陳德春 段偉 肖文龍

地鐵是在城市中加快交通便利、緩解城市擁堵的重要公共交通，為人民帶來(lái)便利的同時(shí)，其安全運(yùn)行是保障人民幸福生活的重要目標(biāo)之一。全國(guó)各大城市地鐵系統(tǒng)也在極速發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)地鐵沿線房建項(xiàng)目的興盛，對(duì)地鐵沿線工程建設(shè)做好既有地鐵隧道安全監(jiān)測(cè)是保證其正常運(yùn)行的必要手段，也是保障公共安全的重要環(huán)節(jié)。本文主要論述自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在城內(nèi)建設(shè)工程對(duì)周邊地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，主要從自動(dòng)化監(jiān)測(cè)智能性、安全性等方面進(jìn)行總結(jié)，對(duì)未來(lái)運(yùn)行地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)提供參考。

一、地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

地鐵隧道監(jiān)測(cè)環(huán)境陰暗潮濕、場(chǎng)地狹長(zhǎng)、地鐵內(nèi)各種帶電設(shè)備復(fù)雜，現(xiàn)階段，采取人工監(jiān)測(cè)方式在既有地鐵隧道變形檢測(cè)中缺點(diǎn)較為明顯，主要表現(xiàn)為效率較低、可利用監(jiān)測(cè)時(shí)間短、精確度不足、觀測(cè)頻率低、監(jiān)測(cè)環(huán)境危險(xiǎn)性高及人工成本高等方面。因此自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)利用互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)既有地鐵隧道變形情況，既可以解決人工監(jiān)測(cè)弊端，又可以大幅提高監(jiān)測(cè)效率與精度，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)掌握隧道即時(shí)水平位移、垂直位移、斷面變形、收斂變形等方面的基本信息。在隧道中布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用監(jiān)測(cè)機(jī)器人可長(zhǎng)期、持續(xù)性地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

二、項(xiàng)目概況

華潤(rùn)置地·武漢華潤(rùn)萬(wàn)象城項(xiàng)目包括1 棟3 8 層（171.0m，建筑面積96400m2）超高層寫字樓、4棟49～58層（164.7～193.1m，建筑面積132000m2）超高層住宅樓、1座7層（34.6～53.0m，建筑面積154000m2）大型商業(yè)綜合體（局部8層）、一座2層商業(yè)街（建筑面積15000m2）及1個(gè)4層整體地下室（建筑面積243000m2）。

基坑開(kāi)挖面積約為6 3 4 2 8 m2，周長(zhǎng)1 0 7 6 m，普挖坑底標(biāo)高-1 9.6 0 0 ～2 2.1 0 0 m，基坑普挖深度-19.600～21.100m，局部塔樓區(qū)域坑中坑深度0.500～1.500m?；?xùn)|側(cè)為長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)南路，南側(cè)為臺(tái)北二路，西側(cè)為臺(tái)北路，北側(cè)為建設(shè)大道（武漢地鐵7號(hào)線）?；又車鷮?duì)應(yīng)DKO+160.600-DKO+516.600區(qū)間隧道?；訁^(qū)域鳥(niǎo)瞰圖如圖1，地鐵隧道與基坑位置關(guān)系如圖2：

圖1 基坑區(qū)域鳥(niǎo)瞰圖

圖2 地鐵隧道與基坑位置關(guān)系

地鐵管底標(biāo)高-19m，管頂標(biāo)高-13m，其埋深處于第三道支撐以下第四層土方，右線離基坑最短水平距離為17.5m。

三、監(jiān)測(cè)方案及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

1.儀器與系統(tǒng)

為提高對(duì)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確性，經(jīng)過(guò)充分討論及多次實(shí)地勘探，鑒于本次基坑工程周邊環(huán)境復(fù)雜，地鐵隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)范圍大、測(cè)點(diǎn)多，本次地鐵監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，人工監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)方式。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為徠卡精密測(cè)量機(jī)器人TM50+GeoMoS自動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)。

2.監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置與儀器點(diǎn)位學(xué)習(xí)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及行業(yè)內(nèi)專家意見(jiàn)本次監(jiān)測(cè)斷面間距：右線隧道中每6米設(shè)立一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，延伸區(qū)每10米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。右線隧道共布設(shè)65個(gè)斷面；左線隧道中每9米設(shè)立一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，延伸區(qū)每20米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；左線隧道共布設(shè)45個(gè)斷面。斷面設(shè)點(diǎn)圖如圖3，地鐵隧道監(jiān)測(cè)斷面布置圖如圖4：

圖3 斷面設(shè)點(diǎn)圖

圖4 地鐵隧道監(jiān)測(cè)斷面布置圖

為充分發(fā)揮徠卡MT50監(jiān)測(cè)機(jī)器人自動(dòng)監(jiān)測(cè)效率及經(jīng)濟(jì)效益，本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)每條隧道線選用3臺(tái)MT50監(jiān)測(cè)機(jī)器人形成監(jiān)測(cè)網(wǎng)在長(zhǎng)450米直徑5.5米的曲線隧道內(nèi)對(duì)325個(gè)隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，點(diǎn)位布設(shè)過(guò)程中對(duì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人易出現(xiàn)自動(dòng)尋點(diǎn)異常的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行精確定位，并通過(guò)計(jì)算尋點(diǎn)角度范圍，確保自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集率達(dá)到百分之百。監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維建模圖如圖5，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)拍圖如圖6：

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維建模圖

圖6 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)拍圖

3.基準(zhǔn)站的安裝

安裝時(shí)應(yīng)保證穩(wěn)定性和考慮位置選擇的合理性。在隧道壁上按一定尺寸鉆孔，打入膨脹螺絲，安裝固定儀器支座（具有足夠的荷載、保證儀器安全并滿足設(shè)備限界要求）。數(shù)據(jù)通訊等附屬設(shè)備安裝在儀器固定支座或其附近。

4.感應(yīng)傳感器的布設(shè)

在擬監(jiān)測(cè)區(qū)來(lái)車方向前約100米處可設(shè)置一組傳感器（傳感器的具體位置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定），即當(dāng)?shù)罔F列車車頭到達(dá)傳感器時(shí)，感應(yīng)傳感器通過(guò)計(jì)算機(jī)給測(cè)量機(jī)器人一個(gè)暫停工作t秒的信號(hào)，以解決地鐵列車運(yùn)行時(shí)遮擋引起的不通視以及列車運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、強(qiáng)氣流引起的觀測(cè)值不穩(wěn)定的問(wèn)題。

5.數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)反饋

自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)總控、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理等部分組成，構(gòu)成如圖7：

圖7 自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊模式分為：遠(yuǎn)程遙控預(yù)案和緊急通訊預(yù)案。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)具體通訊模型如圖8：

圖8 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)

如果隧道監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定警戒值，系統(tǒng)將通過(guò)電腦報(bào)警，緊急通訊系統(tǒng)具體通訊模型如圖9：

圖9 緊急通訊系統(tǒng)

四、地鐵隧道變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成果

當(dāng)基坑臨近地鐵隧道區(qū)域土方施工至第三層支撐以下，基坑施工深度約13～15米，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，信號(hào)反應(yīng)部分管片位移數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘探與巡視，挖深區(qū)域輻射管片出現(xiàn)拼縫滲水、后澆筑道床與管片間產(chǎn)生離縫。經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)的收集、整理、匯總，選擇了臨近基坑挖深區(qū)域變形較大管片水平位移變形數(shù)據(jù)源、沉降變形數(shù)據(jù)、管片收斂變形數(shù)據(jù)；非臨近基坑挖深區(qū)域變形較大管片水平位移變形數(shù)據(jù)源、沉降變形數(shù)據(jù)、管片收斂變形數(shù)據(jù)；深挖基坑輻射區(qū)變形較大點(diǎn)同區(qū)同段去向隧道變形數(shù)據(jù)；深挖區(qū)基坑地連墻深層水平位移變形數(shù)據(jù)；臨近地鐵側(cè)基坑冠梁水平位移變形數(shù)據(jù)；基坑內(nèi)降水井水位數(shù)據(jù)；基坑外觀測(cè)井水位數(shù)據(jù)。通過(guò)將所采集數(shù)據(jù)編制時(shí)間-累計(jì)變形量曲線圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)變化對(duì)比發(fā)現(xiàn)：基坑土方施工期間，基坑地連墻及圍護(hù)體系變形量均保持在較為安全的范圍內(nèi)，基坑所采用的1m厚地連墻+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)體系在開(kāi)挖施工中是相對(duì)可靠的；反觀基坑降水情況，雖然基坑外側(cè)采用三軸攪拌樁止水，內(nèi)側(cè)采用三軸攪拌樁對(duì)地連墻槽壁加固，但是當(dāng)基坑內(nèi)降水深度達(dá)到17m左右，基坑外水位也隨之下降至13m～14m，降幅達(dá)3m～4m，此處高程正好對(duì)應(yīng)地鐵隧道所在高程，以此可見(jiàn)，基坑降水對(duì)坑外水位的擾動(dòng)也正是影響地鐵隧道穩(wěn)定的主要因素。

基坑在開(kāi)挖期間自身的穩(wěn)定是極其重要的，這一點(diǎn)在施工各階段的投入均有體現(xiàn)?；拥慕邓?、排水、截水在基坑施工中同樣會(huì)得到重視，但是基坑外地下水位的情況會(huì)受到季節(jié)、地質(zhì)情況、截水帷幕質(zhì)量、基坑降、排水量等綜合因素的影響，無(wú)法非常有針對(duì)性地通過(guò)坑外地下水位的變化確定基坑施工對(duì)輻射區(qū)域的既有建筑及設(shè)施的具體影響。因此基坑施工期間，即使基坑支撐圍護(hù)體系相當(dāng)可靠，也絕不可掉以輕心，基坑施工期間降水作業(yè)是個(gè)周期很漫長(zhǎng)的過(guò)程，此過(guò)程對(duì)基坑外地下水的影響也必然是持續(xù)的，當(dāng)收到基坑本身穩(wěn)定信號(hào)時(shí)，基坑外水位逐漸受影響、持續(xù)產(chǎn)生變化的情況容易讓現(xiàn)場(chǎng)人員忽視。軟件反饋環(huán)片變形曲線如圖10：

圖10 軟件反饋環(huán)片變形曲線

基坑地連墻深層水平位移曲線如圖11，管片受影響情況實(shí)拍圖如圖12：

圖11 基坑地連墻深層水平位移曲線

圖12 管片受影響情況實(shí)拍圖

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在既有地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)發(fā)揮著重要作用，主要體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：

1.高精度的測(cè)量機(jī)器人是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的精度保障，GeoMoS數(shù)據(jù)采集功能是智能優(yōu)化反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要手段。

2.監(jiān)測(cè)通過(guò)在兩頓基準(zhǔn)點(diǎn)不通視的狹長(zhǎng)隧道內(nèi)布設(shè)搭接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)向測(cè)站點(diǎn)的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)間段對(duì)到結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)。

3.自動(dòng)監(jiān)測(cè)在時(shí)間、安全和成本方面改變了傳統(tǒng)被動(dòng)人工作業(yè)模式，地鐵運(yùn)行期間也可進(jìn)行監(jiān)控，突破傳統(tǒng)模式監(jiān)測(cè)利用時(shí)間限制，降低監(jiān)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)和成本，有效提高數(shù)據(jù)處理和反饋效率。