地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)

謝武伸 王睿

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的交通行業(yè)有了很大進(jìn)展，地鐵工程建設(shè)越來(lái)越多，其自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)有了很大進(jìn)展。本文首先分析了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)概述，其次探討了施工方案，然后就地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，最后論述了注意事項(xiàng)，以供參考。

關(guān)鍵詞：城市主干道;地鐵工程;自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

引言

隨著城市建設(shè)不斷加快，鄰近運(yùn)營(yíng)鐵路隧道的施工越來(lái)越多，不可避免對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路隧道造成一定影響;鐵路隧道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，周邊施工極易對(duì)其產(chǎn)生影響，如果不能全天候進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)很難及時(shí)預(yù)警，而隧道一旦發(fā)生大的坍塌事故將會(huì)造成巨大災(zāi)難和社會(huì)影響，傳統(tǒng)的人工測(cè)量已不適用運(yùn)營(yíng)鐵路隧道的監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步被使用。

1自動(dòng)化監(jiān)測(cè)概述

現(xiàn)代基坑監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)化手段，基于物聯(lián)網(wǎng)、5G通信和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在基坑作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器等，并將傳感器現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)回傳至計(jì)算中心，檢測(cè)技術(shù)人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)后臺(tái)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑作業(yè)過(guò)程中基坑結(jié)構(gòu)和受力情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和判斷。相比傳統(tǒng)人工檢測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)降低了人工勞動(dòng)量，同時(shí)保證了檢測(cè)人員的安全和檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)基坑進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和分析，排除了傳統(tǒng)檢測(cè)方法受制于時(shí)間和空間的限制，使檢測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)基坑安全隱患和破壞趨勢(shì)，便于及時(shí)執(zhí)行相應(yīng)對(duì)策。

2施工方案

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)、站測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。西安地鐵1號(hào)線已運(yùn)營(yíng)，在檢測(cè)中需要采用自動(dòng)化檢測(cè)方式，監(jiān)測(cè)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)水平及垂直方向的位移。采用自動(dòng)全站儀、柔性測(cè)斜儀、裂縫計(jì)等設(shè)備與軟件系統(tǒng)相結(jié)合，建立結(jié)構(gòu)形變自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)區(qū)間隧道的管片、頂板以及道床等三維變形值進(jìn)行檢測(cè)。（2）設(shè)備布設(shè)。將基準(zhǔn)邊設(shè)置在穩(wěn)定位置，使其與變形區(qū)具有足夠的距離。變形區(qū)檢測(cè)過(guò)程中，整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)要布置在變形區(qū)兩側(cè)，且數(shù)量大于8個(gè)。各基準(zhǔn)點(diǎn)交錯(cuò)分散布置，保證基準(zhǔn)點(diǎn)之間有一定的角度和距離。布置工作基站時(shí)，先制作全站儀托架，將其安裝在隧道管片側(cè)壁上，高度保證距離隧道底約1.2m。為保證設(shè)備安裝后運(yùn)行穩(wěn)定，埋設(shè)完成后，定期對(duì)元器件設(shè)備進(jìn)行檢修。

3地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)

3.1自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，具有自動(dòng)測(cè)量、處理、發(fā)送、預(yù)警、控制等功能。每個(gè)測(cè)量周期完成后，系統(tǒng)自動(dòng)上傳測(cè)量成果，如果出現(xiàn)需要報(bào)警的情況，上傳的數(shù)據(jù)通過(guò)云端服務(wù)期設(shè)置的報(bào)警值自動(dòng)預(yù)警并發(fā)送各方，另外此系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)比等智能化功能，可一目了然觀看實(shí)時(shí)變形趨勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位安裝調(diào)試后，將采集好的初始值發(fā)送到全站儀并設(shè)置好觀測(cè)間隔時(shí)間，全站儀通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收命令自動(dòng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)的棱鏡，觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)全站儀自動(dòng)處理后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)成果分析系統(tǒng)復(fù)核無(wú)誤后，直接把最終成果推送各參建單位，如有預(yù)警或異常情況，計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)短信方式發(fā)送各方，避免了人為操作，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

3.2監(jiān)測(cè)報(bào)警值（閾值）確定

（1）直接根據(jù)固定閾值進(jìn)行預(yù)警：1）對(duì)具體工程進(jìn)行極限狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取安全前提下的建議值;2）從監(jiān)測(cè)對(duì)象對(duì)應(yīng)的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程中選取其安全閾值;3）工程類比，參考和汲取以往類似工程受力變形規(guī)律和成敗經(jīng)驗(yàn)。（2）根據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析建模并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，根據(jù)定量預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)大小進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。其中，在使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)時(shí)，必須先對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的主要方法有：粗差的檢驗(yàn)和剔除、局部缺失數(shù)據(jù)插補(bǔ)處理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平滑濾波處理等。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)回歸分析，找尋其變化規(guī)律模型，如目前較常用的有時(shí)間序列分析模型、灰色系統(tǒng)分析模型、Kalman濾波模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、支持向量機(jī)等，從而利用這些模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大小和變化趨勢(shì)，確定閾值并據(jù)此預(yù)警預(yù)報(bào)。

3.3監(jiān)測(cè)周期及頻率

（1）內(nèi)部監(jiān)測(cè)周期及頻率。

各監(jiān)測(cè)對(duì)象的每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施分工前監(jiān)測(cè)、過(guò)程監(jiān)測(cè)和工后監(jiān)測(cè)3個(gè)階段進(jìn)行。工前監(jiān)測(cè)：主要采集初始數(shù)據(jù)，在工程施工前完成。初始數(shù)據(jù)采集時(shí)每個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)3次。過(guò)程監(jiān)測(cè)：風(fēng)險(xiǎn)工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一般按普通頻率監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)工程和重要施工階段、重要工程部位或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警狀態(tài)時(shí)，增加監(jiān)測(cè)頻率;過(guò)程監(jiān)測(cè)一直持續(xù)至監(jiān)測(cè)部位主體結(jié)構(gòu)混凝土施工強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值。工后監(jiān)測(cè)：對(duì)重要結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行工后監(jiān)測(cè)，頻率為每月1～2次，在工程竣工試運(yùn)行后結(jié)束。（2）監(jiān)測(cè)頻率。確定檢測(cè)頻率時(shí)，在系統(tǒng)能準(zhǔn)確反映被測(cè)量目標(biāo)變化情況的前提下進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。監(jiān)測(cè)范圍：西咸客運(yùn)站人行天橋橋樁施工影響范圍。監(jiān)測(cè)周期：監(jiān)測(cè)工作應(yīng)從影響范圍內(nèi)基坑施工前測(cè)定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的初始值開始，直至工程建設(shè)全部完成，預(yù)計(jì)監(jiān)測(cè)周期為9個(gè)月。監(jiān)測(cè)階段及頻率：施工期間4次/d，施工結(jié)束后一個(gè)月1次/3d。備注：施工結(jié)束后延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)1個(gè)月，數(shù)據(jù)收斂后停止監(jiān)測(cè);軌道靜態(tài)幾何形位、結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)頻率為1次/3d。出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)向業(yè)主及相關(guān)單位報(bào)告監(jiān)測(cè)結(jié)果。①監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到警戒值。②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量較大或速率加快。③隧道內(nèi)大量涌水、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨。④施工范圍內(nèi)附近地面荷載突然增大或超過(guò)設(shè)計(jì)限值。⑤周邊地面出現(xiàn)突然較大沉降或嚴(yán)重開裂。⑥出現(xiàn)其他影響區(qū)間及周邊環(huán)境安全的異常情況。

4注意事項(xiàng)

1）現(xiàn)場(chǎng)施工前完成點(diǎn)位布設(shè)及初始值采集。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及要求進(jìn)行埋設(shè)，遠(yuǎn)離火車及其他設(shè)備并做好點(diǎn)位的錨固、防護(hù)及標(biāo)識(shí)工作，防止監(jiān)測(cè)點(diǎn)位脫落、侵限。2）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所使用的儀器設(shè)備及連接設(shè)施必須保證在有效期內(nèi)，所有儀器在使用前必須進(jìn)行全面檢查，確保能在監(jiān)測(cè)過(guò)程中正常使用，當(dāng)出現(xiàn)粗差或被遮擋時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制終端預(yù)先設(shè)置的重復(fù)測(cè)量，進(jìn)行二次測(cè)量或多次測(cè)量。3）在監(jiān)測(cè)過(guò)程中準(zhǔn)備可以隨時(shí)更換的儀器設(shè)備，如現(xiàn)場(chǎng)儀器不能正常監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠進(jìn)行設(shè)備更換，確保自動(dòng)化監(jiān)測(cè)順利進(jìn)行。4）全站儀安裝完成后，必須做好固定防護(hù)及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)工作，不得私自動(dòng)用或調(diào)整儀器;儀器調(diào)試完成后，必須關(guān)閉激光，防止自動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)激光紅線引發(fā)火車司機(jī)啟動(dòng)制動(dòng)流程等。5）增加溫度、氣壓感應(yīng)器，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償修正，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)施工應(yīng)用以高配置的人員及設(shè)備投入為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法為手段獲取了高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)成果。在檢測(cè)中實(shí)施動(dòng)態(tài)檢測(cè)，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的整體以及局部的形變情況進(jìn)行精準(zhǔn)把握，掌握其變化規(guī)律，便于采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，保障了地鐵的結(jié)構(gòu)安全，此技術(shù)的應(yīng)用也為后續(xù)類似項(xiàng)目的施工監(jiān)測(cè)積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳紅，劉明光.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在昆明地鐵4號(hào)線下穿既有地鐵中的應(yīng)用[J].都市快軌交通，2020，33（6）：123-126.

[2]李禹霏，陳世昌，徐湘濤.貴州都勻馬達(dá)嶺地質(zhì)災(zāi)害鏈的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2014，22（3）：482-488

[3]閆學(xué)寬，龍潤(rùn)澤.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在軌道交通建設(shè)下穿高鐵中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新科技，2020，（14）：84-87.

[4]周張博，施艷秋，黃輝.廈門市軌道交通2號(hào)線高濕區(qū)間隧道下穿翔安隧道地下管廊自動(dòng)化監(jiān)測(cè)分析[J].甘肅科技，2019，35（8）：102-106.

[5]曹權(quán)，李清明，項(xiàng)偉，等.基坑群開挖對(duì)鄰近既有地鐵隧道影響的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（S1）：552-556

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