運(yùn)行中的地鐵隧道變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

摘  要  文章結(jié)合上海市“綠地復(fù)建綜合樓項(xiàng)目"工程施工監(jiān)測(cè)方案，對(duì)受緊鄰基坑施工擾動(dòng)影響的運(yùn)行中地鐵隧道變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了分析，采用GLS-B40激光測(cè)距傳感器的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以24 h無(wú)人值守、連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的地鐵隧道變形，且每次監(jiān)測(cè)可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提供給施工方，以指導(dǎo)當(dāng)前及下一步的施工，在工程應(yīng)用中取得了良好的效果。
　　關(guān)鍵詞  地鐵隧道  連續(xù)運(yùn)行  基坑開(kāi)挖  變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 激光測(cè)距傳感器
1 概述
　　在我國(guó)已有地鐵的城市中，地鐵沿線(xiàn)（非常靠近地鐵隧道）的深基坑越來(lái)越多，如何在基坑開(kāi)挖中保護(hù)正在運(yùn)行中的地鐵隧道，是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。采用信息化施工及監(jiān)測(cè)方法，可以有效地指導(dǎo)基坑施工過(guò)程，施工中采用的時(shí)空效應(yīng)法、逆作法、注漿法和基坑加固方法等均可達(dá)到保護(hù)鄰近隧道、控制變形的目的。而常規(guī)的地鐵變形監(jiān)測(cè)如連通管法、巴塞特法等，在運(yùn)行的地鐵隧道中進(jìn)行監(jiān)測(cè)相當(dāng)困難，主要是因?yàn)榈罔F運(yùn)行間隔很短，運(yùn)行期間不允許測(cè)量人員進(jìn)入，為此，須有一種簡(jiǎn)便的、無(wú)人值守、自動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，可在很短的時(shí)間間隔內(nèi)，迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)，并為鄰近基坑的施工提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　上海市 “綠地復(fù)建綜合樓項(xiàng)目"與上海地鐵1號(hào)線(xiàn)平行，西側(cè)基坑距區(qū)間隧道北線(xiàn)最近處約4 m，東側(cè)基坑距北線(xiàn)隧道最近處約8 m，基坑開(kāi)挖深度約為10.5 m，采用地下連續(xù)墻圍護(hù)，兼做承重結(jié)構(gòu)?；娱_(kāi)挖將對(duì)地鐵1號(hào)線(xiàn)構(gòu)成威脅，為保證地鐵的安全運(yùn)行，必須在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)。
2  自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
2.1  監(jiān)測(cè)要求
　　由于地鐵隧道在一天中的三分之二以上的時(shí)間是處于全封閉的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，不允許監(jiān)測(cè)人員進(jìn)入隧道內(nèi)工作，所以要求必須在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替人工操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道水平、垂直位移的連續(xù)、精確監(jiān)測(cè)?？紤]到地鐵運(yùn)行的間隔很短，所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能在3～5 min內(nèi)完成隧道（受影響的區(qū)間段）的變形監(jiān)測(cè)，以掌握基坑開(kāi)挖施工引起地鐵1號(hào)線(xiàn)隧道變形規(guī)律及特性。
2.2  監(jiān)測(cè)范圍
　　地鐵1號(hào)線(xiàn)下行線(xiàn)區(qū)間隧道沿基坑的60 m及兩端各向外延伸45 m（約150 m）的范圍。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為隧道的水平和垂直位移。
2.3    自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成
　　一個(gè)完整的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在無(wú)需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、處理、存儲(chǔ)、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)配置包括：GLS-B40激光測(cè)距傳感器、測(cè)控終端（GPRS）、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專(zhuān)用軟件。
2.3.1  GLS-B40激光測(cè)距傳感器
　　 GLS-B40激光測(cè)距傳感器，測(cè)距精度為1.5MM，具有RS232，RS485，4-20MA模擬量輸出，9-30V電源接口，自動(dòng)溫度控制，激光指示，固定螺絲孔位等功能。儀器一旦接到測(cè)量命令，就能采用一定間隔時(shí)間內(nèi)的自動(dòng)測(cè)量，并且通過(guò)測(cè)控終端的GPRS，把測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，無(wú)需人工干預(yù)，大大提高工作效率。

2.3.2 低功耗測(cè)控終端
　　低功耗測(cè)控終端具有RS232，RS485，模擬量端口，采用12V電源供電，具有GPRS模塊，插入手機(jī)卡，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制，并且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，一旦網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好，所有測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在測(cè)控終端里面，等網(wǎng)絡(luò)信號(hào)好了，再發(fā)送出去，不會(huì)丟失任何測(cè)量數(shù)據(jù)。


2.3.3  計(jì)算機(jī)
　　計(jì)算機(jī)裝有專(zhuān)用軟件以實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程的全自動(dòng)化，既能控制激光測(cè)距傳感器按特定測(cè)量程序采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將測(cè)量成果實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，杜絕返工，也可以對(duì)各個(gè)觀測(cè)周期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。
2.3.4  其它設(shè)備
　　其它設(shè)備包括溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)、連接電纜、外接電源等；溫度計(jì)﹑氣壓計(jì)﹑濕度計(jì)用于測(cè)定空氣的溫度、壓力和濕度，將測(cè)定結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，以提高觀測(cè)精度。
2.3.5 實(shí)時(shí)控制軟件
　　動(dòng)態(tài)監(jiān)控軟件是專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)的、與GLS-B40激光測(cè)距傳感器配套的變形測(cè)量軟件，其在Windows環(huán)境下運(yùn)行，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，它既可按操作者設(shè)定的測(cè)量過(guò)程對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量處理，也可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)、檢索、編輯，可實(shí)時(shí)顯示量測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或后處理，按施工方要求的格式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖表的形式直觀地表達(dá)出來(lái)，繪制出監(jiān)測(cè)報(bào)表和位移曲線(xiàn)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報(bào)警以及報(bào)表生成的功能，可以根據(jù)用戶(hù)的要求提供報(bào)表的形式。監(jiān)控軟件基于B/S結(jié)構(gòu)，支持遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)，具有操作員權(quán)限分配，不同等級(jí)的操作員，可以憑借用戶(hù)名和密碼進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和控制，能上網(wǎng)的手機(jī)也能查看和控制。
3  施工監(jiān)測(cè)
3.1  測(cè)點(diǎn)布設(shè)
　　測(cè)點(diǎn)布設(shè)在區(qū)間隧道K9+920~K10+070約150 m的范圍之內(nèi)。每隔10M布設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)在隧道管片的垂直方向，一個(gè)布設(shè)在隧道到水平方向上，在激光傳感器的對(duì)面，激光能打到的地方放置帶十字線(xiàn)的標(biāo)志板，標(biāo)志板帶有雙面膠，直接貼在隧道管片上，這樣方便以后安裝激光測(cè)距傳感器的時(shí)候能測(cè)量同一位置。激光測(cè)距傳感器安裝在支座上，支座采用膨脹螺絲固定在隧道管片上，并不對(duì)行車(chē)造成影響。如果所示：

3.2  觀測(cè)方法
　　通過(guò)控制軟件，發(fā)送測(cè)量命令，可以設(shè)定測(cè)量間隔，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都有編號(hào)，每個(gè)測(cè)距傳感器的地址不同，所有測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)RS485總線(xiàn)發(fā)送到測(cè)控終端，測(cè)控終端通過(guò)GPRS把數(shù)據(jù)發(fā)回服務(wù)器電腦，這樣在監(jiān)控軟件上就能看到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用每一個(gè)小時(shí)測(cè)報(bào)一次數(shù)據(jù)，有必要的時(shí)候也可以加大重點(diǎn)部位的觀側(cè)頻率。

3.3  測(cè)量數(shù)據(jù)
　　通過(guò)近三個(gè)月的自動(dòng)觀測(cè)，隧道的變形數(shù)據(jù)與人工電子水準(zhǔn)儀的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)激光測(cè)距傳感器的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度高，實(shí)時(shí)性好，并且數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)跟電子水準(zhǔn)儀的測(cè)量數(shù)據(jù)一致。


3.4  測(cè)量誤差分析
3.4.1 誤差來(lái)源
　?。?/span>1） 由于本次監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而地鐵隧道的濕度較大，對(duì)測(cè)距的精度會(huì)有影響，但地鐵隧道內(nèi)的溫度﹑氣壓﹑濕度均比較穩(wěn)定，因此，可不考慮這些外界環(huán)境因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，可在觀測(cè)過(guò)程中利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正。而列車(chē)運(yùn)行帶來(lái)的震動(dòng)卻對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響較大，故應(yīng)盡量避免在這一時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。
　　（2）本次測(cè)量采用GLS-B40激光測(cè)距傳感器觀測(cè)，其測(cè)距精度1.5mm，因此，其是影響測(cè)量的主要誤差源。
3.4.2 誤差分析
　　此次監(jiān)測(cè)主要的誤差來(lái)源是儀器測(cè)距誤差，儀器本身的測(cè)距精度為1.5MM，最小顯示為1毫米，采用多次測(cè)量平均的方式，可以達(dá)到±1 mm的精度，能夠滿(mǎn)足施工及甲方對(duì)地鐵保護(hù)的要求。
4  結(jié)論
　　上海市“綠地復(fù)建綜合樓項(xiàng)目"基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵1號(hào)線(xiàn)構(gòu)成威脅，施工中采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的隧道變形進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果為基坑開(kāi)挖施工提供了準(zhǔn)確、及時(shí)的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，保證地鐵的安全運(yùn)行。這是一種簡(jiǎn)便、靈活、無(wú)人值守、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工程應(yīng)用表明，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿(mǎn)足工程的要求，且監(jiān)測(cè)速度快、精度高、受人為影響少、自動(dòng)化程度高，可在地鐵運(yùn)行間隔內(nèi)迅速完成隧道的變形監(jiān)測(cè)。