測量機(jī)器人在地鐵隧道自動化監(jiān)測中的應(yīng)用

姜信東

（江西煤田地質(zhì)局二二三地質(zhì)隊，江西鷹潭335000）

1 概述

隨著測繪技術(shù)和各種精密測量儀器的發(fā)展，變形監(jiān)測也出現(xiàn)了新的變革和發(fā)展。電腦型全站儀配合豐富的軟件向全能型和智能型方向發(fā)展，形成了TPS（Totalstation Position System）系統(tǒng)。帶電動馬達(dá)驅(qū)動和程序控制的TPS 系統(tǒng)結(jié)合激光、通訊及CCD 技術(shù)，可以實現(xiàn)測量的全自動化，集自動目標(biāo)識別、自動照準(zhǔn)、自動測角、自動測距、自動跟蹤目標(biāo)、自動記錄于一體的測量系統(tǒng)，稱為測量機(jī)器人。測量機(jī)器人超級目標(biāo)捕捉系統(tǒng)驅(qū)動全站儀快速照準(zhǔn)棱鏡所在方位，并對目標(biāo)實施高精度的自動照準(zhǔn)和測量。獲取角度、距離、三維坐標(biāo)及影響等信息，進(jìn)而得到物體的形態(tài)及其隨時間的變化。

2 工程概況

華聯(lián)寶安27區(qū)舊改項目位于深圳市寶安27區(qū)，擬建場地南側(cè)用地紅線距離地鐵環(huán)中線左側(cè)地鐵隧道距離約20.5m，基坑開挖深度約8～16.9m；按設(shè)計要求在基坑開挖施工開始對地鐵五號線（環(huán)中線）“洪浪北站”至“靈芝站”之間的地鐵隧道及軌道進(jìn)行變形監(jiān)測，以保證地鐵正常運營和安全及舊改項目的順利進(jìn)行。

3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

（1）《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007）；

（2）《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2007）；

（3）《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB 50308-2008）；

（4）《深圳城市軌道交通地下工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，2010年12月。

4 監(jiān)測內(nèi)容及變形監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)本工程設(shè)計文件及相關(guān)技術(shù)要求，在受基坑工程影響的地鐵五號線（靈芝站至洪浪北站）隧道左線內(nèi)對隧道拱頂沉降、水平位移位、地鐵軌道沉降及隧道曲率變化進(jìn)行監(jiān)測。

4.2 變形監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)

（1）工作基站設(shè)置，監(jiān)測工作基站設(shè)置在隧道側(cè)面墻壁上，支撐托架長度不超過相應(yīng)的車輛限界和設(shè)備限界，一般伸出長度大約為400mm，在監(jiān)測工作過程中，定期檢查工作基點的穩(wěn)定性，保證后續(xù)工作的順利進(jìn)行。

（2）變形監(jiān)測點的布設(shè)，按設(shè)計要求，監(jiān)測點的布設(shè)按舊改項目項目基坑相對應(yīng)范圍內(nèi)每隔10m布置一個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面內(nèi)由1個隧道拱頂沉降點、2個隧道水平位移點和2個軌道沉降監(jiān)測點(隧道曲率監(jiān)測點用左側(cè)軌道監(jiān)測點作為曲率監(jiān)測點）,共23個監(jiān)測斷面。

工作基站及隧道監(jiān)測斷面布點如圖1所示。

5 監(jiān)測方法及儀器參數(shù)設(shè)置

（1）本項目使用儀器為SOKKIA全站儀，AutoMoS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)。采用固定式全自動三維同步監(jiān)測方法進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。

整個系統(tǒng)由測量機(jī)器人監(jiān)測臺、供電、控制、計算、通信及反射凌鏡組成，并配備專門軟件。

（2）儀器參數(shù)設(shè)置：主要是對基本參數(shù)、自動測量參數(shù)、自動測量、測量數(shù)據(jù)處理、成果輸出等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

圖1 工作基站及隧道監(jiān)測斷面布點圖

6 監(jiān)測頻率及預(yù)警值

6.1 監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率：土方開挖過程中，每天觀測3 次；樁基施工期間每天觀測5 次；至施工完成變形穩(wěn)定止。

6.2 監(jiān)測預(yù)警值

（1）隧道結(jié)構(gòu)安全保護(hù)第三方監(jiān)測控制指標(biāo)：

①隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量及水平位移量不大于5mm（包括各種加載和卸載的最終位移量）；

②道床（參考軌道變形指標(biāo)）豎向變形小于±2mm，兩軌道橫向高差小于2mm。

③隧道的相對變曲不大于1/5000，隧道縱向變形曲線的曲率半徑R≥30000m。

④由于打樁振動、爆炸產(chǎn)生的震動隧道引起的峰值速度不大于1.20cm/s（對連續(xù)性的震動控制指標(biāo)應(yīng)按50%甚至更為嚴(yán)格控制）。

（2）監(jiān)測警戒值：第三方監(jiān)測的實際變形警戒值為最大允許變形值的50%，報警值為最大變形允許值80%。

當(dāng)出現(xiàn)大于警戒值和報警值時，系統(tǒng)將自動通過手機(jī)短信的方式立即向申請人、施工單位、城市軌道交通公司、城市軌道交通運營管理辦公室發(fā)出預(yù)警及報警。以便采取相關(guān)措施保證隧道結(jié)構(gòu)安全。

7 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

（1）數(shù)據(jù)采集、整理?，F(xiàn)場監(jiān)測儀器(全站儀)自動數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)分析及預(yù)報。自動監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)全站儀量測數(shù)據(jù)繪制測點時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖，進(jìn)行實測變形量與預(yù)報值比較。最終輸出成果表及位移量—時間曲線圖，以便對工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行評估決策。

8 技術(shù)保證措施

8.1 監(jiān)測方法

采用固定式全自動三維同步監(jiān)測方法進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。即固定測站儀器，固定監(jiān)測目標(biāo)凌鏡、監(jiān)測人員、監(jiān)測時間。對于相關(guān)的數(shù)據(jù)、信息，做到實時采集、處理、傳輸、分析和預(yù)警，減少誤差提高精度。

8.2 監(jiān)測儀器的定期維護(hù)

定期對測量機(jī)器人進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。減少水汽、灰塵及地鐵運行對儀器的影響，提高測量機(jī)器人的工作效率和保證地鐵隧道監(jiān)測的精度。

8.3 監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)監(jiān)測精度要求及測量儀器的特點針對性地進(jìn)行設(shè)置。

（1）建立項目進(jìn)行初始化設(shè)置：以工程形式進(jìn)行項目管理，便于監(jiān)測過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的保存。系統(tǒng)初始化設(shè)置實現(xiàn)測量機(jī)器人與計算機(jī)通訊串口通訊參數(shù)一致。

（2）對所有監(jiān)測目標(biāo)點進(jìn)行首次人工測量，獲取目標(biāo)點的三維位置信息，便于后期控制測量機(jī)器人完成自動測量。

（3）自動測量：設(shè)置自動觀測時間段，以控制測了機(jī)器人在指定的時間段完成自動觀測。

（4）智能處理：遮擋處理與超限處理。

（5）數(shù)據(jù)處理：實時多重差分改正，最大限度地消除或減弱多種誤差因素。

（6）變形趨勢實時多態(tài)圖解顯示，可以同時顯示斷面上的所有點的位移量。

（7）變形量超限時自動報警。

9 結(jié)論

（1）自動化變形監(jiān)測測量系統(tǒng)能夠替代傳統(tǒng)測量方法對地鐵隧道快速完成位移與沉降等變形監(jiān)測。

（2）簡化了氣象等附加設(shè)備，用實時差分式的測量方案，最大限度地消除或減弱多種誤差因素。系統(tǒng)在計算機(jī)的控制下實現(xiàn)全自動、高精度的變形監(jiān)測。

（3）實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出及提供圖形等。

（4）實現(xiàn)手機(jī)短信自動報警，便于采取相關(guān)措施保障隧道結(jié)構(gòu)及地鐵運營安全。