地铁自动化监测应用技术

谭少飞

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛 266000）

新建工程施工时，地层变形以及土压力的变化均会对施工产生较大影响，造成既有线发生结构变形，导致轨道变形等问题，对地铁正常运行造成重大影响。需要对新建项目以及既有线结构加强监测，通过人工和自动化设备结合的方式及时掌控变形程度及规律，保障既有线结构安全。

1 工程概况

西咸新区世纪大道为城市主干道，道路下方敷设西安地铁1号线（沣河森林公园站—上林路站）；西咸客运站人行天桥（桩号K1+126.512）距河森林公园站—北槐站区间桥桩3.6 m，能够满足外部活动净距控制管理最小指标值要求，但非常接近极限，须对西安地铁一号线隧道进行监测。

2 监测原理

在测量点上安置机器人，在目标点和基准点处安装棱镜。基于电缆的链接方式，在计算机与机器人之间搭建成基站，通过机器人进行周期性的检查观测，利用软件对数据加工处理，获得三维变形量，进行安全性分析。

3 施工方案

（1）基准点、站测点和监测点的布设。

西安地铁1号线已运营，在检测中需要采用自动化检测方式，监测区间隧道结构水平及垂直方向的位移。采用自动全站仪、柔性测斜仪、裂缝计等设备与软件系统相结合，建立结构形变自动检测系统，对区间隧道的管片、顶板以及道床等三维变形值进行检测。

（2）设备布设。

将基准边设置在稳定位置，使其与变形区具有足够的距离。变形区检测过程中，整个监测网的基准点要布置在变形区两侧，且数量大于8个。各基准点交错分散布置，保证基准点之间有一定的角度和距离。布置工作基站时，先制作全站仪托架，将其安装在隧道管片侧壁上，高度保证距离隧道底约1.2 m。为保证设备安装后运行稳定，埋设完成后，定期对元器件设备进行检修。

西咸客运站人行天桥桥桩施工影响隧道监测断面的路段为Y（Z）DK1+110～Y（Z）DK1+140，合计双向60 m；施工影响隧道区间间距5 m及10 m一个断面。监测点布置中，每个断面的拱顶、拱腰应布置3个竖向位移监测点、3个水平位移监测点、2个隧道水平收敛监测点、2个道床沉降监测点和2个轨道静态几何形位监测点。为了避免小视场中棱镜分辨出现问题，埋设时将距离较远的断面错开距离安装埋设。

4 施工方法

4.1 沉降监测方法

本工程采用几何水准测量方法，使用电子水准仪按水准控制网进行观测。水准线路采用闭合或附合的方式，以奇偶站交替的方法进行水准观测。

（1）往测。

奇数站：后-前-前-后；偶数站：前-后-后-前。

（2）返测。

奇数站：前-后-后-前；偶数站：后-前-前-后。

在观测中按照相应的检测规范的技术要求进行观测。

垂直位移基准网观测主要技术指标及要求如表1所示。

表1 垂直位移基准网观测主要技术指标及要求

4.2 自动化系统构成

本项目使用中国铁建自主开发的城市地下大空间可视化自动监控系统集成QimMos自动监控系统，采用QimBox系列RT3000-STA监测智能网关进行数据传输、高精度测量机器人拓普康全站仪进行数据采集，使用QimMos+网页端监软件搭载中国铁建地下空间可视化自动监控云平台进行远程操控、数据分析报表下载和数据预警。

系统可以实现监测状态实时查看、监测数据实时浏览，成果分析、动态显示与预警同步完成、24 h无人值守、自动化监测随点即行。

4.3 自动监测系统工作流程

建立通信，将机器人与计算机连接。调整串口参数，将测量机器人初始化，设置行测站及控制限差。也可以通过直接导入数据的方式执行观测任务，完成所有的调试设置后，开始进行自动观测。完成一周期观测后，软件会自动处理原始数据，自动将处理后的数据发送给联系人。

4.4 外部监测

在场地开挖影响范围以外布设两个基准点，组成监测点的水准控制网，方便各测点的监测，相互校核。水准观测路线布置中，保证视距差满足精度要求、符合变形监测要求。对仪器安装位置进行测量，使用油漆做好标记。

基准点应远离施工影响区，保证基准点在稳定的区域，保障测量的精度。位移计算时，保证基准点的图形结构和位置精度，点与点之间的距离大于100 m。

（1）沉降测点根据设计要求布设。

沉降观测点埋设示意图如图1所示。

图1 沉降观测点埋设示意图

（2）建筑物沉降监测点采用L形点位标志法。利用冲击钻在墙柱上打孔，在打好的孔中安装测点，通过灌注混凝土或灌胶的方式固定。

为保证固定强度，应对孔进行清扫处理，在点位附近做好标记。设置建筑物观测点时，应避开障碍物，保证有足够的空间方便测量。

（3）沉降观测的等级为二等，两个相邻点的高度误差在±0.5 mm以内。与基准点相比，观测点高程之间的误差在±1 mm以内。为保证整体的计算准确性，在施工中要严格执行《工程测量规范》（GB 50026—2007）要求。

水准外业观测要求为视线长度≤35 m、前后视距的差值≤1 m、前后视距差累积≤3 m、基辅分划读数差≤0.3 mm、基辅分划高度之差≤0.5 mm、水准线路闭合差≤0.5mm（n为测站数）。

定期检测仪器i角（视准轴与水准轴间夹角不大于1″）检验，确保仪器的性能。

4.5 现场巡查

施工期间，保证每天现场巡查次数不小于1次，主要对裂缝、漏水漏气情况、混凝土剥落情况、地表缺陷以及监测点元器件的完好情况进行巡视检查。

4.6 监测周期及频率

（1）内部监测周期及频率。

各监测对象的每一个监测项目实施分工前监测、过程监测和工后监测3个阶段进行。

工前监测：主要采集初始数据，在工程施工前完成。初始数据采集时每个测点监测3次。

过程监测：风险工程监测项目一般按普通频率监测，重点风险工程和重要施工阶段、重要工程部位或监测数据达到预警状态时，增加监测频率；过程监测一直持续至监测部位主体结构混凝土施工强度达到设计值。

工后监测：对重要结构部位进行工后监测，频率为每月1～2次，在工程竣工试运行后结束。

（2）监测频率。

确定检测频率时，在系统能准确反映被测量目标变化情况的前提下进行设置调整。

监测范围：西咸客运站人行天桥桥桩施工影响范围。

监测周期：监测工作应从影响范围内基坑施工前测定监测项目的初始值开始，直至工程建设全部完成，预计监测周期为9个月。

监测阶段及频率：施工期间4 次/d，施工结束后一个月1 次/3 d。

备注：施工结束后延长监测1个月，数据收敛后停止监测；轨道静态几何形位、结构裂缝监测频率为1 次/3 d。

出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，及时向业主及相关单位报告监测结果。

①监测数据达到警戒值。

②监测数据变化量较大或速率加快。

③隧道内大量涌水、长时间连续降雨。

④施工范围内附近地面荷载突然增大或超过设计限值。

⑤周边地面出现突然较大沉降或严重开裂。

⑥出现其他影响区间及周边环境安全的异常情况。

5 结语

西安地铁一号线自动化监测施工应用以高配置的人员及设备投入为基础，以先进的监测方法为手段获取了高质量的监测成果。在检测中实施动态检测，对地铁结构的整体以及局部的形变情况进行精准把握，掌握其变化规律，便于采取针对性的应对措施，保障了地铁的结构安全，此技术的应用也为后续类似项目的施工监测积累了经验。