自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)在天津地下直徑線隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測中的應(yīng)用

郭軍強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jiān)測系統(tǒng)在天津地下直徑線隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測中的應(yīng)用

郭軍強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jiān)測是一種監(jiān)測工程建筑物安全性、功能性的重要手段。 此方法通過實(shí)時(shí)獲取變形體的動態(tài)位移、尺度變化等相關(guān)信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，對建筑物的變化進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)中集成了高精度測量儀器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理軟件、可靠的預(yù)報(bào)警機(jī)制，具有實(shí)時(shí)性、可靠性、前瞻性三大特性。

關(guān)鍵詞自動化變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理預(yù)警

1工程概況

泰達(dá)城R5地塊二期基坑B區(qū)北面?zhèn)缺谂c天津地下直徑線盾構(gòu)隧道近似平行，對應(yīng)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(hù)控制區(qū)內(nèi)。

2自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)測內(nèi)容主要為隧道結(jié)構(gòu)和道床結(jié)構(gòu)的水平、垂直及收斂變形監(jiān)測，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間需要進(jìn)行安全巡視。

自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)采用全站儀配合GeoMos監(jiān)測軟件構(gòu)成。監(jiān)測系統(tǒng)由全站儀觀測站、基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)、中繼站計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)等組成。全站儀觀測站與中繼站計(jì)算機(jī)由供電和通訊電纜聯(lián)接起來，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過因特網(wǎng)控制中繼站計(jì)算機(jī)，可監(jiān)視并控制監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行(如圖1)。

2.1　全站儀自動化測量系統(tǒng)

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

2.2　供電和通訊系統(tǒng)

系統(tǒng)位于運(yùn)營鐵路環(huán)境中，隧道內(nèi)布置的照明、維修電力網(wǎng)可以提供220 V電力供應(yīng)。利用網(wǎng)絡(luò)線傳輸電力的POE供電設(shè)備對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電，使電力供應(yīng)能夠延伸至隧道外，完成無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸；利用電力線傳輸網(wǎng)絡(luò)信號的PLC設(shè)備將整個(gè)系統(tǒng)采集器鏈接，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

2.3　系統(tǒng)處理軟件

自動化采集控制采用徠卡Geomos軟件實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測器能為極高精度的應(yīng)用提供理想的解決方案。GeoMoS所有的測量數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)都存放在一個(gè)SQL數(shù)據(jù)庫中，利用鐵三院運(yùn)營線隧道(地鐵)施工監(jiān)控(監(jiān)測)平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)和分析。

3自動化監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容主要為隧道結(jié)構(gòu)和道床結(jié)構(gòu)的水平、垂直及收斂變形監(jiān)測，以及現(xiàn)場安全巡視。

3.1　基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

在遠(yuǎn)離施工影響區(qū)兩端分別選擇2～3對既有鐵路CPIII點(diǎn)作為變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，復(fù)測其數(shù)值后使用。

3.2　監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)圍巖等級，由《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》相關(guān)要求， 5～10 m間距布設(shè)一個(gè)監(jiān)測斷面，監(jiān)測區(qū)間DK1+800~DK2+030共計(jì)布設(shè)斷面18個(gè)。監(jiān)測棱鏡采用φ10 mm膨脹螺絲固定于盾構(gòu)管片上。

地下直徑線為運(yùn)營線路，在拱頂安裝測點(diǎn)比較困難，并且對行車安全造成隱患。經(jīng)綜合考慮，最佳方案為采用2條水平測線方式進(jìn)行觀測，即每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，共計(jì)測點(diǎn)72個(gè)。

為了監(jiān)測施工對線路構(gòu)筑物的影響，分別在左、右線的道床上各布設(shè)1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，與隧道結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測點(diǎn)位于同一里程、同一斷面上，共計(jì)斷面18個(gè)，布設(shè)測點(diǎn)36個(gè)。

3.3　自動化監(jiān)測

系統(tǒng)的監(jiān)測點(diǎn)108個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)10個(gè)，共計(jì)118個(gè)；每個(gè)點(diǎn)正倒鏡觀測2測回，全部測完23個(gè)點(diǎn)為1個(gè)周期，用時(shí)約5～10 min。每2 h測量1次，每天可采集12個(gè)周期的原始數(shù)據(jù)。為防止全站儀出現(xiàn)死機(jī)情況，觀測結(jié)束后15 min全站儀自動關(guān)機(jī)，開始下一個(gè)周期的測量前自動開機(jī)。經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，可以控制全站儀工作并能實(shí)時(shí)得到數(shù)據(jù)。

4數(shù)據(jù)處理分析

以比較典型的監(jiān)測點(diǎn)為例進(jìn)行數(shù)據(jù)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(qū)逐漸隨之前移，遠(yuǎn)離TRD施工位置位移量收斂回歸，監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場施工契合很好，對比實(shí)時(shí)原始位移數(shù)據(jù)，監(jiān)測精度可以達(dá)到0.5 mm(如圖2～圖4所示)。

圖2　監(jiān)測點(diǎn)位移變化示意

圖3　監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)變化

圖4　監(jiān)測斷面收斂變化

通過本系統(tǒng)對各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，對整個(gè)施工過程進(jìn)行了全程監(jiān)控與信息化施工指導(dǎo)，在保證運(yùn)營線路安全、隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)，提高了施工效率。

5結(jié)束語

采用遠(yuǎn)程控制的自動化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行鐵路隧道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，具有以下特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn):

(1)實(shí)現(xiàn)了全天24 h連續(xù)自動監(jiān)測，不影響列車運(yùn)行，克服了傳統(tǒng)測量方法的不足，可節(jié)約大量的人力，為鐵路運(yùn)營提供了實(shí)時(shí)的安全保障。

(2)簡化附加設(shè)備，在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)全自動、高精度的變形監(jiān)測。

(3)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表輸出及自動報(bào)警等。

(4)系統(tǒng)維護(hù)方便，運(yùn)行成本低。

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中圖分類號：TU196

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0001-02

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

收稿日期：2015-02-11