制各種變形曲線，預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況。

本次監(jiān)測(cè)以一個(gè)周期7d的沉降量作為單位值同上期和首期對(duì)比分析。使用差分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到本次的變形和累積變形。

（1）隧道結(jié)構(gòu)側(cè)墻水平位移變形，主要檢測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的橫向和縱向變形，使用差分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到本次水平位移變形和累積水平位移變形，圖1為隧道結(jié)構(gòu)水平位移折線圖。

圖1 隧道結(jié)構(gòu)水平位移折線圖

由圖1可得，本次周期內(nèi)左線隧道結(jié)構(gòu)側(cè)墻橫向水平位移累積變化最大點(diǎn)為ZX18-1，最大值為1.86mm，本次變形最大點(diǎn)為ZX05-1、ZX15-1、ZX17-1，最大值為-0.80mm；縱向水平位移累積變化最大點(diǎn)為ZX16-4，最大值為1.10mm，本次變形最大點(diǎn)為ZX1-4、ZX4-4、ZX16-4，最大值為-0.40（0.40）mm。右線隧道結(jié)構(gòu)側(cè)墻水平位移累積變化最大點(diǎn)為YX15-1最大值為2.80mm；本次變形最大點(diǎn)為YX05-1、YX07-1、YX09-1，最大值為1.00mm；縱向位移累積變化最大點(diǎn)為YX11-1，最大值為1.80mm，本次變形最大點(diǎn)為YX01-1，最大值為-0.80mm。在本次周期內(nèi)所有點(diǎn)位移變化值均未超出警戒值。

（2）隧道結(jié)構(gòu)拱頂沉降變形，主要檢測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的豎向變形，使用差分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到本次沉降變形，圖2為隧道結(jié)構(gòu)沉降折線圖。

圖2 隧道結(jié)構(gòu)沉降折線圖

由圖2可得，本次周期內(nèi)左線隧道結(jié)構(gòu)拱頂沉降累積變化最大點(diǎn)為ZX03-5，最大值為-1.85mm，本次變形最大點(diǎn)為ZX02-5，最大值為-1.00mm；右線隧道結(jié)構(gòu)拱頂沉降累積變化最大點(diǎn)為YX08-5，最大值為-1.60mm，本次變形最大點(diǎn)為YX15-5，最大值為-0.70mm。在本次周期內(nèi)所有點(diǎn)沉降變形相對(duì)穩(wěn)定且未超出警戒值。

（3）隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂變形，主要檢測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的凈空收斂情況，使用差分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到本次凈空收斂，圖3為隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂折線圖。

圖3 隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂折線圖

有圖3可得，本次周期內(nèi)左線隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂累積變化最大點(diǎn)為ZX09，最大值為-3.18mm，本次變形最大點(diǎn)為ZX05，最大值為-0.74mm；右線隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂累積變化最大點(diǎn)為YX06，最大值為-1.95mm，本次變形最大點(diǎn)為YX10，最大值為1.13mm。在本次周期內(nèi)凈空收斂均在警戒值范圍內(nèi)。

（4）道床結(jié)構(gòu)沉降差，主要檢測(cè)道床結(jié)構(gòu)的沉降差異，以保證列車(chē)的正常運(yùn)行，使用差分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到道床沉降差，圖4為道床結(jié)構(gòu)沉降差折線圖。

圖4 道床結(jié)構(gòu)沉降差折線圖

由圖4可得，本次周期內(nèi)左線道床結(jié)構(gòu)沉降差異累積變化最大點(diǎn)為ZX07，最大值為1.65mm，本次變形最大點(diǎn)為ZX18，最大值為-0.90mm；右線道床結(jié)構(gòu)沉降差異累積變化最大點(diǎn)為YX09，最大值為1.20mm，本次變形最大點(diǎn)為YX04、YX08、YX10最大值為-0.30mm。在本次周期內(nèi)道床差異沉降均在警戒值范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著城市地鐵建設(shè)步伐的加快，隨之對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵的監(jiān)測(cè)也越來(lái)越多。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)具有無(wú)人看守、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、不妨礙地鐵的運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，從而大大提高了監(jiān)測(cè)的效率及測(cè)量精度。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為了一種必不可少的測(cè)量方法，同樣已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，逐漸發(fā)展到各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域。

（2）在長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線下穿既有地鐵2號(hào)線車(chē)站區(qū)間工程中，隧道結(jié)構(gòu)的沉降、水平位移、凈空收斂以及道床結(jié)構(gòu)沉降差均相對(duì)穩(wěn)定，均在預(yù)警范圍內(nèi)，則本次項(xiàng)目時(shí)間段范圍內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)和列車(chē)運(yùn)營(yíng)未受到影響。