既有地鐵線自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用研究

齊昌洋

湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002

1 工程背景

東方·智尊堡項(xiàng)目位于南寧市青秀區(qū)高坡嶺路與鳳嶺22號路交叉口西南象限地塊內(nèi)，項(xiàng)目東側(cè)高坡嶺路下方為南寧軌道交通1 號線百花嶺站及埌東客運(yùn)站～百花嶺站區(qū)間隧道。南寧軌道交通1號線已于2016年12月28日投入運(yùn)營。在東方·智尊堡項(xiàng)目基坑土方開挖過程中，對既有地鐵1 號線百花嶺站可能造成影響，為實(shí)時掌握東方·智尊堡項(xiàng)目施工過程中對南寧市軌道交通一號線百花嶺站的影響，保障既有地鐵1 號線的運(yùn)營安全，需要對既有地鐵1 號線百花嶺站進(jìn)行變形監(jiān)測。

采用常規(guī)方式進(jìn)行變形監(jiān)測時，需要測量人員在地鐵線路上行走，而地鐵運(yùn)營時又封閉線路，只能晚上地鐵停運(yùn)后才能進(jìn)行，所以常規(guī)的測量方法不能保證實(shí)時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，也就是不能保證地鐵運(yùn)行安全。因此，工程采用基于測量機(jī)器人的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)時掌握東方·智尊堡基坑工程項(xiàng)目建設(shè)過程中對既有地鐵百花嶺站車站結(jié)構(gòu)形狀和對道床、軌道狀況的影響，提供動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便及時評定東方·智尊堡基坑工程施工對既有地鐵線的安全影響，從而對工程施工項(xiàng)目采取相關(guān)預(yù)案、對已經(jīng)發(fā)生變形的地鐵線路及時進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確保既有地鐵線運(yùn)營安全。

2 自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件兩部分。

2.1 硬件部分

變形監(jiān)測系統(tǒng)如圖1 所示，由三部分組成：監(jiān)測工作站、主機(jī)房、測量點(diǎn)位。

監(jiān)測工作站：根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合適位置，建設(shè)觀測墩，要保證點(diǎn)位穩(wěn)固性與良好的視野，并安置好測量機(jī)器人。測量機(jī)器人指的是測角精度在1″級以上的智能型全站儀，擁有伺服馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)自動目標(biāo)識別、自動照準(zhǔn)、自動測角與測距、自動目標(biāo)跟蹤、自動記錄等功能，根據(jù)遠(yuǎn)程計算機(jī)設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)連續(xù)、重復(fù)觀測。由于配備了供電電源和通訊模塊，實(shí)現(xiàn)了全自動化的實(shí)時監(jiān)測和傳輸。

圖1 自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)

主機(jī)房：主機(jī)房指的是控制計算機(jī)房，設(shè)置在辦公室。機(jī)房內(nèi)的計算機(jī)通過通訊電纜和測量機(jī)器人相聯(lián)。在主機(jī)房可以設(shè)置測量機(jī)器人的測量參數(shù)（間隔時間、重復(fù)次數(shù)等），還能實(shí)時了解其運(yùn)行情況。

測量點(diǎn)位：包括了基準(zhǔn)點(diǎn)和變形監(jiān)測點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在變形區(qū)域之外，作為監(jiān)測的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)不少于3 個。變形監(jiān)測點(diǎn)采用徠卡L 型棱鏡安裝在變形體上，棱鏡面朝向觀測墩。

2.2 軟件部分

主要由聯(lián)機(jī)測量模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成。

聯(lián)機(jī)測量模塊：工作人員在主機(jī)房內(nèi)借助此模塊可以控制全站儀，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)與處理措施，合格數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理模塊。測量機(jī)器人外業(yè)測量的流程為：聯(lián)機(jī)、定向；對所有的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)測量；根據(jù)主機(jī)設(shè)置參數(shù)，按照觀測順序，自動尋找目標(biāo)，得出目標(biāo)點(diǎn)精確坐標(biāo)。

數(shù)據(jù)處理模塊：本期數(shù)據(jù)采集完成后，即可進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的平差處理，得出監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測成果，并輸出工作報表，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，節(jié)省了人力資源，提高了工作效率。并根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中之前的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比分析，輸出成果表和變化趨勢圖等。

3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)布點(diǎn)方案

3.1 基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置

為確定系統(tǒng)的變形參照基準(zhǔn)，需在影響范圍之外，布設(shè)四個基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)固，保證整個監(jiān)測過程中不受破壞，基準(zhǔn)點(diǎn)為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定不動的參照系。基站網(wǎng)點(diǎn)采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，建立與隧道平行的坐標(biāo)系統(tǒng)，X 坐標(biāo)正值為沿平行于隧道往百花嶺站方向，Y 坐標(biāo)正值為垂直于X 坐標(biāo)往東，Z坐標(biāo)正值為豎直方向向上。

3.2 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

圖2 監(jiān)測斷面上監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)圖

圖3 百花嶺站自動化監(jiān)測平面布點(diǎn)圖

變形監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合施工對一號線的影響情況進(jìn)行布設(shè)，在一號線百花嶺站（ZSK28+471.413～ZSK28+510.348 段）左線約40m 范圍內(nèi)，共布設(shè)4 個監(jiān)測斷面，在影響較小的兩端各延伸布設(shè)1 個監(jiān)測斷面，即監(jiān)測斷面布設(shè)的地鐵里程范圍為ZSK28+461.413～ZSK28+520.348，按照10m的間距設(shè)置監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測斷面布設(shè)5 個監(jiān)測點(diǎn)，在地鐵軌道中心線兩側(cè)道床上各布設(shè)1 個沉降監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測道床幾何狀態(tài)。在隧道頂部布設(shè)1 個沉降監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測隧道變化情況。在地鐵站側(cè)墻和站臺板下各布設(shè)1 個水平位移監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測其是否發(fā)生位移。監(jiān)測斷面上點(diǎn)位布設(shè)位置見圖2。百花嶺站自動化監(jiān)測平面布點(diǎn)圖見圖3。

4 自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)首先進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)平差計算?；鶞?zhǔn)網(wǎng)是由監(jiān)測工作站和4 個基準(zhǔn)點(diǎn)組成的邊角交會網(wǎng)。獲得基準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)的傾斜距離、水平角和垂直角觀測數(shù)據(jù)，對基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行平差計算，為監(jiān)測點(diǎn)的計算提供基準(zhǔn)。監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)與上個周期監(jiān)測結(jié)果的差值，即為該點(diǎn)的相對位移量；與起始坐標(biāo)的差值，即為該點(diǎn)的累計位移量。

5 小結(jié)

為了確保自動化監(jiān)測成果準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)該定期進(jìn)行人工復(fù)核，在車站影響范圍的自動化監(jiān)測斷面處ZSK28+475、ZSK28+485、ZSK28+495、ZSK28+50布設(shè)4個道床人工監(jiān)測點(diǎn)，人工復(fù)核監(jiān)測頻率為15 天每次。

利用自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)對既有地鐵線進(jìn)行監(jiān)測，具有測量精度高、更新速度快、運(yùn)行成本低，全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)測量方法的缺點(diǎn)，為既有地鐵線兩側(cè)基坑開挖提供了實(shí)時、高精度的測量數(shù)據(jù)，是同類工程的最佳選擇。