齊昌洋
湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽 421002
東方·智尊堡項目位于南寧市青秀區(qū)高坡嶺路與鳳嶺22號路交叉口西南象限地塊內(nèi),項目東側(cè)高坡嶺路下方為南寧軌道交通1 號線百花嶺站及埌東客運站~百花嶺站區(qū)間隧道。南寧軌道交通1號線已于2016年12月28日投入運營。在東方·智尊堡項目基坑土方開挖過程中,對既有地鐵1 號線百花嶺站可能造成影響,為實時掌握東方·智尊堡項目施工過程中對南寧市軌道交通一號線百花嶺站的影響,保障既有地鐵1 號線的運營安全,需要對既有地鐵1 號線百花嶺站進行變形監(jiān)測。
采用常規(guī)方式進行變形監(jiān)測時,需要測量人員在地鐵線路上行走,而地鐵運營時又封閉線路,只能晚上地鐵停運后才能進行,所以常規(guī)的測量方法不能保證實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù),也就是不能保證地鐵運行安全。因此,工程采用基于測量機器人的自動化監(jiān)測系統(tǒng),可實時掌握東方·智尊堡基坑工程項目建設(shè)過程中對既有地鐵百花嶺站車站結(jié)構(gòu)形狀和對道床、軌道狀況的影響,提供動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),以便及時評定東方·智尊堡基坑工程施工對既有地鐵線的安全影響,從而對工程施工項目采取相關(guān)預(yù)案、對已經(jīng)發(fā)生變形的地鐵線路及時進行維修養(yǎng)護作業(yè),確保既有地鐵線運營安全。
系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件兩部分。
變形監(jiān)測系統(tǒng)如圖1 所示,由三部分組成:監(jiān)測工作站、主機房、測量點位。
監(jiān)測工作站:根據(jù)現(xiàn)場實際情況,選擇合適位置,建設(shè)觀測墩,要保證點位穩(wěn)固性與良好的視野,并安置好測量機器人。測量機器人指的是測角精度在1″級以上的智能型全站儀,擁有伺服馬達,可以實現(xiàn)自動目標(biāo)識別、自動照準(zhǔn)、自動測角與測距、自動目標(biāo)跟蹤、自動記錄等功能,根據(jù)遠程計算機設(shè)置參數(shù),實現(xiàn)多目標(biāo)連續(xù)、重復(fù)觀測。由于配備了供電電源和通訊模塊,實現(xiàn)了全自動化的實時監(jiān)測和傳輸。
圖1 自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)
主機房:主機房指的是控制計算機房,設(shè)置在辦公室。機房內(nèi)的計算機通過通訊電纜和測量機器人相聯(lián)。在主機房可以設(shè)置測量機器人的測量參數(shù)(間隔時間、重復(fù)次數(shù)等),還能實時了解其運行情況。
測量點位:包括了基準(zhǔn)點和變形監(jiān)測點?;鶞?zhǔn)點設(shè)置在變形區(qū)域之外,作為監(jiān)測的基準(zhǔn),基準(zhǔn)點不少于3 個。變形監(jiān)測點采用徠卡L 型棱鏡安裝在變形體上,棱鏡面朝向觀測墩。
主要由聯(lián)機測量模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成。
聯(lián)機測量模塊:工作人員在主機房內(nèi)借助此模塊可以控制全站儀,根據(jù)實際需要設(shè)定各項參數(shù)與處理措施,合格數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理模塊。測量機器人外業(yè)測量的流程為:聯(lián)機、定向;對所有的監(jiān)測點進行學(xué)習(xí)測量;根據(jù)主機設(shè)置參數(shù),按照觀測順序,自動尋找目標(biāo),得出目標(biāo)點精確坐標(biāo)。
數(shù)據(jù)處理模塊:本期數(shù)據(jù)采集完成后,即可進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的平差處理,得出監(jiān)測點的監(jiān)測成果,并輸出工作報表,實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化,節(jié)省了人力資源,提高了工作效率。并根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中之前的監(jiān)測數(shù)據(jù),進行對比分析,輸出成果表和變化趨勢圖等。
為確定系統(tǒng)的變形參照基準(zhǔn),需在影響范圍之外,布設(shè)四個基準(zhǔn)點?;鶞?zhǔn)點埋設(shè)穩(wěn)固,保證整個監(jiān)測過程中不受破壞,基準(zhǔn)點為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定不動的參照系。基站網(wǎng)點采用獨立坐標(biāo)系統(tǒng),建立與隧道平行的坐標(biāo)系統(tǒng),X 坐標(biāo)正值為沿平行于隧道往百花嶺站方向,Y 坐標(biāo)正值為垂直于X 坐標(biāo)往東,Z坐標(biāo)正值為豎直方向向上。
圖2 監(jiān)測斷面上監(jiān)測點布設(shè)圖
圖3 百花嶺站自動化監(jiān)測平面布點圖
變形監(jiān)測點布設(shè)根據(jù)現(xiàn)場實際情況,結(jié)合施工對一號線的影響情況進行布設(shè),在一號線百花嶺站(ZSK28+471.413~ZSK28+510.348 段)左線約40m 范圍內(nèi),共布設(shè)4 個監(jiān)測斷面,在影響較小的兩端各延伸布設(shè)1 個監(jiān)測斷面,即監(jiān)測斷面布設(shè)的地鐵里程范圍為ZSK28+461.413~ZSK28+520.348,按照10m的間距設(shè)置監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測斷面布設(shè)5 個監(jiān)測點,在地鐵軌道中心線兩側(cè)道床上各布設(shè)1 個沉降監(jiān)測點,監(jiān)測道床幾何狀態(tài)。在隧道頂部布設(shè)1 個沉降監(jiān)測點,監(jiān)測隧道變化情況。在地鐵站側(cè)墻和站臺板下各布設(shè)1 個水平位移監(jiān)測點,監(jiān)測其是否發(fā)生位移。監(jiān)測斷面上點位布設(shè)位置見圖2。百花嶺站自動化監(jiān)測平面布點圖見圖3。
實時監(jiān)測數(shù)據(jù)首先進行基準(zhǔn)網(wǎng)平差計算?;鶞?zhǔn)網(wǎng)是由監(jiān)測工作站和4 個基準(zhǔn)點組成的邊角交會網(wǎng)。獲得基準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)的傾斜距離、水平角和垂直角觀測數(shù)據(jù),對基準(zhǔn)網(wǎng)進行平差計算,為監(jiān)測點的計算提供基準(zhǔn)。監(jiān)測點的三維坐標(biāo)與上個周期監(jiān)測結(jié)果的差值,即為該點的相對位移量;與起始坐標(biāo)的差值,即為該點的累計位移量。
為了確保自動化監(jiān)測成果準(zhǔn)確、可靠,應(yīng)該定期進行人工復(fù)核,在車站影響范圍的自動化監(jiān)測斷面處ZSK28+475、ZSK28+485、ZSK28+495、ZSK28+50布設(shè)4個道床人工監(jiān)測點,人工復(fù)核監(jiān)測頻率為15 天每次。
利用自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)對既有地鐵線進行監(jiān)測,具有測量精度高、更新速度快、運行成本低,全天候作業(yè)等優(yōu)點,克服了傳統(tǒng)測量方法的缺點,為既有地鐵線兩側(cè)基坑開挖提供了實時、高精度的測量數(shù)據(jù),是同類工程的最佳選擇。