基于自動化監(jiān)測技術(shù)的地鐵沉降數(shù)據(jù)一致性分析

詹龍喜， 唐繼民， 張少夏

（1. 國土資源部地面沉降監(jiān)測與防治重點實驗室，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072；3. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；4. 上海地鐵維護(hù)保障有限公司，上海 200070）

基于自動化監(jiān)測技術(shù)的地鐵沉降數(shù)據(jù)一致性分析

詹龍喜1,2,3， 唐繼民1,2,3， 張少夏4

（1. 國土資源部地面沉降監(jiān)測與防治重點實驗室，上海 200072；2. 上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072；3. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；4. 上海地鐵維護(hù)保障有限公司，上海 200070）

沉降監(jiān)測是地鐵安全監(jiān)護(hù)的重要內(nèi)容，通常采用人工精密水準(zhǔn)測量與自動化靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)。隨著城市軌道交通網(wǎng)的日益擴(kuò)展，自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用更趨普遍。因兩種方式的監(jiān)測點布設(shè)于不同的隧道結(jié)構(gòu)位置上等原因，使沉降數(shù)據(jù)有時存在差異。結(jié)合工程實際，分析了人工和自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)不一致的主要表現(xiàn)形式，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

軌道交通；地鐵安全監(jiān)護(hù)；沉降監(jiān)測；自動化監(jiān)測技術(shù)；數(shù)據(jù)分析

變形監(jiān)測是地鐵日常監(jiān)護(hù)確保運行安全的重要內(nèi)容[1,2]，通常采用人工精密水準(zhǔn)測量與自動化靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)兩種方式。隨著城市軌道交通網(wǎng)的擴(kuò)展和運能提升，自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用更趨普遍[3,4]。在上海軌道交通的監(jiān)護(hù)項目中，自動化沉降監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，連續(xù)實時可靠的自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，在軌道交通結(jié)構(gòu)安全運營中發(fā)揮了重要作用。在長期監(jiān)護(hù)實踐中發(fā)現(xiàn)，人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)有時存在不匹配現(xiàn)象。本文結(jié)合具體案例，探討引起人工與自動化沉降數(shù)據(jù)差異的影響因素，并提出改正措施。

1 地鐵隧道沉降監(jiān)測技術(shù)

目前地鐵隧道沉降監(jiān)測主要采用人工和自動化兩種方式。

人工監(jiān)測主要是采用精密水準(zhǔn)測量方法，其監(jiān)測點一般布置于隧道道床上（圖1左中）。

圖1 地鐵隧道沉降測量監(jiān)測點布設(shè)Fig.1 The collocation of subsidence monitoring points in subway tunnel

自動化監(jiān)測最常用的是靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由于穩(wěn)定性和精度相對于其他自動化設(shè)備都具有明顯優(yōu)勢，因此被廣泛采用。自動化靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)測量沉降是依據(jù)連通管原理的方法，測量每個測點容器內(nèi)容器底面安裝高程與液面的相對變化；再通過計算求得各點相對于基點的相對沉降量。由于隧道內(nèi)安裝的限制，該設(shè)備只能安裝在隧道側(cè)壁上（圖1右）。

2 沉降數(shù)據(jù)一致性分析

在長期監(jiān)護(hù)實踐中[5]，發(fā)現(xiàn)人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)有時候存在不匹配。造成兩者數(shù)據(jù)不一致，既有系統(tǒng)性因素，也有偶然性因素，主要表現(xiàn)在以下方面：

2.1 基準(zhǔn)點不一致

人工水準(zhǔn)基準(zhǔn)點一般布設(shè)在車站站臺層，而靜力水準(zhǔn)儀基準(zhǔn)點由于精度、安裝難度、價格等因素則一般位于監(jiān)測范圍外20～30m的位置。由于基準(zhǔn)點位置的不同，會造成人工水準(zhǔn)與靜力水準(zhǔn)沉降量有一個系統(tǒng)性的差值，具體差值量根據(jù)靜力水準(zhǔn)點基準(zhǔn)點的沉降量而定。因基準(zhǔn)點不同引起的沉降數(shù)據(jù)不一致，可以通過人工水準(zhǔn)點高程修正自動化基準(zhǔn)點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2 監(jiān)測起點時間不一致

由于自動化監(jiān)測設(shè)備安裝需要時間，故一般人工監(jiān)測先實施，而自動化的累計變化量沒有包含設(shè)備安裝前一段的變形量。因此造成人工測量累計變化量和自動化累計變化量的不一致。該類不一致可將自動化測量起始作為統(tǒng)一的初值時間，便得到一致的累計變化量。

2.3 設(shè)備故障

當(dāng)靜力水準(zhǔn)儀出現(xiàn)微量滲水時，日常巡查常不易發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。

2.4 列車振動

地鐵快速經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域時，會引起軌道振動[6]，對監(jiān)測數(shù)據(jù)將產(chǎn)生一定影響。列車振動一般可使監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生0.6～1.2mm的變化。故通常取地鐵晚間停運期間或列車經(jīng)過監(jiān)測區(qū)域之后的監(jiān)測值作為有效數(shù)據(jù)。

2.5 隧道收斂影響

當(dāng)隧道收斂較大時會造成人工水準(zhǔn)點與管片側(cè)壁的靜力水準(zhǔn)之間的高差相對關(guān)系的改變，并且收斂越大對結(jié)構(gòu)高差的影響越大，造成人工水準(zhǔn)與靜力水準(zhǔn)監(jiān)測點的差值也越大。

當(dāng)隧道收斂變化較大時，可以用Δh的估算式來進(jìn)行修正。

2.6 隧道旋轉(zhuǎn)影響

當(dāng)隧道因為某些原因，比如注漿，自身會發(fā)生微量的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)同樣會使得靜力水準(zhǔn)監(jiān)測點和道床監(jiān)測點的相對關(guān)系產(chǎn)生變化。

如圖2所示，?h=h1-h2=a×sinα-(T-T×cosα)，一般情況下a=2.75m、T=2.27m，故得?h=2.75sinα+2.27cosα-2.27。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為1’時，差值為0.8mm；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為0.5°時，差值可達(dá)24mm。

由此可以修正因隧道旋轉(zhuǎn)而造成的靜力水準(zhǔn)監(jiān)測點與道床監(jiān)測點相對關(guān)系的影響。

圖2 隧道旋轉(zhuǎn)引起靜力水準(zhǔn)點與人工監(jiān)測點幾何關(guān)系變化Fig.2 The difference between manual survey data and automaitic survey data caused by rotation of tunnel

3 工程案例

在具體的監(jiān)測實踐中，基準(zhǔn)點不一致、監(jiān)測起始時間不一致、設(shè)備故障和列車振動的案例較多，數(shù)據(jù)修正或取值比較方便，本文不列舉案例。收斂變化和旋轉(zhuǎn)變化引起的沉降變化，是在長期的工程實踐中總結(jié)而得，本文作詳細(xì)解析。

3.1 隧道微量旋轉(zhuǎn)引起的數(shù)據(jù)變化

2013月7月10～15日，對某地段地鐵進(jìn)行了單側(cè)注漿，圖3為人工及自動化注漿前后變化量曲線。從圖中可以看出，注漿區(qū)域人工自動化差異較大，最大達(dá)7mm，平均3.5mm；而未注漿區(qū)域和矩形段注漿區(qū)域（A18）人工及自動化差異較小，該區(qū)域注漿前后收斂變化也非常小。

圖3 注漿地塊人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)對比曲線Fig.3 The curves combined with manual survey data and automatic survey data of one project

3.2 隧道收斂變化引起的數(shù)據(jù)變化

2013年3月29日～5月20日，某地塊進(jìn)行了隧道雙側(cè)注漿，圖4為注漿后人工和自動化監(jiān)測的累計沉降曲線。可以看出趨勢一致，但自動化監(jiān)測的抬升量明顯大于人工監(jiān)測數(shù)據(jù)。該現(xiàn)象主要因隧道收斂引起，該段隧道經(jīng)過2個月的注漿，最大收斂達(dá)到-40mm。隧道變形使側(cè)壁的靜力水準(zhǔn)和道床人工監(jiān)測點的高差加大，導(dǎo)致兩者差異較大。圖5是經(jīng)過修正后的自動化監(jiān)測得到的累計變化量曲線，其與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)較為匹配，修正前后人工和自動化差值的方差從1.31mm下降到0.17mm。

圖4 某地塊注漿人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線Fig.4 The curves combined with manual survey data and automatic survey data of one project

圖5 收斂修正后的人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線Fig.5 The curves combined with manual survey data and automatic survey data that has modified by structural deformation data

4 結(jié)論

自動化沉降技術(shù)是軌道交通結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的重要手段，尤其在特級和一級監(jiān)護(hù)項目中發(fā)揮了無可替代的作用。人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的匹配，一直是監(jiān)護(hù)管理單位關(guān)注的問題。本文從6個方面進(jìn)行了分析，可為數(shù)據(jù)分析研究提供一定參考。

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The consistency of the subway subsidence data based on automatic monitoring technology

ZHAN Long-Xi1,2,3, TANG Ji-Min1,2,3, ZHANG Shao-Xia4
(1. Key Laboratory of Land Subsidence Monitoring and Prevention, Ministry of Land and Resources of China, Shanghai 200072, China;
2. Shanghai Research Center for Land Subsidence Control Engineering, Shanghai 200072, China;
3. Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China;
4. Shanghai Rail Transit Maintenance Support Company Limited, Shanghai 200070, China)

Subsidence monitoring is an important component of the security monitoring regime for subway tunnels, and is usually achieved using either artificial precise leveling or automated static leveling systems. Alongside the expansion of the urban rail transportation network, the application of automatic monitoring technology is becoming increasingly popular. However, subsidence data may sometimes differ because the observation points of the two monitoring systems are at different positions within the tunnel structure. Based on an engineering case, this paper analyzes the major patterns of inconsistency in data from artificial and automatic monitoring approaches, and suggests appropriate improvement measures.

tramroad transportation; security wardship for subway tunnel; subsidence monitoring; automatic monitoring technology; data analysis

P258；P642.26

B

2095-1329(2013)04-0084-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.04.019

2013-09-05

2013-09-29

詹龍喜(1974-),男,碩士,高級工程師,主要從事地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測研究.

電子郵箱：strongqian@163.com

聯(lián)系電話：021-56612135