遠程自動化監測技術在長沙地鐵5號線下穿既有地鐵2號線工程中的應用

盛丕成

長沙市軌道交通集團有限公司，湖南長沙 410000

近幾十年，經濟快速發展，城市化進程逐漸加快。城市人口逐漸增多，城市人口的快速增長給城市帶來了巨大的交通壓力[1]。由于城市中可利用的土地資源十分有限，如何緩解城市交通壓力已經成為了民眾急需解決的問題。軌道交通表現出了較強的優勢，主要表現在速度快、占用土地資源較少、安全舒適、對城市造成的環境污染小等方面。盡管軌道交通存在諸多優勢，但其施工及運營的安全監測也是重中之重，遠程自動化監測的核心就是實現數據的自動化采集和處理[2]。我國在自動化監測技術方面也得到了迅猛發展，在下穿已有地鐵工程中，為確保已有地鐵的安全狀態及正常運營，通常采用遠程自動化監測手段觀測新建地鐵施工過程中既有地鐵的變形情況[3]。

1 工程概況

萬家麗廣場站位于荷花路與萬家麗路交叉口，為2號線與5號線的十字換乘站，5號線車站沿萬家麗路南北向布置，2號線車站沿荷花路東西向布置。目前2號線已開通運營，換乘節點處已于2號線施工完成，5號線正在施工。

2號線萬家麗廣場站為地下二層，換乘節點已施工完成。5號線萬家麗廣場站為盾構兩端平移吊出，采用蓋挖逆作法施工。車站主體結構采用鋼筋混凝土箱型結構，車站主體圍護結構采用1000mm厚地下連續墻，地下3層，埋深約24m。

2 自動化監測原理

在跟監測服務器相連接的計算機終端之上，利用變形監測軟件系統（Auto Mos），遠距離朝測量機器人傳輸測量指示，讓測量機器人在規定的時間段內、依照規定的測量流程智能的開展測量，測量獲得的數據傳送會監測服務器，監測數據分析模塊（Analyzer）會針對監測數值開展計算以及研究，進而給出每個監測點的高程以及平面，然后制作出在變形過程當中的時程曲線。在每次開展測量的過程當中，首先對于基準點開展測量，然后結合后方的交匯方式確定設備的高程以及標高，接下來再對變形監測點開展觀測[4]。

計算機跟測量設備之間的聯系，主要是利用DTU通訊模塊

以及Internet網絡來完成的，不需要在施工場地當中布設通訊電纜以及工控計算機，所以，只要是存在GPRS（亦或是CDMA）無線通信信號，在所有具備Internet網絡的區域，都能夠對于測量設備開展控制。如果是在信號盲區，可以通過R-S485轉到R-S232設置通訊電纜連接至無線通訊信號的區域開展通訊信息的傳送。

實際的測量流程為：裝設在計算機上面的監控模塊，利用通訊模塊輸送測量指示給裝設在基點站的全站儀，從而指示全站儀針對變形點以及校核點結合規定的流程開展逐點掃描、記錄、測量以及校核，然后把測量得到的結果傳送到計算機，通過檢測數據分析模塊對于檢測結果開展整體的分析以及整理工作。

3 自動化監測實施

3.1 項目監測內容及監測頻率

監測內容為車站道床、側墻及拱頂的三維變形。

3.2 監測斷面及斷面內監測點布設

根據本項目情況，長沙軌道交通2號線上下行線各布設18個斷面，DK12+232～DK12+267按5m間距布設，其他位置按10m間距。

監測斷面內，每個斷面在道床上布設2個監測點，在側墻布設2個監測點，拱頂布設1個監測點。

3.3 控制值、預警值

監測量測目的之一就是及時掌握隧道結構變形動態，對監測數據經分析處理與必要的計算和判斷后進行預警、預報及預測，必須建立相應的監測控制標準。

3.4 監測方式

（1）監測控制網建立。通過常規的平面、高程控制網測量方法，在隧道內建立統一的坐標系統，確定各基準點的平面坐標和高程，作為監測的參照系統。

（2）監測點學習。在測站安置好儀器及通訊模塊，并確保與遠程計算機通訊正常后，在監測軟件的控制下，逐點進行學習測量并將各點的角度、距離記錄到數據庫中，作為進行監測所必須的自動定位數據。

（3）日常監測。利用CDMA控制與通訊模塊與Auto Mos Monitor，設立好每一臺設備所監測的變形點以及差分基準點的具體聯測計劃，結合制定的觀測數據，根據首先控制然后散點的基本準則現場開展學習與監測工作，在學習結束之后設立好監測的時間段以及每個點之間的觀測流程，通過CDMA 控制及通訊模塊以及Auto Mos Monitor來智能的實現日常的監測工作。

4 監測成果分析

取得監測數據后，及時整理分析數據，采用差分處理方法對原始數據進行處理得到本次變形和累積變形[5]，再將實測值與允許值進行比較，并繪制各種變形曲線，預測變形發展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況。

本次監測以一個周期7d的沉降量作為單位值同上期和首期對比分析。使用差分對原始數據進行處理得到本次的變形和累積變形。

（1）隧道結構側墻水平位移變形，主要檢測隧道結構的橫向和縱向變形，使用差分對原始數據進行處理得到本次水平位移變形和累積水平位移變形，圖1為隧道結構水平位移折線圖。

圖1 隧道結構水平位移折線圖

由圖1可得，本次周期內左線隧道結構側墻橫向水平位移累積變化最大點為ZX18-1，最大值為1.86mm，本次變形最大點為ZX05-1、ZX15-1、ZX17-1，最大值為-0.80mm；縱向水平位移累積變化最大點為ZX16-4，最大值為1.10mm，本次變形最大點為ZX1-4、ZX4-4、ZX16-4，最大值為-0.40（0.40）mm。右線隧道結構側墻水平位移累積變化最大點為YX15-1最大值為2.80mm；本次變形最大點為YX05-1、YX07-1、YX09-1，最大值為1.00mm；縱向位移累積變化最大點為YX11-1，最大值為1.80mm，本次變形最大點為YX01-1，最大值為-0.80mm。在本次周期內所有點位移變化值均未超出警戒值。

（2）隧道結構拱頂沉降變形，主要檢測隧道結構的豎向變形，使用差分對原始數據進行處理得到本次沉降變形，圖2為隧道結構沉降折線圖。

圖2 隧道結構沉降折線圖

由圖2可得，本次周期內左線隧道結構拱頂沉降累積變化最大點為ZX03-5，最大值為-1.85mm，本次變形最大點為ZX02-5，最大值為-1.00mm；右線隧道結構拱頂沉降累積變化最大點為YX08-5，最大值為-1.60mm，本次變形最大點為YX15-5，最大值為-0.70mm。在本次周期內所有點沉降變形相對穩定且未超出警戒值。

（3）隧道結構凈空收斂變形，主要檢測隧道結構的凈空收斂情況，使用差分對原始數據進行處理得到本次凈空收斂，圖3為隧道結構凈空收斂折線圖。

圖3 隧道結構凈空收斂折線圖

有圖3可得，本次周期內左線隧道結構凈空收斂累積變化最大點為ZX09，最大值為-3.18mm，本次變形最大點為ZX05，最大值為-0.74mm；右線隧道結構凈空收斂累積變化最大點為YX06，最大值為-1.95mm，本次變形最大點為YX10，最大值為1.13mm。在本次周期內凈空收斂均在警戒值范圍內。

（4）道床結構沉降差，主要檢測道床結構的沉降差異，以保證列車的正常運行，使用差分對原始數據進行處理得到道床沉降差，圖4為道床結構沉降差折線圖。

圖4 道床結構沉降差折線圖

由圖4可得，本次周期內左線道床結構沉降差異累積變化最大點為ZX07，最大值為1.65mm，本次變形最大點為ZX18，最大值為-0.90mm；右線道床結構沉降差異累積變化最大點為YX09，最大值為1.20mm，本次變形最大點為YX04、YX08、YX10最大值為-0.30mm。在本次周期內道床差異沉降均在警戒值范圍內。

5 結語

（1）隨著城市地鐵建設步伐的加快，隨之對運營地鐵的監測也越來越多。自動化監測技術具有無人看守、實時監測、遠程控制、不妨礙地鐵的運行等優點，從而大大提高了監測的效率及測量精度。自動化監測已經成為了一種必不可少的測量方法，同樣已經成為一種發展趨勢，逐漸發展到各個測量領域。

（2）在長沙地鐵5號線下穿既有地鐵2號線車站區間工程中，隧道結構的沉降、水平位移、凈空收斂以及道床結構沉降差均相對穩定，均在預警范圍內，則本次項目時間段范圍內地鐵結構和列車運營未受到影響。