自動化變形監測系統在天津地下直徑線隧道結構變形監測中的應用

郭軍強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

Automatic Deformation Monitoring System in Tianjin Diameter Line Tunnel Structure Deformation Monitoring

GUO Junqiang

自動化變形監測系統在天津地下直徑線隧道結構變形監測中的應用

郭軍強

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

Automatic Deformation Monitoring System in Tianjin Diameter Line Tunnel Structure Deformation Monitoring

GUO Junqiang

摘要自動化變形監測是一種監測工程建筑物安全性、功能性的重要手段。 此方法通過實時獲取變形體的動態位移、尺度變化等相關信息，經過數據處理，對建筑物的變化進行預警。系統中集成了高精度測量儀器、實時數據傳輸網絡、穩定的數據處理軟件、可靠的預報警機制，具有實時性、可靠性、前瞻性三大特性。

關鍵詞自動化變形監測數據處理預警

1工程概況

泰達城R5地塊二期基坑B區北面側壁與天津地下直徑線盾構隧道近似平行，對應隧道里程為DK1+812.0~DK2+021.9，長度210 m。基坑距離地下直徑線平面距離為13.93~20.07 m，位于地下直徑線的保護控制區內。

2自動化監測系統的設計

監測內容主要為隧道結構和道床結構的水平、垂直及收斂變形監測，在適當的時間需要進行安全巡視。

自動化變形監測系統采用全站儀配合GeoMos監測軟件構成。監測系統由全站儀觀測站、基準點、監測點、中繼站計算機和遠程監控計算機等組成。全站儀觀測站與中繼站計算機由供電和通訊電纜聯接起來，遠程計算機通過因特網控制中繼站計算機，可監視并控制監測系統的運行(如圖1)。

2.1　全站儀自動化測量系統

采用兩臺Leica-TM50全站儀，架設在線路里程DK1+830和DK2+000附近，觀測臺固定在隧道盾構管壁上，要求觀測臺穩定、牢固。

2.2　供電和通訊系統

系統位于運營鐵路環境中，隧道內布置的照明、維修電力網可以提供220 V電力供應。利用網絡線傳輸電力的POE供電設備對整個網絡系統供電，使電力供應能夠延伸至隧道外，完成無線網絡的傳輸；利用電力線傳輸網絡信號的PLC設備將整個系統采集器鏈接，完成數據的實時傳輸。

2.3　系統處理軟件

自動化采集控制采用徠卡Geomos軟件實現，監測器能為極高精度的應用提供理想的解決方案。GeoMoS所有的測量數據和結果數據都存放在一個SQL數據庫中，利用鐵三院運營線隧道(地鐵)施工監控(監測)平臺，實現遠程訪問數據和分析。

3自動化監測

監測內容主要為隧道結構和道床結構的水平、垂直及收斂變形監測，以及現場安全巡視。

3.1　基準點布設

在遠離施工影響區兩端分別選擇2～3對既有鐵路CPIII點作為變形監測基準點，復測其數值后使用。

3.2　監測點布設

根據圍巖等級，由《鐵路隧道監控量測技術規程》相關要求， 5～10 m間距布設一個監測斷面，監測區間DK1+800~DK2+030共計布設斷面18個。監測棱鏡采用φ10 mm膨脹螺絲固定于盾構管片上。

地下直徑線為運營線路，在拱頂安裝測點比較困難，并且對行車安全造成隱患。經綜合考慮，最佳方案為采用2條水平測線方式進行觀測，即每個斷面設4個監測點，共計測點72個。

為了監測施工對線路構筑物的影響，分別在左、右線的道床上各布設1個監測點，與隧道結構收斂監測點位于同一里程、同一斷面上，共計斷面18個，布設測點36個。

3.3　自動化監測

系統的監測點108個，基準點10個，共計118個；每個點正倒鏡觀測2測回，全部測完23個點為1個周期，用時約5～10 min。每2 h測量1次，每天可采集12個周期的原始數據。為防止全站儀出現死機情況，觀測結束后15 min全站儀自動關機，開始下一個周期的測量前自動開機。經過調試，系統可以正常運行，通過遠程網絡，可以控制全站儀工作并能實時得到數據。

4數據處理分析

以比較典型的監測點為例進行數據分析。

2014年12月12日取得初始值，2014年12月22日中午開始TRD施工。隨著施工位置前移，施工影響區逐漸隨之前移，遠離TRD施工位置位移量收斂回歸，監測數據與現場施工契合很好，對比實時原始位移數據，監測精度可以達到0.5 mm(如圖2～圖4所示)。

圖2　監測點位移變化示意

圖3　監測點坐標變化

圖4　監測斷面收斂變化

通過本系統對各個監測點實時的監測與數據分析，對整個施工過程進行了全程監控與信息化施工指導，在保證運營線路安全、隧道結構穩定的同時，提高了施工效率。

5結束語

采用遠程控制的自動化監測系統進行鐵路隧道結構的變形監測，具有以下特點與優點:

(1)實現了全天24 h連續自動監測，不影響列車運行，克服了傳統測量方法的不足，可節約大量的人力，為鐵路運營提供了實時的安全保障。

(2)簡化附加設備，在計算機控制下實現全自動、高精度的變形監測。

(3)實時進行數據處理、數據分析、報表輸出及自動報警等。

(4)系統維護方便，運行成本低。

參考文獻

[1]王榮權.軌道交通地下工程施工對周邊環境影響的監測[J].鐵道勘察,2008(2)

[2]匡團結，張志剛.自動化監測系統在某高速鐵路運營監測中的應用[J].鐵道勘察,2013(4)

[3]谷川，楊元偉.全站儀自動化變形監測系統研究與開發[J].鐵道勘察,2011(5)

[4]黃騰，孫景領，陶建岳，等.地鐵隧道結構沉降監測及分析[J].東南大學學報:自然科學版，2006(2)

[5]劉超明，文志云.遠程管理技術及在軌道交通建設中的應用[J].上海建設科技，2005(5)

[6]王建宇.隧道施工監測技術和信息化設計[J].中國鐵道科學,1987(2)

[7]駱建軍，張頂立，王夢恕，等.地鐵施工沉降監測分析與控制[J].隧道建設，2006(1)

[8]翟萬雨，徐順明，閆文斌.自動化監測在廣州地鐵工程中的應用[J].工程建設與設計，2011(6)

[9]陳喜鳳，黃騰，劉嶺，等.GeoMoS在地鐵保護區自動化監測中的應用[J].測繪工程，2013(2)

[10]劉波，曹波，劉芳，等.北京地鐵暗挖隧道變形監測與穩定性數值分析[J].地下空間與工程學報，2011(3)

中圖分類號：TU196

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0001-02

作者簡介：郭軍強(1983—)，男，2006年畢業于中南大學土木工程專業，工程師。

收稿日期：2015-02-11