一款強制對中架在城市軌道交通工程監(jiān)測中的應用及分析

高祥祥，邊俊杰，伍 佳，李春浩，林其燦

（深圳市房屋安全和工程質量檢測鑒定中心 深圳 518000）

0 引言

隨著城市軌道交通建設的快速發(fā)展與城市建筑對地下空間的極大需求，導致地鐵建（構）筑物附近出現(xiàn)越來越多的深基坑工程施工［1-2］。深基坑開挖面卸荷改變了原始土基的界面和應力狀態(tài)影響，破壞了巖土介質原有的應力平衡狀態(tài)，不可避免的對周圍地層產(chǎn)生擾動，引起地表沉降和地層移動，這將對城市軌道交通的運行造成嚴重的安全隱患［3-4］。若風險不能及時發(fā)現(xiàn)，變形擴大導致險情發(fā)生，后果不堪設想。所以對城市軌道交通進行周期性監(jiān)測保證其正常施工和安全運營具有重要意義［5-6］。

在地鐵監(jiān)測中，主要是采用測量機器人進行自動化監(jiān)測。整個監(jiān)測過程中儀器的穩(wěn)定可靠性是重要的特征要求，而陽光直射；強制對中裝置受到外力振動；儀器長期直接暴露在外界環(huán)境中的造成的銹蝕老化；通視條件不佳，受到遮擋等眾多因素都會對數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性造成影響［7-8］。為了保障測量機器人的安裝在現(xiàn)場的穩(wěn)定性和強制對中的需求研制了一款可拆卸的強制對中支架，不僅可提高觀測精度，降低外業(yè)測量勞動強度，而且便于使用和維護［9-10］。本文介紹了該對中支架在使用中對監(jiān)測數(shù)據(jù)影響的分析及應用。

1 工程概況

工程場地內(nèi)擬建兩棟建筑，A 棟擬建1層地下室、B 棟擬建3 層地下室?；娱_挖最大深度17.8 m，基坑支護周長約為783 m。基坑西側支護邊線距離地鐵約24 m?？拷罔F4 號線的基坑邊長為120 m，各向兩端延長兩倍基坑深度（17.8 m），即兩端各延長約36 m，故監(jiān)測區(qū)域范圍約200 m，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)地鐵線路均為高架橋。監(jiān)測平面布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測平面布置Fig.1 Layout of Monitoring Section

2 監(jiān)測內(nèi)容

2.1 監(jiān)測點布設

監(jiān)測區(qū)域范圍約200 m，分為上行線、下行線及聯(lián)絡線，每條線路間隔10 m 布置1 個斷面，共計21 個斷面。每個斷面使用L型棱鏡布設2個監(jiān)測點。

2.2 測量機器人安裝

每條地鐵線路安裝兩個強制對中支架，儀器使用徠卡TS60 測量機器人。兩臺測量機器人通過測站之間的6個公共點進行聯(lián)測。安裝方式如圖2所示。

圖2 強制對中支架安裝效果Fig.2 Installation Effect of Forced Centering Frame

2.3 強制對中架介紹

該地鐵線路屬于高架段，為解決通視條件不佳以及缺少安裝位置等問題，基于地鐵沿線既有電纜線架設計了一款可拆卸式對中支架。

本專利儀器支架采用了鍍鋅鋼材質，鍍鋅鋼能夠在保持支架強度的同時能夠有效防止鋼材腐蝕生銹從而延長鋼材使用壽命，并且在底部預留了4 個膨脹螺絲孔，可使用膨脹螺絲對其固定安裝。

強制對中板上增加遮蓋設計，采用了鋁合金材質防護罩，具有良好的耐蝕性和可焊性，四周通過預留的螺絲孔與支架緊密結合。并在監(jiān)測點一側開口，有效的避免陽光直射及雨水對儀器的侵蝕的同時儀器可正常工作不受阻擋。

頂部向一端延伸，延伸結構下增加一條立桿和斜桿加固，對延伸臂起到良好的支撐效果，有效的保證了延申臂的穩(wěn)定與牢固，使儀器避免被臨近的物體阻擋。強制對中架如圖3所示。該設計對中裝置具有安裝便利、位置可調(diào)、造價低廉、便于回收等優(yōu)點。

圖3 強制對中支架Fig.3 Forced Centering Frame

3 外界環(huán)境對觀測誤差的影響

3.1 日照的影響

當儀器長時間靜置在日照強烈的天氣中，受到陽光直射的影響，背光面和受光面會產(chǎn)生明顯的溫差。由于儀器的不均勻受熱可能會導致測量機器人水平度盤與豎直度盤產(chǎn)生變形，導致誤差產(chǎn)生。

3.2 震動的影響

當列車運行時，其運行速度以及自身的重量會導整個區(qū)域內(nèi)劇烈震動，在高架段區(qū)域內(nèi)尤其強烈。同時由于高架段在遇到強風時如果儀器的安裝未采取特殊措施，也會產(chǎn)生明顯的震動，影響觀測精度。

3.3 長期暴露在戶外環(huán)境的影響

測量機器人長期暴露在戶外環(huán)境，受雨淋潮濕氣候和空氣中粉塵的影響，易導致儀器零器件銹蝕、老化；鏡頭被灰塵等污染物覆蓋導致觀測精度下降，嚴重時可能會導致驅動馬達故障，儀器無法運行。

4 監(jiān)測結果分析

4.1 監(jiān)測成果對比

選取其中一條線路的數(shù)據(jù)進行對比，使用新設計的強制對中支架前后數(shù)據(jù)變化曲線如圖4所示。

圖4 使用強制對中支架前后水平位移曲線Fig.4 Horizontal Displacement Curve before and after Using the Frame

4.2 使用強制對中支架前后精度的對比

通過在相同的觀測條件下對監(jiān)測點進行多次觀測，計算中誤差并進行對比。

使用強制對中支架前及使用后的中誤差分布曲線如圖5所示，中誤差最大值對比如表1、表2所示。

表1 監(jiān)測點坐標最大中誤差對比Tab.1 Comparison of Maximum Mean Square Error of Coordinate of Monitoring Point

表2 監(jiān)測點高差最大中誤差對比Tab.2 Comparison of Maximum Mean Square Error of Elevation Difference at Monitoring Points

圖5 中誤差分布曲線Fig.5 Root Mean Square Error Curve

從最大中誤差以及中誤差分布圖可以看出，在使用強制對中支架后，中誤差得到了有效降低。

5 結論

結合實際工程中使用該款強制對中支架前后各監(jiān)測項目的中誤差的對比，得出結論如下：

⑴本文中的強制對中支架結構通過延長支架，較好的解決了監(jiān)測工作中受場地限制，強制對中裝置安裝位置受限時的通視條件問題。

⑵通過對延長支架增加立桿和斜拉桿加固，有效降低了城市軌道交通工程監(jiān)測中車輛行駛時震動對儀器的影響，提高了監(jiān)測時儀器的穩(wěn)定性。

⑶遮蓋設計有效地避免了陽光直射和雨淋對儀器的影響，有效提高了測量精度，減緩了儀器的老化速度。

⑷通過對長時間的監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)的分析，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測量精度滿足《工程測量規(guī)范：GB 50026—2020》要求，有效解決了特定場景條件下強制對中裝置安裝的需求，可應用于相應場景的監(jiān)測工作。