自動化監(jiān)測技術在地鐵隧道施工中的應用

晏昊

（中南勘察設計院集團有限公司，武漢430000）

1 自動化監(jiān)測平臺

1.1 全站儀

地鐵隧道施工期間，使用的自動化監(jiān)測全站儀主要為徠卡TS系列，其測量精準度可保持在±（0.6mm＋1×10-6D）mm以內(nèi)，D為實測距離 ，而測量角度為0.5″，也可根據(jù)實際需求使用科學的Smart監(jiān)測平臺針對檢測對象與相關參數(shù)進行明確。TS系列自動化監(jiān)測全站儀還有自動調(diào)焦、監(jiān)測正倒鏡與自動記錄數(shù)據(jù)等功能與優(yōu)勢，擁有自動對準與識別目標能力，工作人員僅需瞄準目標，其余工作全站儀可自主完成，可有效促進自動監(jiān)測質(zhì)量的快速提升[1]。

1.2 反射棱鏡設備

在地鐵隧道施工期間，工作人員根據(jù)實際需求在拱頂與軌道床位置利用膨脹螺絲安裝反射棱鏡，同時，確保棱鏡反射面為工作基站方向，可為自動化全站儀識別目標提供較大的便利。

1.3 計算機

通過GPRS等數(shù)據(jù)鏈將計算機與全站儀進行有效連接，使用專業(yè)監(jiān)測軟件，可以為自動化監(jiān)測功能的形成提供有力支持，其余設備，包括外接電源與電纜等，也是自動化監(jiān)測落實的主要條件。同時，自動監(jiān)測系統(tǒng)會針對各種觀檢測數(shù)據(jù)進行自動存儲，也可自動分析與處理，進而為形成監(jiān)測報表提供全面的參考數(shù)據(jù)。

1.4 檢測軟件

目前，自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要采用Smart監(jiān)測軟件與全站儀相結合的方式對地鐵隧道施工進行自動化監(jiān)測，因此，可以在SQL數(shù)據(jù)庫中對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲，并利用周期與初始設置時間等條件實現(xiàn)監(jiān)測功能。同時，也可根據(jù)實際需求不斷添加各種循環(huán)，當某設備處于監(jiān)測狀態(tài)時，各種循環(huán)時間將不具有重疊特征，進而保證循環(huán)的開始在另一個循環(huán)結束后[2]。

1.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

自動化檢測系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)信息進行整理與分析時，主要使用Smart分析軟件、編碼程序以及平差軟件等。進行數(shù)據(jù)信息分析期間，可通過人工方法刪除存在問題的數(shù)據(jù)信息，進而使用平均值作為周期監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，也可以根據(jù)施工需求針對偏移折線圖與檢測報告等進行分析，以此確保地鐵隧道施工變化狀況的反饋信息具有較強的時效性與完整性。

2 自動化監(jiān)測工作

2.1 明確監(jiān)測位置

明確監(jiān)測位置，需要注意以下要點：（1）在明確監(jiān)測位置時，需要進行截面監(jiān)測處理，即監(jiān)測隧道檢測位置的正交橫截面，并加設大量監(jiān)測點。同時，監(jiān)測截面在地鐵隧道施工中的分布需要具有較強的均勻性。以某地鐵隧道施工為例，根據(jù)其設計需求可明確實際監(jiān)測距離為500m，而每間隔10m需要設置一個監(jiān)測截面，實際監(jiān)測截面數(shù)量為30個，各個截面都需要加設5個監(jiān)測點，并安裝在道床沉降處于拱頂?shù)任恢?。?）明確基準點。地鐵隧道施工監(jiān)測區(qū)域的基準點可劃分為4個，并主要在里程方向較小與偏離變化大等位置進行安置。（3）確定全站儀位置。結合實際需求可將全站儀位置確定在YK7＋205位置，而在YK7＋316位置科學加設后視點。

2.2 自動化監(jiān)測模式

在地鐵隧道中安裝全站儀時，可使用GPRS數(shù)據(jù)鏈將其與計算機進行對接，并利用計算機針對全站儀進行管理與控制，同時，利用設定的循環(huán)周期不斷監(jiān)測設定位置，再通過監(jiān)測數(shù)據(jù)計算較差。而SQL數(shù)據(jù)可針對數(shù)據(jù)進行存儲，若監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不足與問題、監(jiān)測點反射棱鏡受到遮擋等，軟件也會針對這些現(xiàn)象進行記錄并存儲至數(shù)據(jù)庫中，接著對其余監(jiān)測點進行監(jiān)測，致使這一監(jiān)測循環(huán)結束，這時會結合循環(huán)監(jiān)測中出現(xiàn)的問題數(shù)據(jù)位置施以反復監(jiān)測處理[3]。根據(jù)實際需求使用控制軟件可在監(jiān)測循環(huán)開始時通過相應基準點不斷進行測回處理，進而明確監(jiān)測點實際位置與歷程，同時，可針對所有監(jiān)測點進行自動化監(jiān)測，從而獲得觀測點實際位置。

3 計算平差與差分

3.1 調(diào)整距離差分

若確保2個基準點位置不發(fā)生改變，這時可明確監(jiān)測位置距離2個基準點的斜距為s01與s02，進行變形檢測時，測量的斜距為s′1與s′2，可根據(jù)相應計算公式得出改正比例參數(shù)ΔS為：

若測站至變形位置的實際斜距為s′p，可得知氣象差分調(diào)整斜距為：

3.2 計算平距與高差差分調(diào)整

受球氣壓等因素影響，在單向測量極坐標時，需要根據(jù)實際需求針對所有檢測的高差數(shù)據(jù)進行差分調(diào)整計算。若監(jiān)測點與基準點之間高差為h0，那么2個基準點與檢測站之間的實際高差也就為h′1與h′2，計算公式為：

式中，αn為垂直角度；in為全站儀實際高度；ln為反射棱鏡的高度；Sn為平均偏離真值。再根據(jù)相應公式可得出較為精準的高差調(diào)整參數(shù)：

根據(jù)基準點實際情況，采用上述公式可獲得高差改正參數(shù)，其中，在測量時間短等因素的影響下，可確定高差調(diào)整參數(shù)對變形點與基準點具有相同影響。因此，可通過下式計算監(jiān)測站與變形點間存在的高差調(diào)整參數(shù)：

式中，ip為變形點全站儀實際高度；lp為變形點靈鏡高；αp為變形點垂直角。計算出變形點與監(jiān)測站之間的斜距、高差等參數(shù)后，需要通過下式計算變形點至監(jiān)測站的平距參數(shù)：

3.3 計算變形點位置

將所有差分改正數(shù)據(jù)信息進行整理與分析，通過極坐標計算等級可第一時間獲得具有較強精準性的各周期變形點位置：

式中，Hzp為變形點與監(jiān)測站之間的方位角；X0、Y0、H0分別為監(jiān)測站實際高程值與位置坐標數(shù)據(jù)信息。

3.4 平差處理方法

進行平差計算時，可將進行高差差分與距離處理后的觀測數(shù)據(jù)作輸入入，進而為繪制三維坐標提供有力支持。

4 結語

綜上所述，在地鐵隧道施工期間運行自動化監(jiān)測技術，可真正實現(xiàn)實時不間斷監(jiān)測，并保證數(shù)據(jù)信息的整理、分析與傳遞具有較強及時性，進而為監(jiān)測工作效率的提升創(chuàng)建良好條件。在隧道施工期間，通過自動化監(jiān)測技術收集精準完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可為強化隧道施工安全性提供有力支持。