陳 昊

（中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

近接既有線的新建地下軌道交通工程及大型市政工程、工民建基坑工程的施工可能使地鐵結(jié)構(gòu)及軌道產(chǎn)生位移變形，從而可能對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響。雨季期某晚暴雨后，南方某市地鐵新建路線區(qū)間（下穿既有線）地質(zhì)突變，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)所在斷面上方路面發(fā)生塌陷，既有線盾構(gòu)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕微拉裂破損，既有隧道原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)位置道床下沉4～15 mm。既有線當(dāng)天停止運(yùn)營(yíng)，業(yè)主、施工單位、監(jiān)測(cè)單位馬上組織搶險(xiǎn)，確定不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案，并由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)注漿搶險(xiǎn)施工。

1 對(duì)既有隧道監(jiān)測(cè)及指導(dǎo)搶險(xiǎn)的方案及實(shí)施

監(jiān)測(cè)方案主要技術(shù)要點(diǎn)如下：

1.1 儀器的布設(shè)和監(jiān)測(cè)頻率

因下穿既有線新建地鐵施工，既有隧道洞內(nèi)原已安置萊卡TS30 測(cè)量機(jī)器人2 臺(tái)（上行線和下行線各一臺(tái)），并以每4 小時(shí)1 次的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在地質(zhì)突變險(xiǎn)情發(fā)生后，監(jiān)測(cè)頻率提高到每小時(shí)1 次，對(duì)變形區(qū)20 個(gè)斷面（斷面間隔距離5 m）進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)。每個(gè)斷面左右兩側(cè)設(shè)置一對(duì)棱鏡（高度在考慮通視情況下盡量維持一致，兼具監(jiān)測(cè)盾構(gòu)左右方向位移和收斂的作用），道床設(shè)置一對(duì)棱鏡（監(jiān)測(cè)道床沉降），一個(gè)掃描循環(huán)時(shí)間約40 min。每小時(shí)觀測(cè)一個(gè)循環(huán)并24 h×7 不間斷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到萊卡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，自動(dòng)處理數(shù)據(jù)并作篩選分析，形成表格+圖文報(bào)告發(fā)送。既有隧道斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 既有隧道斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

1.2 使用絕對(duì)坐標(biāo)系

原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用相對(duì)坐標(biāo)系，僅能體現(xiàn)管片位移變化，而不能體現(xiàn)監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)地位置，故搶險(xiǎn)監(jiān)測(cè)中改為采用絕對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行施測(cè)。平面控制網(wǎng)從車站軌道道床引出（使用竣工時(shí)布設(shè)的軌行區(qū)中軸線控制點(diǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)誤差符合規(guī)范要求）引入洞內(nèi)并遠(yuǎn)離變形區(qū)的較穩(wěn)定位置布設(shè)4 個(gè)后視控制點(diǎn)（3 個(gè)作為后方交會(huì)后視控制，1 個(gè)備用），測(cè)量機(jī)器人使用后方交會(huì)方法定向，隨時(shí)修正測(cè)量機(jī)器人所在平面位置坐標(biāo)。使用絕對(duì)坐標(biāo)的意義如下：

（1）確定既有線監(jiān)測(cè)斷面所在實(shí)地位置（以及既有線里程標(biāo)號(hào)），與新建地鐵施工路線環(huán)號(hào)、加固注漿孔位置重合在一張圖紙上，對(duì)施工工況解讀、注漿搶險(xiǎn)施工具有重大指導(dǎo)作用。

（2）通過設(shè)計(jì)院調(diào)用既有路線竣工圖，讀取其區(qū)間平曲線、豎曲線要素，輸入隧道斷面測(cè)量分析軟件。將首次觀測(cè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入隧道斷面測(cè)量分析軟件，自動(dòng)計(jì)算出盾構(gòu)管片與隧道中線的偏距，得到偏距初始值，后續(xù)對(duì)比每次觀測(cè)的偏距可以得知管片的位移量和方向。如既有線上行線往大里程方向，右側(cè)管片偏距變小表示往左方向移動(dòng)。如圖2 所示，可以馬上得到的數(shù)據(jù)評(píng)估如下：①通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算所在既有線的里程樁號(hào)；②通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算偏離中線值，即可換算盾構(gòu)管片的位移和收斂值；③圖形評(píng)估，斷面現(xiàn)狀和竣工斷面的偏差。

圖2 斷面測(cè)量分析軟件界面

綜上所述，使用絕對(duì)坐標(biāo)系，對(duì)施工指導(dǎo)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理具有雙重意義。

通過當(dāng)晚實(shí)時(shí)報(bào)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析圖文，既有線關(guān)鍵部位，即里程K28+355 處道床顯示最大隆起4 mm，里程K28+325～K28+375 的50 m 影響范圍內(nèi)隆起0～1 mm，表明注漿加固有效，并根據(jù)道床隆起速率指導(dǎo)控制注漿速度。至次日凌晨4 點(diǎn)，數(shù)據(jù)顯示既有隧道管片位移趨于穩(wěn)定，遂恢復(fù)通車運(yùn)營(yíng)。地鐵2號(hào)線下行線道床豎向位移時(shí)態(tài)曲線如圖3 所示，地鐵2 號(hào)線下行線道床沉降速率時(shí)態(tài)曲線如圖4 所示。

圖3 下行線道床豎向位移時(shí)態(tài)曲線

圖4 下行線道床沉降速率時(shí)態(tài)曲線

2 后續(xù)施工指導(dǎo)作用

既有線通車運(yùn)營(yíng)后，施工單位持續(xù)對(duì)地質(zhì)突變影響范圍以及盾構(gòu)即將推進(jìn)的范圍注漿，時(shí)間約1 個(gè)月。機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)持續(xù)以高頻率實(shí)時(shí)報(bào)送數(shù)據(jù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和注漿施工孔位置圖，在晚間指導(dǎo)注漿施工。整個(gè)注漿施工過程，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示既有隧道結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

（1）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、快速的優(yōu)點(diǎn)，真正意義上的24 h×7 連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？梢远滔?、電郵發(fā)送報(bào)警信息。全過程自動(dòng)化管理，無需用戶現(xiàn)場(chǎng)操作，特別是在搶險(xiǎn)時(shí)可免除人身安全風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)對(duì)各種傳感器接口豐富，不僅僅可以連接測(cè)量機(jī)器人，也可以連接GPS、傾斜儀等傳感器。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖5 所示。

圖5 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

（2）采用絕對(duì)坐標(biāo)系對(duì)注漿搶險(xiǎn)施工具有指導(dǎo)意義。使監(jiān)測(cè)斷面位置與注漿孔位置結(jié)合，即使是因?yàn)檫h(yuǎn)距離導(dǎo)線（一般情況下地鐵區(qū)間長(zhǎng)度約2 km，從任一端車站出發(fā)至區(qū)間中心點(diǎn)，總長(zhǎng)即1 km）傳導(dǎo)坐標(biāo)引起誤差，使測(cè)量機(jī)器人的點(diǎn)位坐標(biāo)與絕對(duì)坐標(biāo)的較差達(dá)到0～10 mm，對(duì)注漿施工而言，這個(gè)級(jí)別的誤差在可接受范圍。

（3）測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)功能普遍單一，具備報(bào)送三維坐標(biāo)X、Y、Z 變量、速率、累計(jì)變量、預(yù)報(bào)警等功能，但無針對(duì)隧道管片位移的分析功能。隧道斷面分析軟件功能完善，也可以與全站儀連接實(shí)施測(cè)量控制，但缺少與監(jiān)測(cè)平臺(tái)接口的模塊。因此，對(duì)測(cè)量機(jī)器人軟件平臺(tái)的后續(xù)開發(fā)中可以考慮加入隧道斷面計(jì)算分析模塊，將隧道分析測(cè)量軟件與平臺(tái)結(jié)合起來，且加入斷面形狀圖形分析功能，增強(qiáng)指導(dǎo)性。