自動化監(jiān)測技術(shù)在運營地鐵隧道中的應(yīng)用探討

梅攀

【摘要】在城市地鐵建設(shè)過程中，基坑的開挖必然會對臨近地鐵隧道產(chǎn)生一定的擾動影響，為了保障地鐵的安全運營，在施工的過程中，必須采取一定的監(jiān)測手段對周邊地鐵隧道的運行情況進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測。本文將就自動化監(jiān)測技術(shù)在運營地鐵隧道中的應(yīng)用進(jìn)行簡要的分析探究。

【關(guān)鍵詞】自動化監(jiān)測技術(shù)；地鐵隧道；運營

本文選取的例子是天津市某地鐵線路二期工程，其基坑附近有建成的地鐵隧道，為了保障地鐵線路的安全運行，在基坑開挖的過程中，必須對隧道進(jìn)行實時監(jiān)測。由于地鐵運行期間測量人員無法進(jìn)入到隧道中，因此需采用無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式對隧道實時情況進(jìn)行掌握。這就涉及到了自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用。

1、自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)

靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要利用的是連通器的原理實現(xiàn)對多點相對沉降的監(jiān)測，通過相互連通且靜力平衡時的液面進(jìn)行高程傳遞，屬于高精密液體系統(tǒng)測量儀器。靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)通常由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動采集和傳輸子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)工程。

其中傳感器子系統(tǒng)包含了數(shù)個靜力水準(zhǔn)儀，這是一種的電感調(diào)頻的總線型位移計，主要包括電感傳感器、液缸以及浮子等多個部件，可以對液缸內(nèi)部水位變化進(jìn)行實時測量，以此實現(xiàn)對位移量的掌握。

在實際應(yīng)用的過程中，可以將靜力水準(zhǔn)儀安裝在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的隧道壁上，采用專用的支架和配套工具進(jìn)行固定，同時使用液體連接管和數(shù)據(jù)傳輸線連接起來。用戶可以利用公共網(wǎng)絡(luò)通過安裝的配套軟件對靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成數(shù)據(jù)采集。監(jiān)測系統(tǒng)可以將自身采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到信息中心，由數(shù)據(jù)管理和分析子系統(tǒng)完成相關(guān)處理工作。

1.2全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)

靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)只能對隧道結(jié)構(gòu)的沉降變化進(jìn)行監(jiān)控，無法實現(xiàn)對隧道斷面變形情況的全面掌握，因此應(yīng)該配合全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)對隧道變形情況進(jìn)行全面監(jiān)測。一般情況下，全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要包括測量機(jī)器人、電子手薄、反射棱鏡和自動控制軟件等幾部分。

其中測量機(jī)器人實際上就是的一個全站儀，為了保障測量效果，該儀器必須具備較高的測量進(jìn)度和穩(wěn)定的性能，且具備自動識別功能，操作人員只需瞄準(zhǔn)棱鏡就，儀器就可以自動完成目標(biāo)的鎖定、跟蹤和測量。此外，測量機(jī)器人還可以對多個目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)和重復(fù)觀測，對于工作效率的提升具有十分重要作用。

電子手薄是一種自動控制軟件，可以通過無線藍(lán)牙和測量機(jī)器人進(jìn)行連接，通過電子手薄可以對全站儀進(jìn)行控制，并將獲得的測量結(jié)果輸入到儲存庫中進(jìn)行整編分析。

反射棱鏡的主要作用是作為檢測標(biāo)志，為了方便測量機(jī)器人自動搜索反射棱鏡，在安裝的過程中其反射面必須指向?qū)χ杏^測站。

2、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測

一般情況下，精力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的采樣時間間隔設(shè)定為半個小時，由于其采集到的數(shù)量較大，因此為了便于分析，我們分別選擇了基坑施工前中后三個階段的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此展現(xiàn)靜力水準(zhǔn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的實際測量效果。通過繪制時程曲線圖的方式可知，在基坑開挖前的準(zhǔn)備階段，各監(jiān)測點采集到的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，基本上未發(fā)生變化。但是隨著施工活動的不斷推進(jìn)，隧道受到的擾動也在不斷加強，監(jiān)測數(shù)據(jù)也開始出現(xiàn)小幅度的波動。

通過基坑開挖過程中靜力水準(zhǔn)監(jiān)測時程曲線圖可知，基坑開挖對隧道結(jié)構(gòu)變形的影響較大，這是由于土方開挖是一個卸載的過程，開挖區(qū)的自然狀態(tài)發(fā)生了變化，土體也由靜止的土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥耐翂毫顟B(tài)。雖然各個監(jiān)測點都出現(xiàn)了不同幅度的沉降變化，但是整體上依舊呈現(xiàn)出較為平穩(wěn)的趨勢，未出現(xiàn)較為顯著的波動。

通過對施工后期靜力水準(zhǔn)監(jiān)測時程曲線圖的分析可知，在基坑開挖施工的后期，土體的變化會逐漸趨于穩(wěn)定，相應(yīng)的各個監(jiān)測點的時程曲線也會逐漸趨于平緩，并最終穩(wěn)定在一個具體的數(shù)值。

通過實際應(yīng)用，靜力水準(zhǔn)測量存在較多的影響因素，如氣溫、氣壓、傳感器靈敏度、安裝情況等，因此為了保障測量的精確性，必須要做到操作規(guī)范，如此才能將測量誤差控制在可以接受的范圍內(nèi)。

2.2全站儀自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在對全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)實際測量效果進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測分析的過程中，采用的是和上文相同的方法，即分別選取基坑開外前中后三個時段的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)分別繪制時程曲線圖。

根據(jù)基坑施工前期準(zhǔn)備階段的監(jiān)測時程曲線圖來看，相較于精力水準(zhǔn)監(jiān)測，全站儀采集到的數(shù)據(jù)明顯不夠平穩(wěn)，導(dǎo)致這種情況的原因就在于測量誤差。靜力水準(zhǔn)儀的測量精度要高于全站儀，因此在隧道未出現(xiàn)較大變形的情況下，全站儀很容易因偶然誤差的影響，導(dǎo)致其監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)小幅度的波動。

通過對基坑開挖過程中全站儀監(jiān)測時程曲線圖的分析可知，各個監(jiān)測點都出現(xiàn)了不同幅度的位移變化，累計位移量最大可以達(dá)到4mm，數(shù)據(jù)波動較為劇烈。

通過對基坑施工后期全站儀監(jiān)測時程曲線圖的分析，在基坑施工的后期，隨著土體的穩(wěn)定，各個監(jiān)測點的時程曲線也逐漸轉(zhuǎn)為平緩。

通過總體分析，全站儀自動化檢測系統(tǒng)應(yīng)用過程中會受到多種因素的影響，具體包括全站儀本身精度、溫度、距離、光線等，為了將測量誤差控制在合理的范圍內(nèi)，可以將強制對中裝置引入到監(jiān)測系統(tǒng)中，或是采用精密測距模式。想要在此基礎(chǔ)上對測量精度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，可以采用距離差分、方位角差分等改正。

結(jié)語：

綜上所述，因具備高速便捷等優(yōu)點，地鐵已經(jīng)成為當(dāng)前階段我國城市居民出行的重要方式之一，人對地鐵的需求也呈現(xiàn)出逐漸遞增的趨勢。因此地鐵已經(jīng)成為我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要項目。但是隨著基坑開挖深度的增加，地鐵隧道運營的安全也受到了一定的威脅，對地鐵運營的實時監(jiān)測十分必要。自動化監(jiān)測技術(shù)作為一種高效便捷的監(jiān)測手段，得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合實例對自動化監(jiān)測技術(shù)在運營地鐵隧道中的應(yīng)用進(jìn)行了簡要探究，希望能夠為地鐵線路的穩(wěn)定運行提供一定的幫助。

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