中交隧道工程局有限公司 北京 100010
摘要：自动化监测系统因其自动、连续观测的特点，不仅可以保证高精度的要求，又可以减少对施工的干扰和人力的投入，因此特别适合在下穿或上跨既有结构的工程中应用。本文依托于郑州市经三路城东路下穿金水路隧道工程，介绍了自动化技术在既有地铁结构变形监测中的监测特点、方法、精度以及数据分析，验证了自动化监测技术在地铁隧道结构变形监测中的应用价值。
关键词：自动化；监测技术；地铁隧道施工；应用
1导言
交通问题已经成为制约社会经济发展的一大因素，缓解社会交通压力是政府发挥公共服务职能的关键性工作。地铁工程是国家重点投资的市政项目，在维持社会交通运输活动期间发挥了重大的作用。隧道是地铁工程的核心部分，加强地铁隧道的日常监测是运营方管理的重点工作，而自动化监测技术是隧道运营管理的先进科技。
2自动化监测系统
2.1徕卡TS30全站仪
通常情况下，地铁隧道施工自动化监测采取徕卡TS30全站仪，其测量精度为：距离测量±（0.6mm+1ppm×D）mm，角度测量0.5″，同时可借助专业Smart监测系统来确定目标和设置参数。该自动监测仪器实现了焦距调节、正倒镜监测、数据记录的自动化，还具有自动辨别目标和对准作用，此过程只要工作人员大致瞄准即可，其会自动明确目标并对准，无需人为调节焦距和精确对准，显著提升了自动监测的效率。
2.2反射棱镜
一般而言，在地铁隧道中，通过膨胀螺丝在轨道道床、拱顶等处安装棱镜，且将反射面对准工作基站，便于徕卡TS30全站仪自动识别目标当作监测标志。
2.3计算机设备
徕卡TS30全站仪和计算机设备以EDGE/CDMA/GPＲS信息链相连，借助专业监测系统进行自动化监测，同时还包含电源组、电缆等设备，自动监测和存储有关监测数据和信息，同时分析处理监测数据形成监测报告。
2.4Smart监测软件
通常情况下，Smart监测软件和徕卡TS30全站仪相配套进行地铁隧道施工的自动化监测，同时将数据储存在SQL数据库之中，可按初始设置时间和周期进行对应监测。除此之外，可结合具体要求增加各循环，若是某台设备进行监测，则各循环时间不可重叠，尽量确保循环起始时间在另一循环停止时间后。
2.5数据处理及分析
关于监测数据的分析和处理，采取Smart分析系统和自身编写的程序以及通用平差“科傻”软件。在数据分析过程中，适当借助人工删减异常信息，将平均值视作该周期监测的最终结果，同时结合施工队需要绘制偏移折线图、生成监测报告，实时反馈地铁隧道变化状况。
3地铁隧道施工中的自动化监测
3.1设立监测位置
（1）设立监测位置
所谓的监测截面，是指测量点隧道的正交横截面，在此截面上设立多个监测节点。这就需要监测截面在地铁隧道中是平均分布的。该市地铁修建工程结合设计要求，受监测隧道总长500米，平均10米划分监测截面，总计30个监测截面。另外，各截面设立5个监测节点，主要放置在拱顶、两个拱腰和两个道床沉降位置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（2）设立基准点
受监测区域总共划分了4个基准点，相应放置在偏离变化区的大、小里程方向，分别两个。
（3）徕卡TS30全站仪安装点
通常来讲，徕卡TS30全站仪安装里程是YK7+205，后视里程约YK7+316．
3.2监测方式
徕卡TS30全站仪组装在地铁隧道中，以EDGE/GPＲS/CDMA信息链和配有监测系统的电脑相连，通过电脑对监测仪器进行控制，并且按照事先设置的工作周期，自动监测各节点和较差计算分析。测量的数据会存放到SQL数据库之中，若监测时发生偏差较大或节点棱镜被遮盖等问题，系统会自动记录该测量点，并继续监测之后的节点，在监测周期结束后，再反过去监测异常位置。除此之外，借助监测分析软件，在每个循环起始时，通过基准点反复推测测量位置坐标，再对自动监测各节点，从而得出观测位置坐标。
4数据成果的反映—地铁监测信息系统
地铁监测信息管理系统是在ORACLE数据库的基础上，用DELPHI程序语言、按B/S、C/S方式开发，能够实现监测数据的及时传输，为保证基坑和隧道安全提供强有力的措施，可以保证监理、施工、业主能够通过互联网直接查询监测数据，及时掌握监测对象的变化情况。系统按照三个层次开发：用户使用层、数据管理层、数据采集层，可以实现快速数据处理、数据无线传输，为信息化施工提供更好的保证。
4.1用户使用层功能
该系统组成部分是为用户提供各项操作功能的平台，有助于工程人员对地铁施工的自动化调控，及时处理隧道工程建设和运营期间面临的问题。用户使用功能包括：监测数据报警提示系统、测点查询系统、数据查询系统、图形查询系统、短信提示系统、分析提示系统等，用户操作时可根据实际需要调整功能模块，更好地服务于项目施工。
4.2数据中心层功能
数据操作模块、数据分析模块，报表校核、审核、批准模块。数据操作系统主要完成原始数据（计算数据）的入库、建立本期观测数据库和原始数据存档；数据分析系统主要完成生成报表，由数据分析人员对基坑及隧道各测点的稳定性做出判断，同时对计算数据中可能出现的错误进行判断和修改。对于数据处理存在的问题，利用该层面功能也可及时发现修改。
4.3数据采集层功能
人工采集系统、自动（半自动）采集系统、数据上传系统，实现现场数据的及时采集与无线传输。在本案例中由TCA2003全站仪配合GEOMOS监测软件实现现场监测数据的自动采集，通过无线网卡将监测数据通过INTEL网传输到服务器上，再由服务器将数据发送至使用用户，通信技术的运用降低了数据采集的难度。
5自动化监测基准点及监测点布设
本案例隧道自动化监测的对象是广州地铁一号线长寿路至陈家祠左线区间（华贵路基坑段）靠近基坑一侧隧道；涉及到的范围是长寿路至陈家祠左线区间（ZDK6+432～ZDK6+542）地段，长度约110m。所使用的仪器是高精度的徕卡全站仪（TCA2003，精度0.5″，1+1ppm）。以此研究自动化监测基准点及监测点布设情况如下：
5.1监测基准点埋设
基准点须远离变形区，且保证其稳固性。本案例华贵路基坑东南角在广州地铁一号线长寿路～陈家祠区间隧道的投影中部距长寿路站约100m左右，由于华贵路基坑东南角边长16.8m，基坑深度10.4m，共布设12个监测断面。共设监测基准站2个，监测基准点7个，靠长寿路方向的基准站布设基准点3个，靠陈家祠方向的基准站布设基准点4个，间距均约40m，每组基准点均在变形区域外（最近基准点离监测区域约60～70m），每组监测点与测站构成的角度尽量大。根据现场条件，基准点一部分埋在隧道腰部，一部分在道床。埋设方法：用冲击钻在隧道结构体上钻孔，打入10的膨胀螺丝，安装L小棱镜。
5.2基准站安装
安装时应保证稳定性和考虑位置选择的合理性。本案例中离第一个监测断面约40m处即靠长寿路方向安装1个基准站，在靠陈家祠方向离监测范围外40m处安装另1个基准站。基准站安装在隧道一侧靠近底部处。在隧道壁上按一定尺寸钻孔，打入膨胀螺丝，安装固定仪器支座（具有足够的荷载、保证仪器安全并满足设备限界要求）。数据通讯等附属设备安装在仪器固定支座或其附近。供电、传输线路等视具体情况铺设。
6结语
自动监测是一种受人为影响少、自动化程度高的方法，能连续自动监测、监测数据可以自动记录、预处理并实时传输，极大提高了监测效率。随着地铁建设规模及线路长度的不断扩大，涉及的测量范围也越来越广，尤其在临近地铁隧道的基坑监测方面，为保证地铁隧道的安全，对地铁隧道的自动化监测已经越来越重要。
参考文献
[1]吕文臣.自动化技术在隧道结构监测中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（10）：176-178.
[2]付丽丽，叶亚林，陈昊，程险峰，张斌.自动化监测技术在地铁隧道中的应用[J].城市勘测，2012，（06）：143-147.
[3]杨帆，赵剑，刘子明，邹兴欣.自动化实时监测在地铁隧道中的应用及分析[J].岩土工程学报，2012，34（S1）：162-166.
[4]伍家赞.自动化监测技术在运营地铁隧道中的应用探讨[J].建筑安全，2012，27（03）：55-58.
论文作者:高树兵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/25
标签：隧道论文; 基准点论文; 地铁论文; 数据论文; 截面论文; 基准论文; 基坑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;