自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用

魏繼明

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100000）

0 引言

當(dāng)前，為了推進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)，城市地鐵交通項(xiàng)目施工備受國家政府重視。國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，作為重要的施工內(nèi)容，城市地鐵施工監(jiān)測(cè)要保障獲得高精度與高頻率的數(shù)據(jù)。地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中應(yīng)用先進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器與測(cè)量技術(shù)，全面提高城市地鐵施工監(jiān)測(cè)工作效率，促使城市地鐵項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，為城市地鐵隧道監(jiān)測(cè)創(chuàng)造更大的發(fā)展空間，彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作缺陷，這對(duì)城市地鐵隧道施工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。

1 地鐵隧道項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

目前，我國地鐵隧道項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)中，人工測(cè)量是主要方法，該測(cè)量方法操作簡(jiǎn)單且技術(shù)發(fā)展成熟，但人工測(cè)量存在很多弊病，比如時(shí)效性不好、監(jiān)測(cè)效率不高、成本大且安全性差等。地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，是地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無人值守實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地鐵隧道項(xiàng)目施工，快速有效的分析相關(guān)數(shù)據(jù)，這對(duì)完善人工測(cè)量缺陷具有非常重要的意義。當(dāng)前我國地鐵隧道施工中，隧道縱向變形、橫向變形及管徑收斂變形等監(jiān)測(cè)是主要監(jiān)測(cè)對(duì)象。其中隧道縱向變形監(jiān)測(cè)是應(yīng)用電子水平尺與靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)共同完成。靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)有很高的精確性、較大的監(jiān)測(cè)范圍，因而成為地鐵隧道項(xiàng)目縱向變形監(jiān)測(cè)的一種常用監(jiān)測(cè)技術(shù)。小范圍監(jiān)測(cè)中可應(yīng)用電子水平尺系統(tǒng)，其存在一定誤差。隧道橫向與隧道管徑收斂等變形監(jiān)測(cè)一般是使用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但如果全站儀具有目標(biāo)識(shí)別功能，則通視因素精確性就會(huì)對(duì)其造成影響，因而在大范圍監(jiān)測(cè)中無法保障監(jiān)測(cè)精度。

1.1 地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

（1）徠卡TS30全站儀。徠卡TS30全站儀是地鐵隧道施工自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程中最常使用的儀器，該種儀器可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)焦距、監(jiān)測(cè)正倒鏡、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)并對(duì)準(zhǔn)等，因而在具體使用時(shí)，工作人員只需大致瞄準(zhǔn)需要辨別的目標(biāo)，無需再進(jìn)行人為調(diào)節(jié)焦距和精準(zhǔn)校定，自動(dòng)監(jiān)測(cè)效率因而大幅度提高。

地鐵隧道施工中，徠卡TS30全站儀是一種比較常用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，該儀器精度是：測(cè)距精度±(0.6mm+1ppm×D)mm，而測(cè)角精度為0.5″。實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，該儀器可利用專業(yè)Smart Monitor監(jiān)測(cè)軟件對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)與監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行控制與設(shè)定。徠卡TS30全站儀監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化整平、調(diào)焦、觀測(cè)正倒鏡以及記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)等，且該設(shè)備具有自動(dòng)識(shí)別與ATR照準(zhǔn)功能，操作人員只要粗略瞄準(zhǔn)棱鏡，便可應(yīng)用徠卡TS30全站儀自動(dòng)搜索目標(biāo)棱鏡與自動(dòng)瞄準(zhǔn)，無需人工干預(yù)就可精確進(jìn)行瞄準(zhǔn)與調(diào)焦，一定程度上使得施工監(jiān)測(cè)工作效率得到了明顯的提高。

（2）反射棱鏡與計(jì)算機(jī)設(shè)備。地鐵隧道項(xiàng)目施工中，軌道床道與拱頂?shù)炔课话惭b反射棱鏡，反射面與工作基站對(duì)準(zhǔn)，以此配合徠卡TS30全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。徠卡TS30全站儀連接計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過專業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，應(yīng)用電纜、電源及儲(chǔ)存等設(shè)備實(shí)施儲(chǔ)存并分析數(shù)據(jù)，形成最終監(jiān)測(cè)報(bào)告。

（3）Smart監(jiān)測(cè)軟件。地鐵隧道項(xiàng)目施工中，該監(jiān)測(cè)軟件可與徠卡TS30全站儀配合完成施工任務(wù)，并在SQL數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存取得的數(shù)據(jù)。另外，該監(jiān)測(cè)軟件還能根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況適當(dāng)?shù)卦黾颖O(jiān)測(cè)循環(huán)，以此確保持續(xù)而循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。

（4）處理分析數(shù)據(jù)。Smart分析系統(tǒng)結(jié)合自身編寫的程序形成通用型“科傻軟件”，實(shí)際數(shù)據(jù)分析處理中，人為刪除異常信息，將平均值用于最終周期監(jiān)測(cè)結(jié)果，再根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果繪制偏移折線圖，以此形成監(jiān)測(cè)報(bào)告并充分呈現(xiàn)地鐵隧道施工實(shí)際變化情況。

2 地鐵隧道施工中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作

2.1 監(jiān)測(cè)位置的明確

對(duì)于監(jiān)測(cè)位置的要明確要注意以下問題：（1）監(jiān)測(cè)位置明確時(shí)，要監(jiān)測(cè)處理界面，即對(duì)隧道檢測(cè)位置正交橫截面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，增加更多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此外，地鐵隧道施工中截面監(jiān)測(cè)分布均勻性強(qiáng)。比如某地鐵隧道項(xiàng)目施工，結(jié)合其設(shè)計(jì)需求明確實(shí)際監(jiān)測(cè)距離是500m，間隔10mi設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)截面，實(shí)際設(shè)置數(shù)量30個(gè)，且各截面增加 5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將其安裝于隧道床沉降與拱頂部位。（2）基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)立。受測(cè)區(qū)域一共劃分為 4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，在偏離變化區(qū)大于小里程方向分別設(shè)置兩個(gè)。（3）徠卡TS30全站儀安裝點(diǎn)。一般情況下，該全站儀安裝里程為YK7+205，后視里程YK7+316。

2.2 隧道項(xiàng)目施工自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式

地鐵隧道項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)中，對(duì)于全站儀的安裝，可利用 GPRS數(shù)據(jù)鏈對(duì)接計(jì)算機(jī)設(shè)備，應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)備管理并控制全站儀。此外，通過所設(shè)定循環(huán)周期對(duì)設(shè)定位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算其差異。SQL數(shù)據(jù)能夠針對(duì)性地儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在不足或缺陷、監(jiān)測(cè)點(diǎn)反射棱鏡被遮擋住，針對(duì)這一現(xiàn)象軟件就會(huì)自動(dòng)記錄并保存到數(shù)據(jù)庫中，隨后再監(jiān)測(cè)其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由此完成監(jiān)測(cè)循環(huán)過程，此循環(huán)監(jiān)測(cè)中根據(jù)存在問題的數(shù)據(jù)位置進(jìn)行反復(fù)監(jiān)測(cè)處理。監(jiān)測(cè)循環(huán)開始的時(shí)候根據(jù)實(shí)際需求應(yīng)用控制軟件，測(cè)回處理相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)以此明確實(shí)際監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置與歷程。與此同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以此獲得實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)位置。

3 地鐵隧道項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 有效監(jiān)測(cè)地鐵隧道施工沉降

與人工監(jiān)測(cè)相比，地鐵隧道項(xiàng)目施工中，隧道道床上合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)等級(jí)水準(zhǔn)要求開展測(cè)量工作。在此過程中靜力水準(zhǔn)儀與電水平尺等常用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法可及時(shí)準(zhǔn)確、快速地提供精密地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這是人工監(jiān)測(cè)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的，因而廣泛應(yīng)用于實(shí)際工作中。

3.2 合理監(jiān)測(cè)地鐵隧道項(xiàng)目收斂施工

地鐵隧道項(xiàng)目施工中，與人工全斷面監(jiān)測(cè)與腰線收斂測(cè)量相比，應(yīng)用激光測(cè)距儀等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法可及時(shí)而有效地展現(xiàn)隧道變形情況，有很高的精度，對(duì)隧道受保護(hù)區(qū)內(nèi)項(xiàng)目施工影響度進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋并進(jìn)行量化，以此準(zhǔn)確分析并判斷隧道施工的安全狀態(tài)。

3.3 科學(xué)監(jiān)測(cè)地鐵隧道項(xiàng)目施工水平位移

地鐵隧道項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)中，安裝測(cè)量機(jī)器人合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)與穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，以此自動(dòng)化監(jiān)測(cè)隧道施工水平位移情況。與人工測(cè)量相比，實(shí)時(shí)與連續(xù)性數(shù)據(jù)分析起來更加方便。

3.4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利于為地鐵隧道施工參數(shù)提供保障

城市建設(shè)中，地鐵工程是非常重要的交通項(xiàng)目，更是國家社會(huì)關(guān)注的民生項(xiàng)目。所以其項(xiàng)目施工質(zhì)量有嚴(yán)格的要求，以此確保為后期地鐵運(yùn)行提供安全保障。根據(jù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)及時(shí)反饋項(xiàng)目施工，可有效提高施工精確性，及時(shí)評(píng)價(jià)項(xiàng)目施工手段與工期進(jìn)度等與預(yù)期施工要求是否保持一致，在此基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整并優(yōu)化施工方案。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵隧道項(xiàng)目施工中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可從根本上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)而持續(xù)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目施工，確保有效而及時(shí)地整理、分析與傳遞數(shù)據(jù)信息，以此為提高施工監(jiān)測(cè)工作效率提供保障。地鐵隧道項(xiàng)目施工中，還可應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)搜集準(zhǔn)確而完整地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)隧道施工的安全性，這是十分重要的。