远程自动化监测技术在长沙地铁5号线下穿既有地铁2号线工程中的应用

盛丕成

长沙市轨道交通集团有限公司，湖南长沙 410000

近几十年，经济快速发展，城市化进程逐渐加快。城市人口逐渐增多，城市人口的快速增长给城市带来了巨大的交通压力[1]。由于城市中可利用的土地资源十分有限，如何缓解城市交通压力已经成为了民众急需解决的问题。轨道交通表现出了较强的优势，主要表现在速度快、占用土地资源较少、安全舒适、对城市造成的环境污染小等方面。尽管轨道交通存在诸多优势，但其施工及运营的安全监测也是重中之重，远程自动化监测的核心就是实现数据的自动化采集和处理[2]。我国在自动化监测技术方面也得到了迅猛发展，在下穿已有地铁工程中，为确保已有地铁的安全状态及正常运营，通常采用远程自动化监测手段观测新建地铁施工过程中既有地铁的变形情况[3]。

1 工程概况

万家丽广场站位于荷花路与万家丽路交叉口，为2号线与5号线的十字换乘站，5号线车站沿万家丽路南北向布置，2号线车站沿荷花路东西向布置。目前2号线已开通运营，换乘节点处已于2号线施工完成，5号线正在施工。

2号线万家丽广场站为地下二层，换乘节点已施工完成。5号线万家丽广场站为盾构两端平移吊出，采用盖挖逆作法施工。车站主体结构采用钢筋混凝土箱型结构，车站主体围护结构采用1000mm厚地下连续墙，地下3层，埋深约24m。

2 自动化监测原理

在跟监测服务器相连接的计算机终端之上，利用变形监测软件系统（Auto Mos），远距离朝测量机器人传输测量指示，让测量机器人在规定的时间段内、依照规定的测量流程智能的开展测量，测量获得的数据传送会监测服务器，监测数据分析模块（Analyzer）会针对监测数值开展计算以及研究，进而给出每个监测点的高程以及平面，然后制作出在变形过程当中的时程曲线。在每次开展测量的过程当中，首先对于基准点开展测量，然后结合后方的交汇方式确定设备的高程以及标高，接下来再对变形监测点开展观测[4]。

计算机跟测量设备之间的联系，主要是利用DTU通讯模块

以及Internet网络来完成的，不需要在施工场地当中布设通讯电缆以及工控计算机，所以，只要是存在GPRS（亦或是CDMA）无线通信信号，在所有具备Internet网络的区域，都能够对于测量设备开展控制。如果是在信号盲区，可以通过R-S485转到R-S232设置通讯电缆连接至无线通讯信号的区域开展通讯信息的传送。

实际的测量流程为：装设在计算机上面的监控模块，利用通讯模块输送测量指示给装设在基点站的全站仪，从而指示全站仪针对变形点以及校核点结合规定的流程开展逐点扫描、记录、测量以及校核，然后把测量得到的结果传送到计算机，通过检测数据分析模块对于检测结果开展整体的分析以及整理工作。

3 自动化监测实施

3.1 项目监测内容及监测频率

监测内容为车站道床、侧墙及拱顶的三维变形。

3.2 监测断面及断面内监测点布设

根据本项目情况，长沙轨道交通2号线上下行线各布设18个断面，DK12+232～DK12+267按5m间距布设，其他位置按10m间距。

监测断面内，每个断面在道床上布设2个监测点，在侧墙布设2个监测点，拱顶布设1个监测点。

3.3 控制值、预警值

监测量测目的之一就是及时掌握隧道结构变形动态，对监测数据经分析处理与必要的计算和判断后进行预警、预报及预测，必须建立相应的监测控制标准。

3.4 监测方式

（1）监测控制网建立。通过常规的平面、高程控制网测量方法，在隧道内建立统一的坐标系统，确定各基准点的平面坐标和高程，作为监测的参照系统。

（2）监测点学习。在测站安置好仪器及通讯模块，并确保与远程计算机通讯正常后，在监测软件的控制下，逐点进行学习测量并将各点的角度、距离记录到数据库中，作为进行监测所必须的自动定位数据。

（3）日常监测。利用CDMA控制与通讯模块与Auto Mos Monitor，设立好每一台设备所监测的变形点以及差分基准点的具体联测计划，结合制定的观测数据，根据首先控制然后散点的基本准则现场开展学习与监测工作，在学习结束之后设立好监测的时间段以及每个点之间的观测流程，通过CDMA 控制及通讯模块以及Auto Mos Monitor来智能的实现日常的监测工作。

4 监测成果分析

取得监测数据后，及时整理分析数据，采用差分处理方法对原始数据进行处理得到本次变形和累积变形[5]，再将实测值与允许值进行比较，并绘制各种变形曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况。

本次监测以一个周期7d的沉降量作为单位值同上期和首期对比分析。使用差分对原始数据进行处理得到本次的变形和累积变形。

（1）隧道结构侧墙水平位移变形，主要检测隧道结构的横向和纵向变形，使用差分对原始数据进行处理得到本次水平位移变形和累积水平位移变形，图1为隧道结构水平位移折线图。

图1 隧道结构水平位移折线图

由图1可得，本次周期内左线隧道结构侧墙横向水平位移累积变化最大点为ZX18-1，最大值为1.86mm，本次变形最大点为ZX05-1、ZX15-1、ZX17-1，最大值为-0.80mm；纵向水平位移累积变化最大点为ZX16-4，最大值为1.10mm，本次变形最大点为ZX1-4、ZX4-4、ZX16-4，最大值为-0.40（0.40）mm。右线隧道结构侧墙水平位移累积变化最大点为YX15-1最大值为2.80mm；本次变形最大点为YX05-1、YX07-1、YX09-1，最大值为1.00mm；纵向位移累积变化最大点为YX11-1，最大值为1.80mm，本次变形最大点为YX01-1，最大值为-0.80mm。在本次周期内所有点位移变化值均未超出警戒值。

（2）隧道结构拱顶沉降变形，主要检测隧道结构的竖向变形，使用差分对原始数据进行处理得到本次沉降变形，图2为隧道结构沉降折线图。

图2 隧道结构沉降折线图

由图2可得，本次周期内左线隧道结构拱顶沉降累积变化最大点为ZX03-5，最大值为-1.85mm，本次变形最大点为ZX02-5，最大值为-1.00mm；右线隧道结构拱顶沉降累积变化最大点为YX08-5，最大值为-1.60mm，本次变形最大点为YX15-5，最大值为-0.70mm。在本次周期内所有点沉降变形相对稳定且未超出警戒值。

（3）隧道结构净空收敛变形，主要检测隧道结构的净空收敛情况，使用差分对原始数据进行处理得到本次净空收敛，图3为隧道结构净空收敛折线图。

图3 隧道结构净空收敛折线图

有图3可得，本次周期内左线隧道结构净空收敛累积变化最大点为ZX09，最大值为-3.18mm，本次变形最大点为ZX05，最大值为-0.74mm；右线隧道结构净空收敛累积变化最大点为YX06，最大值为-1.95mm，本次变形最大点为YX10，最大值为1.13mm。在本次周期内净空收敛均在警戒值范围内。

（4）道床结构沉降差，主要检测道床结构的沉降差异，以保证列车的正常运行，使用差分对原始数据进行处理得到道床沉降差，图4为道床结构沉降差折线图。

图4 道床结构沉降差折线图

由图4可得，本次周期内左线道床结构沉降差异累积变化最大点为ZX07，最大值为1.65mm，本次变形最大点为ZX18，最大值为-0.90mm；右线道床结构沉降差异累积变化最大点为YX09，最大值为1.20mm，本次变形最大点为YX04、YX08、YX10最大值为-0.30mm。在本次周期内道床差异沉降均在警戒值范围内。

5 结语

（1）随着城市地铁建设步伐的加快，随之对运营地铁的监测也越来越多。自动化监测技术具有无人看守、实时监测、远程控制、不妨碍地铁的运行等优点，从而大大提高了监测的效率及测量精度。自动化监测已经成为了一种必不可少的测量方法，同样已经成为一种发展趋势，逐渐发展到各个测量领域。

（2）在长沙地铁5号线下穿既有地铁2号线车站区间工程中，隧道结构的沉降、水平位移、净空收敛以及道床结构沉降差均相对稳定，均在预警范围内，则本次项目时间段范围内地铁结构和列车运营未受到影响。