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自动化监测在运营地铁车站保护区的应用
——以长沙地铁2号线长沙火车站站为例

2017-09-01

中国建设信息化 2017年5期
关键词:基准点号线监测点

一、前言

日前,经济迅速发展和城市规模日益增大,地铁出行也成为人们首选出行方式,随着各地大力发展轨道交通项目,城市轨道交通进入了大规模建设时代,在新的的城轨线路建设施工时,如何保障其对临近的既有运营线路的安全则是建设者最为关注的难点和重点,而自动化变形监测技术的发展和应用,很好的解决了这一矛盾。本文以长沙地铁为例,阐述长沙地铁3号线火车站站项目施工期间自动化监测技术在既有2号线地铁保护区的应用。

二、项目介绍

长沙地铁火车站站位处五一大道与车站北路交叉路口东侧,是长沙地铁3号线与2号线的换乘站,3号线与2号线十字交叉换乘,2号线位于3号线上方。其中2号线长沙火车站站为地下二层,其正下方的3号线部分已与2号线建设时同步施工完成并于2014年开通运营。3号线火车站站新建部分于2015年1月开始动工建设,车站采用明挖法施工,沿车站长度方向依次分别开挖施工,埋深约24米。位置关系图如下:

图1 项目平面图

图2 项目剖面图

三、自动化监测系统构成及原理

(一)自动化监测系统构成

监测系统包括:①监测单元(测量机器人、基准点、监测点棱镜、传感器)、②控制通讯单元(监测设备的电源供给和控制、监测设备的测量控制和数据读取、服务器远程通讯和数据上传)、③服务器管理单元(安装RocMoS的控制中心服务器)④用户交互单元(RocMoS-Cloud用户云平台)

(二)监测原理及监测过程

1、监测原理:在连接到监测服务器上的计算机终端上,通过变形监测软件系统远程向测量机器人发送测量指令,使测量机器人在设定的时间、按设定的测量程序自动进行测量,测量数据返回到监测服务器,监测数据分析模块自动对监测数据进行计算与分析,给出各监测点的三维变形量(平面及高程),并绘制变形时程曲线。每次测量时,先观测基准点,按后方交会方法定出仪器坐标和高程,然后再观测变形监测点。

2、具体测量过程为:安装在计算机上的监控模块,通过通讯模块发送测量指令给安装于基点站的全站仪,控制全站仪对校核点和变形点按一定的顺序进行逐点扫描、记录、计算及自校,并将测量结果发送至计算机,由监测数据分析模块对监测数据进行整理、分析。并通过云端对数据进行信息共享。

四、自动化监测方案

(一)监测范围

长沙地铁3号线长沙火车站站深基坑施工对既有2号线长沙火车站车站造成影响,其范围为DK10+240~DK10+370,根据实际情况及国家基坑监测规范,除基坑范围需要监测外,并向基坑两个方向各延伸2~3倍基坑深度的监测范围

图3 自动化监测系统构成及原理

图4 自动化变形监测云服务平台

(二)监测对象、监测项目、监测精度表(如表1所示)

(三)监测基准点的布设与测量

自动化监测控制网由基准点和工作基点(测站点)组成,其工作原理是通过后方交会法确定工作基点的空间位置,再对监测点进行测量;基准点用于对工作基点坐标的实时检核及校正。为保证基准点的稳定性,需布设在隧道内的稳定区域。为满足测量精度及通视要求,工作基点一般安置在离测区较近的部位,同时为保证后方交会的精度及预防个别基准点受到破坏,须布设有足够的基准点。结合现场情况,本项目工作基点均在监测区范围内。左右线各布设布设8个监测基点,分布在监测区域两端,每端4个,且基准点距最外侧监测断面的距离不小于30m。同时如果监测期间有基准点发生位移,自动化监测系统会进行自动识别并将其剔除。

表1

(四)监测断面及监测点布设

1、监测断面

根据施工影响范围,对邻近项目基坑的2号线车站区域为每5米布设一条监测断面(DK10+280~DK10+300,DK10+310~DK10+330),离开项目基坑的2号线车站区域为每10米布设一条监测断面,即2号线上下行线各布设18个监测断面。

2、监测点

每个监测断面在地铁隧道内设置的监测点包括:1个拱顶沉降监测点,1对隧道收敛观测点(同时也是隧道水平位移观测点),2个轨道沉降观测点(兼道床水平位移观测点)。根据实际隧道状况设计如下:

(五)主要监测设备(如表2所示)

(六)监测警戒值(如表3所示)

(七)监测频率与周期

1、监测频率

在附属结构施工期,施工强度低,施工位置距离隧道顶部较远,可能产生的影响较小,监测频率为每天1次,可选取0-4点进行一次自动化监测。

在主体结构施工期,施工强度大,距离隧道结构近,对隧道可能产生较大影响,隧道水平位移与沉降监测在桩基施工期、土方开挖期24小时连续不间断监测(每6小时提供一次数据),底板砼强度达到设计强度后一天2次;在桩基施工期间,施工范围内隧道每6米测量一组管径收敛数据。当隧道管片累计沉降变形10mm或连续三天的位移速率超过2mm/d时,对应区域进行每天至少一次的管片收敛监测。

当有危险事故征兆时,应连续监测;当出现下列情况之一时,应进一步加强监测,缩短监测时间间隔、加密监测次数(如表4所示)。

图5 自动化监测横断面布置示意图

当出现监测值达到报警标准;或监测值变化量较大或者速率加快;隧道结构出现异常情况时(如开裂、渗漏等)时,应适当加强监测,缩短监测时间间隔、加密监测次数,直至危险或隐患解除为止。

2、监测周期

本项目监测周期为施工开工日期至施工影响区域内的受影响的建(构)筑物沉降变形稳定为止。(沉降变形稳定标准:参照《建筑变形测量规范》JGJ8-2007相关内容确定,即“当最后100d的沉降速率小于0.01~0.04mm/d时可认为已经进入稳定阶段”。)

五、监测数据整理及分析

表2

表3

表4

图6 长沙地铁火车站站内自动化监测变形曲线图

采用监测软件对监测数据进行整理,自动计算各监测点沿隧道方向及垂直隧道方向的变形量,并绘制相应的变形——位移-时间监测曲线图(单点、多点),通过对施工前、施工过程中、施工完工后的某一个监测点或多个监测点的数据和位移-时间监测曲线图进行对比分析,如监测点监测值达到报警值、变化量较大或速率加快、以及隧道结构出现异常情况时(如开裂、渗漏等),应立即分析其原因,在排除监测设备故障等相关问题后,上报运营部门和建设、监理、施工单位并应立即采取相关措施。

以施工自动监测期间2016年12月20日~2017年1月19日数据(如图6)为例,对其监测期间地铁隧道结构变形监测分析发现:下行线通道监测首轮值以2016年8月22日数据作为首轮监测值,截止2017年1月19日,施工期间各断面均有数据波动(排除监测期间列车运行影响),但日监测数据均小于日报警值(±2mm),而该期间最大累积平面位移值为-2.1mm,最大累计沉降为-2.2mm,最大隧道累计收敛值为2.2mm,均小于监测累计报警值(±4mm,±3.2mm)。综上所述,初步分析,隧道该施工期间处于稳定状态。

六、结语:

通过本工程中发现:基于测量机器人的自动化监测系统,其实现在地铁正常运营情况下,全自动、无人值守、24小时连续监测,并且能实时提供变形点三维坐标和实施远程监管,这样既克服了以往人工测量的不足,也保障人地铁运营安全及测量人员的人身安全,有效的提高了工作效率。随着近些年自动化监测技术的迅速更新和发展,其在地铁建设中的作用意义将越来越突出。

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