自动监测系统在地铁下穿既有线路工程中的应用研究

自动监测系统在地铁下穿既有线路工程中的应用研究

陈杰

陈杰

南宁轨道交通集团运营分公司广西南宁530000

摘要：近年来，随着我国地铁工程建设的迅速发展，受地下空间限制及线路间换乘需要，新建地铁工程不可避免地面临着近距离穿越或零距离穿越既有地铁、铁路线路施工的问题。新建地铁工程施工中，必须保证既有地铁、铁路线路安全运营，因此施工面临着极大的技术难度和安全风险，必须对既有线路进行现场监测。受运营线路影响，传统监测方法不能获得实时动态监测数据，难以反映既有线沉降变形趋势、演化规律和稳定状态，无法进行实时监测与地质、施工的综合动态分析。远程自动化监测弥补了传统监测方法的不足，为施工及时提供了大量准确的数据，保证了既有线安全运营。

关键字：自动监测系统；地铁下穿既有线路工程；应用

为确保既有铁路线路的安全，并且保证新建隧道顺利施工，必须对既有铁路线路进行全天候的实时监测，由于传统的人工监测技术在高密度的行车区间内无法实施，且不能满足对大量数据采集、分析并及时准确的反馈，因此有必要根据既有地铁沉降监测点，对既有地铁沉降远程自动化监测的需要，开发一套能够满足行业需求、行业特色鲜明、基于既有地铁实时监测的自动化监测系统。

1远程无线自动化监测系统简介

远程无线自动化监测系统，可采用多种类型传感器，集孔隙水压监测、水位监测、应力应变监测、沉降变形监测于一体，建立专用的信息管理平台，对现场施工监测数据进行统一的采集、存储、管理、维护与分析。通过信息化手段提高监测水平，为管理者科学决策提供依据。支持多种通讯方式，具有自诊断、多级备份、抗干扰等保护措施，能适应现场恶劣环境，具有在线监控、离线分析、安全管理、网络系统管理、数据库管理、远程控制和管理等功能，包括数据的人工／自动采集、工程档案信息、测值及图形图像管理、报表／图形制作、远程通信与控制等监控和管理的内容。可在无人值守的条件下全面、准确、实时地获取监测数据，克服了传统的人工监测手段的诸多弊端，能够全方位了解施工现场的变形与沉降，为施工过程提供指导。

2工程概况

某地铁站位于交叉路口处，沿公路主路呈南北走向设置，为明暗挖结合的岛式换乘车站。新建地铁车站与既有线位置关系。车站暗挖段东西向宽21.7m，南北向长18.2m。为双层三跨平顶直墙结构，车站顶板与既有线底板密贴，施工过程中须严密监控既有线底板的沉降变形情况。

3监测项目及要求

按照南宁市轨道交通工程监测技术规范要求，下穿既有轨道线路（包括铁路）的新建工程为一级环境安全等级。针对该等级安全，根据GB50652-2011《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》、GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》、CJJ/T202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》等的要求，确定本次下穿工程对于变形方面的监测内容主要包括隧道结构的沉降或上浮、隧道结构水平位移、隧道差异沉降、轨道横向高差等，下穿施工引起既有隧道结构累计变形总位移＜20mm，轨道高程差控制值＜4mm。

4监测仪器选择

根据监测要求和原则，为了实现自动化监测，采集设备采用TS30全站仪，同时配合使用相应的通信及后处理软件。自动化监测网络系统的硬件部分主要包括测量机器人、目标棱镜、计算机、信号通信设备与电源箱等。TS30自动全站仪属于高精度测量机器人的一种，它能够自动识别监测目标，并具有照准功能ATR（AutomaticTargetRecognition），Leica标准圆棱镜ATR自动照准可达1km。目标棱镜设置在变形点和基准点上，设置变形点的目的是监测变形体的变化，因此应设置在监测目标的敏感位置。基准点则是监测结构变形的基准，应保证其高度稳定，因此应将基准点设置在离变形区较远的位置。通过测量各点三维坐标的变化量，即可得到监测点的水平及高程变化。

5监测方案

5.1远程自动监测系统

采用JL-1静力水准仪，进行科学布置。每小时采集一次地表高程数据。JL-1型静力水准仪是由磁致伸缩式传感器组成的高精密液位测量仪器，具有高精度、高稳定性、高分辨率、高可靠性、响应时间快、工作寿命长等优点，适用于岩土工程长期监测多点部位的沉降量。远程监测系统将多台静力水准仪的容器用通液管联接，每台容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的磁浮子位置随液位的变化而同步变化，由测量值可计算出各测点的沉降量。

5.2人工监测

在布置静力水准仪的位置对应布置人工监测点，在每天夜晚既有线停运之后用水准仪进行监测，并与自动化监测数据进行对比。

6实测数据分析

6.1远程自动监测分析

(1)由于开挖前由南向北进行全断面注浆，既有线整体发生不同程度的抬升。抬升最小的监测点CJ2-1为0.136mm，抬升最大的监测点CJ1-5为9．373mm，设计的报警值为10mm，故及时停止了注浆。CJ2-1位于既有线北侧监测点的西端头，距离注浆段最远，受到注浆影响最小。CJ1-5位于既有线南侧监测点的中间，浆液注入量较大。既有线南侧总体抬升量明显大于北侧，主要因为由南向北进行注浆，南端注浆量明显多于北端。

(2)在1号、4号导洞开挖期间(4月1日～6月15日)，位于开挖面上部的既有线高程呈现波浪形下降2～3mm，主要因为下部土体开挖导致沉降，在每步开挖后，根据自动监测数据及时进行背后补强注浆，使高程有一定的抬升，保证既有线安全运营。远离开挖面的西端头高程抬升1～2mm，主要因为下部没有土体开挖，同时受到注浆的影响导致抬升。

(3)在施工千斤顶时(6月15日)，既有线高程突然抬升0～3mm，主要因为安装千斤顶时突然施加了向上的压力。根据自动监测实时数据，及时将千斤顶的力调小，使既有线高程迅速下降，保证了既有线安全运营。在千斤顶施工完成后，既有线高程基本呈平缓的波浪式变化。

6.2人工监测分析

(1)人工监测既有线高程变化的结果与自动化监测基本一致，均为波浪形下降。1号、4号导洞开挖阶段沉降较快，沉降最大的监测点RGCJ2-6为2.76mm，沉降最小的监测点RGCJ1-1为0.65mm，监测结果与远程自动监测系统基本一致，证明自动检测系统的可靠性。

(2)在施工千斤顶期间，既有线高程整体抬升，抬升最大的监测点RGCJ2-5为1.82mm，最小的监测点RGCJ1-1为0.1mm。主要因为RGCJ2-5位于千斤顶正上方，RGCJ1-1位于监测点布置的西端头，距离开挖段最远。根据监测结果对千斤顶压力进行调节，既有线高程基本回落至千斤顶安装前。千斤顶安装之后，既有线高程波动幅度在2mm以内。与远程自动监测系统监测结果一致，证明了远程自动监测系统的可靠性、稳定性。

结语：

总之，（1）使用自动化监测技能可以在确保正常运营的条件下，做到全自动监测、无人值守、远程操控以及数据传输，依据监测数据辅导施工，并及时修改盾构机掘进参数，保证了既有收支段线地道主体结构及运营安全。（2）经过监测数据剖析，在盾构下穿过程中既有收支段线地道边墙沉降量、道床沉降量以及轨迹高程差等均小于变形操控值，阐明下穿过程中既有收支段线地道结构处于安全状况。（3）既有收支段线地道道床水平位移与沉降变形数据比较甚小，阐明盾构下穿过程中以沉降变形为主；道床沉降与边墙沉降量很挨近，阐明盾构下穿过程中既有收支段线地道结构为整体沉降。

参考文献：

[1]张瑾，王旭春，刘涛.下穿隧道对既有地铁线路及周边环境影响研究[J].地下空间与工程学报，2012（5）.

[2]白廷辉，尤旭东，李文勇.盾构超近距离穿越地铁运营隧道的保护技术[J].地下工程与隧道，2000（3）.

[3]任建喜，杨锋，朱元伟.西安地铁盾构隧道施工对临近建筑物的影响及控制技术[J].城市轨道交通研究，2016（5）.