摘要：本文以长沙地铁3号线长沙火车站施工为例进行分析研究，施工期间需下穿既有地铁2号线火车站车站，为了确保2号线运行安全，采用远程自动监测系统对现有地铁结构进行动态变化的实时监测。该系统由传感器子系统、数据采集和传输子系统、数据管理子系统组成，可以最大限度地减少监控的运行和相互影响。在地铁3号线施工时，对2号线车站结构的变形来实现有效的监测，并根据监测系统异常情况及时调整施工措施，以获得理想的控制效果，保证现有的地铁线路的安全施工和既有地铁线路的安全运行。
关键词：地铁隧道；下穿既有线路；远程在线监测；研究
1前言
目前长沙地铁建设发展迅速，一年内同时有7条地铁线路进行施工。由于受到地下空间的限制和变化的需要，不可避免地面临着关于地铁建设的问题。但必须保证现有地铁线路的安全操作，因此，建设面临很大的技术难度和安全风险。到目前为止，长沙地铁新建工程已有4条线路穿越既有运行线路，3号线长沙火车站下穿2号线火车站在地铁建设中是最典型的工程之一。
2工程概述
长沙地铁3号线长沙火车站与2号线上下换乘，呈十字交叉，3号线位于下方，2号线已开通运营。2号线长沙火车站为地下二层，车站位置道床顶距地表约15米。3号线长沙火车站为盾构过站，采用明挖法施工。车站主体结构采用钢筋混凝土箱型结构，基坑南端头采用钻孔灌注桩，其余部分采用800mm厚地下连续墙，地下3层，埋深约24米。监测范围为2号线长沙火车站受3号线施工影响的区域，里程为DK10+240～DK10+370。
2号线和3号线长沙火车站的平面关系图如下：
车站位置关系平面图
在地铁施工时，为确保运营线路的安全和变形实时监控，通过监测数据能科学有效地指导施工，因此需采用远程监测系统实施自动化监测。
3远程监测系统的基本功能和要求
远程监控系统应包括数据采集、传输、处理和反馈四个基本功能，满足以下基本要求：
（1）系统具有长期可靠性。因监控需要持续两年多的时间，且地铁隧道的环境较差，活塞风振动和杂散电流的影响较大，因此需具有长期的可靠性以及隧道抗环境干扰的能力。
（2）监测仪器不宜过大。考虑到隧道限值的要求，仪器不宜过大，以确保仪器安装时不会影响设备的极限。
（3）自动、实时、标准化的数据采集。实现结构变形、位移、裂缝变化等数据可以自动、实时采集，并以标准格式存储信息处理。
（4）可靠的远程传输。该仪器采集的数据可以通过有线或无线方式可靠地传输到信息管理中心，避免了因传输故障而引起的监控信息盲点。
（5）直观的数据处理。通过可视化图表对监测数据进行实时处理，分析数据的可靠性和数据的工程风险程度。
（6）光滑的信息反馈。通过互联网、手机短信等方式发布监控信息，使得相关单位及时获得数据信息。
4重点监测项目确定的数值分析
为更合理的进行重点监测和监控，利用三维有限差分程序FLAC3D软件对建设影响下的变形模式进行预测，计算摩尔-库仑准则对于弹塑性仿真分析，该模型几何尺寸是120*55米*90米（宽*度*长），模型的上面是自由表面，对其余的表面位移进行约束。计算中使用的物理机械参数按地层及结构材料基本物理力学参数。
根据数值模拟的结果分析现有两条线水平间距高差和隧道结构变形缝胀缩在地铁施工的影响下变化不大，地铁隧道结构和路基的变形以沉降为主，最大沉降发生在变形缝的地方，特别是在线路隧道的顶部结构变形缝2的地方，隧道结构拱顶的最大沉降值是35.2毫米（预测）。与此同时，现有的地铁隧道变形缝，在最大变形缝1中发生了差异沉降，沉降预测最大值为8.9mm，差异沉降变形缝值如表2所示。
（表2、既有地铁隧道变形缝处差异沉降）
上述分析表明，地铁隧道结构的变形主要是沉降，尤其是变形缝的沉降和沉降变形。因此，应该对它进行仔细的监控。为了确保现有的地铁线路的安全建设和正常运行期间，两条线的水平间距铁轨高差和隧道结构变形缝胀缩也应该监视。
5远程监测系统构成
5.1系统框架
对地铁隧道结构的沉降实现远程自动监测，该系统由传感器子系统、数据采集和传输子系统、数据管理和分析子系统组成。该系统功能如下：
（1）利用传感器子系统获取现有地铁结构的变形信息。静态水准仪是用于监控的解决地铁结构、梁测斜仪是用来监测两行之间的高差，容积式流量计用于监测两条铁轨之间的水平距离，测缝计测量仪用于监视变化结构变形缝胀缩。
（2）数据采集和传输子系统用于从传感器采集信息，通过传输线将数据传输到信息中心的数据管理和分析子系统。
（3）数据管理和分析子系统对数据进行分析和处理，获取所需的图形和表，并使用数据库进行数据存储和管理。
5.2传感器子系统
采用2RJ电容静电水准仪监测隧道结构的沉降。沉降测量仪是一种用于测量多点的高精度水平系统，仪器由主体容器、管、电容传感器组件，一系列的传感器采用液压管连接，每个容器振动线传感器测量的精度水平都很精准，由浮标传感器与自由浮筒组成，当液位变化时，浮标传感器感应悬浮力。在多点系统中，所有的垂直位移传感器都相对于参考点，垂直位移的参考点相对恒定，或者可以用于其他人工观测的准确识别，以便精确计算每个测点的静态调平系统的沉降。
5.3数据管理与分析子系统
信息中心的主控制计算机接收到监测数据后，可以通过专业的技术软件组织进行计算和分析，绘制各种形式和曲线。同时，数据库用于数据存储和管理。通过对监测数据处理、信息中心的分析，以及通过对地铁建设公司、运营公司和施工单位等相关单位的公共网络传输，实现远程实时数据传输，对预警进行必要的处理。相关单位根据监测数据的变化，决定是否需要调整支撑参数及相应的变形控制措施，以实现地铁结构变形的动态控制，确保结构安全、正常运行。
6远程监测成果及分析
根据数据信息的远程自动监测系统，地铁结构胀缩变形和两个水平间距走线铁轨以及横向不均匀沉降没有明显的变化，但隧道结构的沉降和路基沉降较大，尤其是在新车站的顶部变形和不均匀沉降变形缝两侧结构非常明显，由于这是非常重要的项目，所以建设前的远程监控显示，结构变形预测分析是准确的，根据远程监控方案的数值模拟预测分析也非常合理。
7结束语
通过远程自动监测系统实时采集地下结构变形的各种数据信息，及时、准确地掌握现有的地铁隧道结构和轨道结构的沉降变化和轨道几何变化的方向，为分析和判断现有的地铁运营安全提供了科学依据。因为远程自动监控系统的有关单位及时提供大变形信息，使建设单位在第一时间作出反应，通过取消的措施来控制变形，在一定程度上恢复现有的地铁沉降损失，确保安全运行。
参考文献
[1]刘军，张飞进，高文学，等.远程自动连续监测系统在复杂地铁工程中的应用[J].中国铁道科学，2007，28（3）：140－144.
论文作者:王进飞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/11
标签：地铁论文; 结构论文; 隧道论文; 长沙论文; 子系统论文; 传感器论文; 数据论文; 《防护工程》2017年第35期论文;