自动变形监测系统在地铁结构变形监测中的应用分析

劳文斌

摘要：在此次研究中，将TCA自动全站仪作为重要基础，构建自动变形监测系统，针对某城市非地铁施工阶段的地铁结构变形监测项目展开优化设计。根据实践应用结果证实，此系统稳定性与可靠性理想，能够在地铁结构变形监测中发挥作用。

关键词：自动变形监测系统;地铁结构;变形监测;安装

城市交通体系在城市基础设施中占据关键地位，特别是地铁工程，是城市综合交通体系不可或缺的组成部分。伴随地铁工程项目的发展，沿线的非地铁工程建筑数量也随之增加。要想确保地铁运营的有效性，最关键的就是对其实施必要的变形监测，尤其是非地铁施工容易对地铁结构产生影响的位置。对于基坑开挖影响车站结构程度的监测，但不对地铁运营产生影响，传统监测方式无法满足这一要求，所以要积极探索全新监测方式，以确保地铁安全运行。由此可见，深入研究并分析自动变形监测系统在地铁结构变形监测中的应用具有一定的现实意义。

1.自动变形监测系统架构

在此自动变形监测系统中，主要的组成表现在全站仪观测站、变形点、远程监控计算机、基准点、中继站计算机等等[1]。其中，中继站计算机与全站仪观测站主要是通过供电与通讯电缆相互连接而实现，而对于远程计算机而言，则是在因特网的作用下对中继站计算机加以控制，进而对监测系统运行效果实施必要的监视与控制。

2.自动变形监测系统现场设备的安装分析

（1）全站仪观测站的安装：一般情况下，地铁左行线站台下方可以安装特制仪器墩，与区间直线地段矩形隧道和车辆界限的安全要求相适应[2]。

对于自动化全站仪TCA而言，则需要以基座为基础，于仪器墩固定，通过对特制D型玻璃钢罩的应用，充分发挥其保护作用。为方便观察与监控，可以将尺寸为60cm×80cm平面玻璃镜安装于站台对面站墙之上。这样一来，管理工作人员即可借助平面镜在站台对仪器运行实际情况加以观察。

（2）基准点与变形点的设置：可以在地铁站左行线之上合理地设置基准点与变形点。其中，选择仪器站至基坑方向，由30m的位置开始，每间隔15m就可以对变形点监测断面进行设置，并且在各断面之上安装反射棱镜，数量控制在3个～4个。其中，铁轨中央要设置一个，其余三个则分别设置于站墙的上部、中部与下部。在设置基准点方面，则要选择仪器站另一侧位置，在与仪器站距离65m的位置，将其当做首个基准断面，而第二个基准断面则选择在40m的位置。另外，各断面也要安装反射棱镜，数量控制在2个，主要设置位置是铁轨中与站墙之下。需要注意的是，全部反射棱镜的直径都是52mm，且为角反射棱镜。L型与O型是角反射棱镜的基本类型，应综合考虑现场的具体条件进行选择。

对基准点和变形点的位置设置，应对仪器所具备的小视场功能加以利用，以保证仪器望远镜视场内部的分布更加均匀而不会受到干扰。

（3）中继站计算机的安装：对于中继站计算机而言，其主要的安装位置就是地铁站监控亭的内部。在此系统中，选择使用的是联想牌的商用机。而软件则是某大学测绘学院与某公司共同研发的ADMS自动变形监测软件，界面为中文显示，方便实践操作和二次系统开发[3]。

（4）供电系统与通讯系统的安装：因自动变形监测系统是处于地铁运行环境中，所以主电网必须要具备220V供电功能，而且不需要对UPS供电系统加以设置。其中，220V交流供電主要通过站台照明配电室来提供所需的线路。而且，中继站计算机和全站仪观测站在通讯方面不能超过100米，并经过特殊性处理以后，利用RS232接口实现直接通讯目标[4]。

3.自动变形监测系统的软件研究

此系统所采用的软件为ADMS自动变形监测软件，被广泛应用于工程项目实践过程中，能够综合考虑我国用户的具体需求，是具有本土化色彩的智能化自动变形监测软件。对于ADMS自动变形监测软件而言，其基本功能集中表现为以下几个方面：（1）针对待测量点位实施初始化学习测量;（2）能够根据用户时间段的设置完成自动化测量任务;（3）在目标遮挡亦或是测量时间超标的情况下，系统能够智能处理;（4）具备小视场的功能，也就是在隧道内部同侧测点数量相对较多的情况下，全站仪会发生棱镜照错的情况，而此功能即可尽量缩小仪器视场，有效地规避错误问题的发生;（5）实时多重差分改正，尽量将误差因素消除;（6）实时显示测量结果，并通过ASCII码的文件有效输出;（7）实时图解并显示变形的发展态势，根据用户提出的格式要求输出报表;（8）一旦变形量超出容许范围，系统即可自动报警;（9）能够对用户所编制的外部程序予以自动化执行，开放性特征明显;（10）数据库具有较大容量，而且不限制测量周期数量，各测量周期测点的数量也不受约束。

而且，ADMS自动变形监测软件能够有效压缩数据库，使得存储空间得到充分利用。与此同时，还可以实时采集测量数据，并完成事后输入。凭借多重差分的方式，对测量的数据进行实时改正。如果计算机突然断电，并在来电后开机，此软件将自动运行，且全站仪会自动初始化，根据既定各项参数设置，对下一周期自动测量[5]。

4.自动变形监测系统的运行配置研究

在此系统中，共设置了19个变形点，4个基准点，总量为23个。而各点正倒镜观测两回，对所有点测量完成后即代表一个周期。而一周期的测量时间通常控制在20min左右。要求每小时测量一次，所以每天所采集的原始数据有24周期。而在每小时当中，测量的时间是20min，完成观测以后，全站仪会在15min后自动关机，并于25min开展下一周期测量工作。

5.自动变形监测系统测量数据的分析

为了对地下商业城与地铁段相邻的基坑围护结构变形状况进行监测与分析，需借助传统方式，选择基坑的地铁段位置，合理布设测斜管，数量为4个，进而对地体站墙变形的情况加以观测。其中，测斜管埋设深度要和站墙保持一致，大概是13m左右。每间隔半米对一点进行测试，并在数据处理的基础上，获取基坑开挖期间站墙各深度的变形状况。

实施基坑开挖作业的过程中，特别是锚杆施工方面，部分测斜管会损坏，且仅保留一个测斜管能够监测。根据实际获取的数据信息可以发现，全站仪观测变形的发展趋势和测斜管观测结果大致相同。但因为测斜管是在土中埋设，全站仪观测使用的棱镜是在地铁结构中安装，所以棱镜位移量并不大。

通过对ADMS自动变形监测软件的应用，对地铁结构自动变形做出必要的监测，可以对自动变形监测系统的特点和优势做出总结与归纳，集中表现在以下几个方面：（1）即便处于无人值守的状态，仍然能够对地铁结构变形实施全天候且连续性地自动化监测。特别是在列车运行的过程中，此系统也能够完成自动监测任务，对传统的测量方法缺陷予以弥补，使得人力资源得以节省，同时也为地铁运营的安全和稳定提供了必要的保障[6]。（2）构建精准度较高的基准点，通过对实时差分方法的运用，合理制定测量的方案，能够尽量将多种误差因素消除，进一步优化测量结果的精准程度。（3）附加设备得以简化，同时也能够是系统处于计算机控制的状态下，能够实施变形监测工作，且具有全自动特征，监测的可靠性明显。（4）对数据信息进行实时性地处理，并展开深入分析，完成报表的输出，同时提供所需的图形等等。（5）系统具备自动报警功能。（6）能够尽快获取被监测点位三维坐标，并结合事先设计的方案需求，完成系统化地预报工作。（7）系统本身的维护较为便捷，而且实际运行的成本不高。

6.结论

综上所述，近年来，在非地铁项目工程建筑活动不断活跃的情况下，对ADMS自动变形监测软件加以利用，构建ADMS系统并实施监控，能够为地铁结构运行的安全性提供必要的保障。最重要的是，这一保护方式，可以在时间方面和地铁运行线路生命周期实现共存，而在空间方面，也确保和地铁运行线路网络拓展规模同时存在，所以现实意义十分深远，值得未来展开进一步地研究与分析，保证地铁正常运行。

参考文献：

[1]刘绍堂，王果，潘洁晨.测量机器人隧道变形自动监测系统的研究进展[J].测绘工程，2016，25（10）：42-48.

[2]张明栋，張明智.紧邻深基坑的地铁结构变形监测体系的建立和工程应用[J].城市勘测，2016（06）：131-134.

[3]赵宁宁，吴伟.自动极坐标实时差分监测技术在地铁隧道结构变形监测中的应用[J].建设科技，2015（14）：142-143.

[4]贾永强，杜静，杨旭.浅谈坐标差分法全站仪技术在变形监测中的应用[J].西部资源，2013（02）：135-137.

[5]江学全.自动化变形监测系统在地铁下穿既有铁路线施工中的应用[J].现代城市轨道交通，2017（12）：39-43.

[6]刘运明.自动极坐标实时差分监测技术在地铁隧道结构变形监测中的应用[J].测绘通报，2016（01）：99-103.