自動變形監測系統在地鐵結構變形監測中的應用分析

勞文斌

摘要：在此次研究中，將TCA自動全站儀作為重要基礎，構建自動變形監測系統，針對某城市非地鐵施工階段的地鐵結構變形監測項目展開優化設計。根據實踐應用結果證實，此系統穩定性與可靠性理想，能夠在地鐵結構變形監測中發揮作用。

關鍵詞：自動變形監測系統;地鐵結構;變形監測;安裝

城市交通體系在城市基礎設施中占據關鍵地位，特別是地鐵工程，是城市綜合交通體系不可或缺的組成部分。伴隨地鐵工程項目的發展，沿線的非地鐵工程建筑數量也隨之增加。要想確保地鐵運營的有效性，最關鍵的就是對其實施必要的變形監測，尤其是非地鐵施工容易對地鐵結構產生影響的位置。對于基坑開挖影響車站結構程度的監測，但不對地鐵運營產生影響，傳統監測方式無法滿足這一要求，所以要積極探索全新監測方式，以確保地鐵安全運行。由此可見，深入研究并分析自動變形監測系統在地鐵結構變形監測中的應用具有一定的現實意義。

1.自動變形監測系統架構

在此自動變形監測系統中，主要的組成表現在全站儀觀測站、變形點、遠程監控計算機、基準點、中繼站計算機等等[1]。其中，中繼站計算機與全站儀觀測站主要是通過供電與通訊電纜相互連接而實現，而對于遠程計算機而言，則是在因特網的作用下對中繼站計算機加以控制，進而對監測系統運行效果實施必要的監視與控制。

2.自動變形監測系統現場設備的安裝分析

（1）全站儀觀測站的安裝：一般情況下，地鐵左行線站臺下方可以安裝特制儀器墩，與區間直線地段矩形隧道和車輛界限的安全要求相適應[2]。

對于自動化全站儀TCA而言，則需要以基座為基礎，于儀器墩固定，通過對特制D型玻璃鋼罩的應用，充分發揮其保護作用。為方便觀察與監控，可以將尺寸為60cm×80cm平面玻璃鏡安裝于站臺對面站墻之上。這樣一來，管理工作人員即可借助平面鏡在站臺對儀器運行實際情況加以觀察。

（2）基準點與變形點的設置：可以在地鐵站左行線之上合理地設置基準點與變形點。其中，選擇儀器站至基坑方向，由30m的位置開始，每間隔15m就可以對變形點監測斷面進行設置，并且在各斷面之上安裝反射棱鏡，數量控制在3個～4個。其中，鐵軌中央要設置一個，其余三個則分別設置于站墻的上部、中部與下部。在設置基準點方面，則要選擇儀器站另一側位置，在與儀器站距離65m的位置，將其當做首個基準斷面，而第二個基準斷面則選擇在40m的位置。另外，各斷面也要安裝反射棱鏡，數量控制在2個，主要設置位置是鐵軌中與站墻之下。需要注意的是，全部反射棱鏡的直徑都是52mm，且為角反射棱鏡。L型與O型是角反射棱鏡的基本類型，應綜合考慮現場的具體條件進行選擇。

對基準點和變形點的位置設置，應對儀器所具備的小視場功能加以利用，以保證儀器望遠鏡視場內部的分布更加均勻而不會受到干擾。

（3）中繼站計算機的安裝：對于中繼站計算機而言，其主要的安裝位置就是地鐵站監控亭的內部。在此系統中，選擇使用的是聯想牌的商用機。而軟件則是某大學測繪學院與某公司共同研發的ADMS自動變形監測軟件，界面為中文顯示，方便實踐操作和二次系統開發[3]。

（4）供電系統與通訊系統的安裝：因自動變形監測系統是處于地鐵運行環境中，所以主電網必須要具備220V供電功能，而且不需要對UPS供電系統加以設置。其中，220V交流供電主要通過站臺照明配電室來提供所需的線路。而且，中繼站計算機和全站儀觀測站在通訊方面不能超過100米，并經過特殊性處理以后，利用RS232接口實現直接通訊目標[4]。

3.自動變形監測系統的軟件研究

此系統所采用的軟件為ADMS自動變形監測軟件，被廣泛應用于工程項目實踐過程中，能夠綜合考慮我國用戶的具體需求，是具有本土化色彩的智能化自動變形監測軟件。對于ADMS自動變形監測軟件而言，其基本功能集中表現為以下幾個方面：（1）針對待測量點位實施初始化學習測量;（2）能夠根據用戶時間段的設置完成自動化測量任務;（3）在目標遮擋亦或是測量時間超標的情況下，系統能夠智能處理;（4）具備小視場的功能，也就是在隧道內部同側測點數量相對較多的情況下，全站儀會發生棱鏡照錯的情況，而此功能即可盡量縮小儀器視場，有效地規避錯誤問題的發生;（5）實時多重差分改正，盡量將誤差因素消除;（6）實時顯示測量結果，并通過ASCII碼的文件有效輸出;（7）實時圖解并顯示變形的發展態勢，根據用戶提出的格式要求輸出報表;（8）一旦變形量超出容許范圍，系統即可自動報警;（9）能夠對用戶所編制的外部程序予以自動化執行，開放性特征明顯;（10）數據庫具有較大容量，而且不限制測量周期數量，各測量周期測點的數量也不受約束。

而且，ADMS自動變形監測軟件能夠有效壓縮數據庫，使得存儲空間得到充分利用。與此同時，還可以實時采集測量數據，并完成事后輸入。憑借多重差分的方式，對測量的數據進行實時改正。如果計算機突然斷電，并在來電后開機，此軟件將自動運行，且全站儀會自動初始化，根據既定各項參數設置，對下一周期自動測量[5]。

4.自動變形監測系統的運行配置研究

在此系統中，共設置了19個變形點，4個基準點，總量為23個。而各點正倒鏡觀測兩回，對所有點測量完成后即代表一個周期。而一周期的測量時間通常控制在20min左右。要求每小時測量一次，所以每天所采集的原始數據有24周期。而在每小時當中，測量的時間是20min，完成觀測以后，全站儀會在15min后自動關機，并于25min開展下一周期測量工作。

5.自動變形監測系統測量數據的分析

為了對地下商業城與地鐵段相鄰的基坑圍護結構變形狀況進行監測與分析，需借助傳統方式，選擇基坑的地鐵段位置，合理布設測斜管，數量為4個，進而對地體站墻變形的情況加以觀測。其中，測斜管埋設深度要和站墻保持一致，大概是13m左右。每間隔半米對一點進行測試，并在數據處理的基礎上，獲取基坑開挖期間站墻各深度的變形狀況。

實施基坑開挖作業的過程中，特別是錨桿施工方面，部分測斜管會損壞，且僅保留一個測斜管能夠監測。根據實際獲取的數據信息可以發現，全站儀觀測變形的發展趨勢和測斜管觀測結果大致相同。但因為測斜管是在土中埋設，全站儀觀測使用的棱鏡是在地鐵結構中安裝，所以棱鏡位移量并不大。

通過對ADMS自動變形監測軟件的應用，對地鐵結構自動變形做出必要的監測，可以對自動變形監測系統的特點和優勢做出總結與歸納，集中表現在以下幾個方面：（1）即便處于無人值守的狀態，仍然能夠對地鐵結構變形實施全天候且連續性地自動化監測。特別是在列車運行的過程中，此系統也能夠完成自動監測任務，對傳統的測量方法缺陷予以彌補，使得人力資源得以節省，同時也為地鐵運營的安全和穩定提供了必要的保障[6]。（2）構建精準度較高的基準點，通過對實時差分方法的運用，合理制定測量的方案，能夠盡量將多種誤差因素消除，進一步優化測量結果的精準程度。（3）附加設備得以簡化，同時也能夠是系統處于計算機控制的狀態下，能夠實施變形監測工作，且具有全自動特征，監測的可靠性明顯。（4）對數據信息進行實時性地處理，并展開深入分析，完成報表的輸出，同時提供所需的圖形等等。（5）系統具備自動報警功能。（6）能夠盡快獲取被監測點位三維坐標，并結合事先設計的方案需求，完成系統化地預報工作。（7）系統本身的維護較為便捷，而且實際運行的成本不高。

6.結論

綜上所述，近年來，在非地鐵項目工程建筑活動不斷活躍的情況下，對ADMS自動變形監測軟件加以利用，構建ADMS系統并實施監控，能夠為地鐵結構運行的安全性提供必要的保障。最重要的是，這一保護方式，可以在時間方面和地鐵運行線路生命周期實現共存，而在空間方面，也確保和地鐵運行線路網絡拓展規模同時存在，所以現實意義十分深遠，值得未來展開進一步地研究與分析，保證地鐵正常運行。

參考文獻：

[1]劉紹堂，王果，潘潔晨.測量機器人隧道變形自動監測系統的研究進展[J].測繪工程，2016，25（10）：42-48.

[2]張明棟，張明智.緊鄰深基坑的地鐵結構變形監測體系的建立和工程應用[J].城市勘測，2016（06）：131-134.

[3]趙寧寧，吳偉.自動極坐標實時差分監測技術在地鐵隧道結構變形監測中的應用[J].建設科技，2015（14）：142-143.

[4]賈永強，杜靜，楊旭.淺談坐標差分法全站儀技術在變形監測中的應用[J].西部資源，2013（02）：135-137.

[5]江學全.自動化變形監測系統在地鐵下穿既有鐵路線施工中的應用[J].現代城市軌道交通，2017（12）：39-43.

[6]劉運明.自動極坐標實時差分監測技術在地鐵隧道結構變形監測中的應用[J].測繪通報，2016（01）：99-103.