自動變形監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵結構變形監(jiān)測中的應用

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1、自動變形監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵結構變形監(jiān)測中的應用摘要:介紹了以TCA自動化全站儀為基礎組成的自動變形監(jiān)測系統(tǒng)和廣州地鐵“非地鐵施工時地鐵結構變形監(jiān)測”項目的現(xiàn)場方案及優(yōu)化設計。實際應用表明,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,可以勝任地鐵結構變形監(jiān)測的工作。關 鍵 詞:變形觀測;地下工程測量;差分  在城市基礎設施中,城市的交通體系位居首位,而地鐵在城市綜合交通體系中一般都擔當骨干。同時,地鐵沿線非地鐵工程建筑也越來越多。為了保證地鐵的正常運營,必須對地鐵進行變形監(jiān)測,特別是在非地鐵施工可能影響到地鐵結構時。廣州地鐵一號線已正常運營3a。在某一地鐵站附近設立商業(yè)城,需要挖掘12m深的基坑

2、。為了監(jiān)測基坑開挖對車站結構的影響,而又不中斷地鐵的正常運營,就不能采取傳統(tǒng)的監(jiān)測手段,必須尋求新的監(jiān)測方法來保證地鐵的安全。受廣州地鐵保護辦的委托,我們開發(fā)了自動變形監(jiān)測系統(tǒng),對地鐵結構進行變形監(jiān)測。1 監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖1所示,監(jiān)測系統(tǒng)由全站儀觀測站、基準點(2個斷面,J11、J12與J21、J22)、變形點(5個斷面,D11、D12、D13與D21、D22、D23、D24等)、中繼站計算機和遠程監(jiān)控計算機等組成。全站儀觀測站與中繼站計算機由供電和通訊電纜聯(lián)接起來,遠程計算機通過因特網(wǎng)控制中繼站計算機,可監(jiān)視并控制監(jiān)測系統(tǒng)的運行。圖1 監(jiān)測系統(tǒng)框圖2 監(jiān)測系統(tǒng)

3、現(xiàn)場設備安裝監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵站的安裝設備分布情況如圖2所示。圖2 監(jiān)測系統(tǒng)設備安裝分布圖2.1 全站儀觀測站特制的儀器墩安裝在地鐵左行線的站臺下,完全符合“區(qū)間直線地段矩形隧道及車輛界限”的有關安全規(guī)定,如圖3所示。圖3 觀測站與監(jiān)測點安裝圖自動化全站儀TCA通過基座固定在儀器墩上,并用特制的D型玻璃鋼罩保護起來。為了便于觀察監(jiān)控,在站臺對面的站墻上安裝一塊60cm×80cm的平面玻璃鏡,在儀器站兩邊安裝照明設備。這樣管理人員在站臺上就可通過平面鏡來觀察儀器的運行情況。2.2 基準點和變形點基準點和變形點均設置在地鐵站的左行線上。在儀器站到基坑的方向上,從30m處

4、開始,每隔15m設置一變形點監(jiān)測斷面(如圖2所示),在每一個斷面上安裝3~4個反射棱鏡,分布在鐵軌中央1個,站墻上、中、下各1個(如圖3所示)?;鶞庶c設置在儀器站的另一側(cè),離儀器站65m處為第1個基準斷面,40m處為第2個基準斷面。每個斷面上安裝2個反射棱鏡,分布在鐵軌中及站墻下。所有反射棱鏡均采用52mm直徑的角反射棱鏡,有L型和O型兩種,根據(jù)不同的現(xiàn)場條件來選用。設置基準點與變形點的位置特別要利用儀器的小視場功能,使之均勻分布在儀器望遠鏡的視場內(nèi),相互不受干擾。2.3 中繼站計算機中繼站計算機設置在地鐵站的監(jiān)控亭內(nèi),選用“聯(lián)想”商用機。使用的軟件為信息工程大

5、學測繪學院和徠卡鄭州歐亞測量系統(tǒng)有限公司開發(fā)的“ADMS自動變形監(jiān)測軟件”,完全中文界面,便于操作與二次開發(fā)。2.4 供電和通訊系統(tǒng)由于整個系統(tǒng)工作在地鐵運行的環(huán)境中,220V主電網(wǎng)的供電應該是有保證的,因此無需設置UPS供電系統(tǒng)。220V的交流供電由站臺照明配電室提供線路。由于全站儀觀測站與中繼站計算機的通訊在100m以內(nèi),經(jīng)特殊處理后,RS232接口可直接通訊。3 監(jiān)測系統(tǒng)軟件ADMS簡介ADMS(AutomaticDeformationMonitoringSystem)自動變形監(jiān)測軟件是在學習、消化、吸收瑞士LEica公司研制的自動極坐標測量系統(tǒng)AP2Sa

6、ticPolarSystemforWindo.4 系統(tǒng)運行配置介紹系統(tǒng)的變形點19個,基準點4個,共計23個,每個點正倒鏡觀測2測回,全部測完23個點稱為1個周期,用時約20min。每個小時測量1次,每天可采集24個周期的原始數(shù)據(jù)。在每小時中,測量約占20min,觀測結束后15min全站儀自動關機,25min后再次開始下一個周期的測量。5 測量數(shù)據(jù)分析為監(jiān)測地下商業(yè)城南端近地鐵段基坑圍護結構的變形,采用傳統(tǒng)方法在基坑南側(cè)(地鐵段)布設了4個測斜管(見圖2),以觀測地鐵站墻的變形。測斜管采用美國SINCO公司生產(chǎn)的數(shù)字測斜儀,埋設與站墻同深度,為13m。每0.5m

7、測試1點,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,得到基坑開挖過程中站墻在不同深度的變形。表1為基坑開挖進程。在基坑開挖進行錨桿施工過程中,1、3、4號圖4為2號測斜管從8月17日9月13日的觀測測斜管受到損壞,只有2號測斜管可以進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)按不同的深度繪制的位移量圖形,圖中的位移向基坑內(nèi)為正,向基坑外為負??拷?號測斜管的為第3、4變形監(jiān)測斷面。圖4所示的虛線(8.4m深度)處與變形監(jiān)測點D34、D44同高程。圖5、圖6為全站儀測得的變形點D34、D44從8月12日9月26日的位移數(shù)據(jù),其中X方向向基坑內(nèi)為正,橫軸的日期為月日,如“812”表示8月12日。圖4 2號測斜管觀測數(shù)據(jù)的位

8、移圖圖5 D34點的全站

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