分析自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營監(jiān)測中的運用

郭勇

【摘 要】地鐵工程是現(xiàn)代城市的生命線，在其運營期間，加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)的監(jiān)測，可以清楚地掌握地鐵運營的后隧道結(jié)構(gòu)、車輛載荷及線路等情況，進(jìn)而為地鐵安全提供決策依據(jù)?；诖?，論文針對自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營監(jiān)測中的運用研究，將從武漢市軌道交通二號線工程概況入手，結(jié)合本項目運營監(jiān)測工作的內(nèi)容，以漢口火車站到范湖站區(qū)為例，對其監(jiān)測數(shù)據(jù)展開分析和探究。希望論文的研究能為自動化監(jiān)測技術(shù)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供全面參考性建議。

【Abstract】The subway engineering is the lifeline of modern city. In the period of operation， strengthening the monitoring of the deformation data structure can clearly grasp the tunnel structure， vehicle load and line conditions， and provide decision-making basis for the safety of subway. Based on this， this paper studies the use of automatic monitoring technology in metro operation monitoring. It starts from the general situation of Wuhan Rail Transit Line No. 2， combining the contents of operation monitoring work of this project， and taking Hankou Railway Station to Fan Lake Station as an example， analyzes and researches on the monitoring data. It is hoped that the research of this paper can provide a comprehensive reference for the accuracy of the automatic monitoring technology.

【關(guān)鍵詞】自動化監(jiān)測技術(shù)；地鐵運營；監(jiān)測數(shù)據(jù)；線路沉降

【Keywords】 automatic monitoring technology； subway operation； monitoring data； line settlement

【中圖分類號】TU2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0191-03

1 引言

地鐵是城市重要的交通設(shè)施之一。由于不同結(jié)構(gòu)類型的底層，具有不同的敏感性與沉降率。在地鐵實際運用的過程中，不同水文地質(zhì)條件的地層，其固結(jié)沉降量不同，因此達(dá)到沉降的要求和所需要的時間也具有差異性，導(dǎo)致隧道橫縱向土層分布不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生差異性沉降。另外，運營列車的離心與振動作用，可能使地鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，地鐵周邊的抽水、鉆探作業(yè)、埋設(shè)電纜、架設(shè)電力等活動，也會危機(jī)到地鐵的運營安全。因此，為了時刻對地鐵結(jié)構(gòu)與狀態(tài)進(jìn)行判斷，必須在地鐵的運營期間開展變形監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)與力學(xué)方向的分析，保證問題的及時發(fā)現(xiàn)。因此，加強(qiáng)自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營監(jiān)測中的運用研究具有重要作用。

2 武漢市軌道交通二號線工程概況

目前，我國許多城市已經(jīng)開通了地鐵運營，地鐵也逐漸成為人們最常用的交通工具。然然，地鐵隧道在運營使用的過程中，很容易受到周邊施工的影響。為了避免周邊情況對地鐵隧道造成威脅，本文以武漢市軌道交通二號線工程作為研究對象。

武漢市軌道交通二號線工程，其全長距離為27.73km，全線采用了地下線路方式。該工程總線路的起點位于漢口，終點位于魯巷[1]。起點與終點之間共設(shè)立了20多個車站，其中最小的車站間距長度約為0.92km，最長的車站間距為3.4km。根據(jù)我國工程運營監(jiān)測服務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，該工程的監(jiān)測時間為三年，于2016年5月份監(jiān)測完畢。在此監(jiān)測期間，監(jiān)測的內(nèi)容包括：全線軌道沉降監(jiān)測、水平位移觀測、隧道斷面變形監(jiān)測、傾斜監(jiān)測、房屋監(jiān)測等。其監(jiān)測完成情況為：沉降監(jiān)測共7次、收斂監(jiān)測4次、水平位移監(jiān)測4次。根據(jù)業(yè)主的各項要求，監(jiān)測工作已基本完成。

3 本項目運營監(jiān)測內(nèi)容介紹

本項目的運營監(jiān)測包括以下內(nèi)容：

①線路沉降監(jiān)測。沉降監(jiān)測點的監(jiān)測距離為30m，監(jiān)測點為隧道道床面位置，其中漢口到范湖區(qū)間共監(jiān)測15次，監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定，但累計沉降及沉降范圍較大，根據(jù)外業(yè)施測技術(shù)要求，確定沉降監(jiān)測警戒值[2]。

②平面監(jiān)測。監(jiān)測距離為50m，其中漢口到范湖區(qū)間穩(wěn)定，監(jiān)測警戒值按照2mm計算，當(dāng)沉降量超出警戒值，要與相關(guān)部門協(xié)商并采取必要措施。

③收斂監(jiān)測。平均120m設(shè)一處監(jiān)測點，漢口到范湖區(qū)間監(jiān)測成果為：監(jiān)測斷面ZDK4+943，上部收斂測線位置平均為11.4mm，下部平均為7mm。其監(jiān)測精度要求為：測距取位0.1mm，角度0.1″，監(jiān)測警戒值為5mm。

④房屋監(jiān)測。由于受到周邊建筑施工的影響，對房屋幅度下沉情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果為各區(qū)段監(jiān)測點處于穩(wěn)定狀態(tài)。

⑤出入段線與試車線監(jiān)測。監(jiān)測次數(shù)為7次，監(jiān)測點位于地鐵左右鋼軌頂部，監(jiān)測距離為40m。監(jiān)測與試車線相近的區(qū)段，結(jié)果出現(xiàn)了明顯下沉，沉降量不超過3.8mm。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析——以漢口火車站到范湖站區(qū)為例

4.1 沉降監(jiān)測

沉降監(jiān)測，主要應(yīng)用于建筑物的運營期間。在地鐵運營監(jiān)測中，沉降監(jiān)測可以通過對地鐵站點位的監(jiān)視與觀測，明確其變形情況。然后，根據(jù)地鐵站的地基情況與性質(zhì)，為針對性防范措施提供依據(jù)，進(jìn)而保證地鐵的正常與安全運營。常用的沉降監(jiān)測方法包括：垂直位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、傾斜觀測等。在沉降監(jiān)測工作結(jié)束后，可形成沉降監(jiān)測報告。以漢口火車站到范湖站區(qū)為例，左線共進(jìn)行沉降監(jiān)測15次，右線14次。鋪軌后，第四次監(jiān)測點被破壞，經(jīng)過點位埋設(shè)后，該區(qū)段左線樁近60個，以此進(jìn)行隧道管片和道床監(jiān)測。其中，左線變化較大的區(qū)段變化趨勢如圖1所示，從該趨勢圖可看出：從2013年11月開始左線出現(xiàn)局部沉降，其余位置少量沉降，且沉降量較大。截止到2014年3月，左線沉降量大幅度增加，并出現(xiàn)上浮和跳躍現(xiàn)象，沉降量最大值為-36mm。2014年4月，左線沉降量持續(xù)增加，但速度有所變緩，最大沉降量值達(dá)到-44.7mm[3]。2014年5月到7月，左線沉降區(qū)域趨于穩(wěn)定。2014年7月到2015年4月，左線未出現(xiàn)沉降，且處于穩(wěn)定狀態(tài)，最大沉降值為-41.6mm。2015年4月，左線局部出現(xiàn)下沉。endprint

右線變化較大的區(qū)段變化趨勢如圖2所示。從沉降檢測成果來看，右線在2013年5月開始進(jìn)行監(jiān)測，與左線變化趨勢基本保持一致。2013年11月開始，右線的沉降范圍稍大于左線，其沉降量值為-10.6mm。截止到2014年3月，右線區(qū)域的沉降區(qū)域也出現(xiàn)跳躍性，其累計沉降量最大值為-38.3mm。2014年4月到7月，在進(jìn)行加密沉降監(jiān)測后，右線的沉降范圍持續(xù)增大，且速率逐漸減少。此時，右線的變化情況較大，其沉降量最大值達(dá)到-45.2mm。2014年5月到7月，右線的沉降范圍出現(xiàn)增大的趨勢，并于7月份開始持續(xù)下沉，現(xiàn)象較為穩(wěn)定。直到2015年4月，右線的沉降量最大值達(dá)到-41.6mm。

經(jīng)監(jiān)測可知，漢口到范湖車站區(qū)間，在同一線路和時段，都存在不均勻的沉降現(xiàn)象。在同一時段，左右線的變化區(qū)域與變化趨勢保持一致。其中，右線沉降參數(shù)略高。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對右線區(qū)域的監(jiān)測，進(jìn)而保證地鐵安全運行。

4.2 平面監(jiān)測

平面監(jiān)測一般是在平面監(jiān)測網(wǎng)中進(jìn)行的。平面監(jiān)測網(wǎng)，是指精度要求較高、監(jiān)測范圍較小的專用控制網(wǎng)。平面監(jiān)測是工程外部變形監(jiān)測中的重要基準(zhǔn)，能夠?qū)ν獠孔冃伪O(jiān)測產(chǎn)生直接影響。平面監(jiān)測的準(zhǔn)確性，能夠在一定程度上影響工程及其運營中的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。為了使地鐵運營達(dá)到經(jīng)濟(jì)最佳、安全最佳的狀態(tài)，對地鐵站進(jìn)行平面檢測，是工程師必須解決的問題。漢口到范湖車站區(qū)間，共進(jìn)行平面監(jiān)測9次。其中，左線5次、右線4次。左線監(jiān)測具體時間分別為：2013.09.24、2014.02.28、2014.05.16、2015.01.04、2016.05.17。右線監(jiān)測具體時間為2013.09.07、2014.04.16、2015.01.05、2016.04.27。此車站區(qū)間的左線樁位數(shù)量為12個，右線樁位數(shù)量為12個。區(qū)間左線最大位移點位于YDK4+728測站，其邊長累計最大置鏡點為YDK5+670測站，橫向的偏移值為-7.85mm，其角度累計值為-28″。右線橫向最大位移帶內(nèi)為YDK4+728測站，橫向偏移值為-7.85mm，在邊長累計方面，最大置鏡點為YDK5+670測站，角度累計差值為-11″。

4.3 收斂監(jiān)測

收斂監(jiān)測一般應(yīng)用于隧道型的施工領(lǐng)域，滿足地鐵運營性質(zhì)。收斂監(jiān)測一般包括三種方法，分別為：收斂儀測量法、相對位移觀測法、絕對三維位移觀測法、巴塞特收斂系統(tǒng)法、無反射棱鏡自動跟蹤法、自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測法等。本文采用的是相對位移觀測法。漢口到范湖火車站的左右收斂監(jiān)測各為4次。其中，左線的4次監(jiān)測具體時間依次為：2013.09.24、2014.02.26、2015.01.05、2016.05.18。右線的4次監(jiān)測的具體時間依次為2014.04.15、2015.01.04、2016.04.26。該區(qū)間監(jiān)測斷面的左右線各為8個人，監(jiān)測斷面點位齊全，且監(jiān)測點位齊全[6]。從左右線的變化量及變化范圍來看，左線變化量略大，其部分的斷面監(jiān)測超過了預(yù)警值5mm。

4.4 房屋監(jiān)測

房屋監(jiān)測是針對工程質(zhì)量進(jìn)行檢測的一種技術(shù)方法，主要應(yīng)用于房屋的質(zhì)量檢測中，也適用于地鐵運營質(zhì)量的測量。對地鐵運營情況的監(jiān)測，主要是對地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定。比如受損構(gòu)件、結(jié)構(gòu)承載力、構(gòu)建裂縫、結(jié)構(gòu)斷點、建筑材料異常等，通過房屋監(jiān)測中的實施動態(tài)化監(jiān)控，確定地鐵運營相關(guān)構(gòu)件中的安全度，在形成地鐵相關(guān)結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測評估后，可為處理建議提供依據(jù)。房屋監(jiān)測的范圍，主要是在循江區(qū)域的建筑物，其監(jiān)測次數(shù)為7次，2013年與2014年每年各提交成果兩次。2013年8月到2014年9月，中循區(qū)域的沉降監(jiān)測點位由于受到周邊建筑影響，出現(xiàn)不同幅度下沉。從2014年9月開始到2015年10月份，施工處于完成階段，監(jiān)測點狀態(tài)保持穩(wěn)定。其中，西馬后路的部分監(jiān)測點變化幅度為33.6mm，且部分監(jiān)測累計超出預(yù)警值。對于常青區(qū)段，其臨近試車線一側(cè)，不同幅度出現(xiàn)下沉情況。對于可以監(jiān)測到的部位，截止到

2015年，累計沉降量范圍為35.3mm，其余的沉降監(jiān)測點位變化小。

5 結(jié)語

為了實現(xiàn)準(zhǔn)確實時的自動化測量，本文以自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營監(jiān)測中的運用為主要研究內(nèi)容，以漢口火車站到范湖站區(qū)間為例，從沉降監(jiān)測、平面監(jiān)測、收斂監(jiān)測、房屋監(jiān)測等監(jiān)測數(shù)據(jù)方面展開系統(tǒng)探究。研究結(jié)果表明，現(xiàn)階段，武漢市軌道交通二號線工程在沉降監(jiān)測、平面監(jiān)測等方面取得了一定成果，為地鐵安全運營提供了技術(shù)保障。在未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營監(jiān)測中的運用研究，為實現(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)全生命周期的安全監(jiān)控提供借鑒，進(jìn)而確保地鐵的安全運行。

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