周文斌

武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 432400

近年來(lái)，隨著我國(guó)地下交通蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的城市開(kāi)始興建地鐵線路。在為人們出行帶來(lái)便利的同時(shí)，由于地鐵路線多位于人群聚集地，地面建筑物多而復(fù)雜，導(dǎo)致隧道在施工的同時(shí)必須控制其對(duì)周圍建筑物的影響。盾構(gòu)法擁有掘進(jìn)速度快、安全系數(shù)高、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，但在施工過(guò)程中較易引起周邊土體卸荷導(dǎo)致地面沉降變形，進(jìn)而影響地表建筑。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)煩瑣，無(wú)法全面覆蓋地鐵修建與運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程，工作量相對(duì)較大易出錯(cuò)，無(wú)法滿足對(duì)周圍建筑物影響的監(jiān)測(cè)要求，隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。

目前，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)較多的地鐵工程都進(jìn)行了地表構(gòu)筑物的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。崔天麟等[1]結(jié)合北京地鐵5號(hào)線工程實(shí)際，詳細(xì)敘述了各種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供了導(dǎo)向作用；韓易[2]通過(guò)工程實(shí)例分析證明了遠(yuǎn)程通信技術(shù)在地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用的準(zhǔn)確性；基于北京地鐵8號(hào)線二期工程下穿某既有線路基的工程，張建坤等[3-4]利用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)路基沉降進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并對(duì)在安裝、使用過(guò)程中的影響靜力水準(zhǔn)測(cè)量精度的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討；劉銀偉[5]以天津地鐵為背景，研究了盾構(gòu)施工穿越既有鐵路時(shí)所引起的地表沉降、深層土體位移以及應(yīng)力分布規(guī)律；楊帆等[6]以深圳地鐵2號(hào)線下穿地鐵1號(hào)線為工程實(shí)例，介紹了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的實(shí)施要點(diǎn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。李明[7]介紹了兩種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用在天津地鐵3號(hào)線金獅橋站—天津站站盾構(gòu)穿越京津城際鐵路工程中；謝春光等[8]通過(guò)分析、監(jiān)測(cè)地鐵盾構(gòu)下穿摩天輪工程，利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段保證摩天輪在盾構(gòu)過(guò)程中的穩(wěn)定與安全性。

文章以武漢市5號(hào)地鐵線武鋼站—王青公路站區(qū)間下穿鐵塔為監(jiān)測(cè)對(duì)象，簡(jiǎn)單地介紹了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成與運(yùn)行，并通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析表明了該系統(tǒng)的實(shí)用性及有效性。

1 工程概況

武鋼站—王青公路站區(qū)間經(jīng)由友誼大道與冶金大道交叉口，沿著陳家灣、李家灣、肖家灣和廠前自建三村方向敷設(shè)后直至團(tuán)結(jié)大道，區(qū)間線為12.4～14.2m，覆土厚度為6.4～18.16m，采用盾構(gòu)法施工；區(qū)間下穿大量1～4層房屋、人工構(gòu)筑物（人防工程）及道路下方淺埋管線。左線全長(zhǎng)1226.730m，右線全長(zhǎng)1194.526m。區(qū)間線間距為12.4～14.2m，線路平面最小曲線半徑為415m，最大縱坡為8.501‰。武鋼站—王青公路站區(qū)間側(cè)穿110kV廠高線8#鐵塔，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土，基礎(chǔ)形式為鉆孔灌注樁（直徑為1.8m、長(zhǎng)度為14m），隧道左線側(cè)穿該基礎(chǔ)，水平凈距740mm。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)武鋼站—王青公路站區(qū)間的工程概況，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所需達(dá)到的目的如下：（1）以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，掌握周邊構(gòu)筑物與圍巖的位移規(guī)律，以此反饋盾構(gòu)掘進(jìn)的施工參數(shù)；（2）通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，了解周邊地表構(gòu)筑物對(duì)盾構(gòu)施工的響應(yīng)，以保證施工安全及周邊建筑物的安全；（3）了解施工過(guò)程中地表構(gòu)筑物不同位置的垂直變位與傾斜情況；（4）實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化施工監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果用于反饋設(shè)計(jì)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)施工提供信息指導(dǎo)。

2.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象等級(jí)劃分

《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013）[9]中監(jiān)測(cè)對(duì)象的相關(guān)規(guī)定如表1～表3所示。

武鋼站—王青公路站區(qū)間隧道直徑約6m，強(qiáng)烈影響區(qū)（A）隧道直徑為6m，顯著影響區(qū)（B）隧道直徑為12m，一般影響區(qū)（C）隧道直徑為18m；盾構(gòu)隧道與鐵塔最近距離僅0.75m，最遠(yuǎn)距離為1.5m，接近程度為非常接近；通過(guò)表1～表3分析可得，盾構(gòu)施工對(duì)鐵塔的影響等級(jí)為特級(jí)，監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。

表1 盾構(gòu)法隧道工程影響區(qū)

表2 接近程度判定標(biāo)準(zhǔn)

表3 外部作業(yè)影響等級(jí)的劃分

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目包括建筑物豎向位移與建筑物傾斜度。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔布置于鐵塔混凝土基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)相距1.8m，共3個(gè)，命名為SGC1～SGC3；傾斜度監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置于鐵塔中部?jī)蓚?cè)，與隧道斷面平行的，兩側(cè)各布置1個(gè)，命名為SGQ1、SGQ2。

2.3 設(shè)備安裝

（1）豎向位移監(jiān)測(cè)。此次豎向位移使用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝鐵塔混凝土基礎(chǔ)上，環(huán)狀布置。①將傳感器ID地址記錄于PC機(jī)軟件中，并進(jìn)行10min的聯(lián)機(jī)測(cè)試，注意安裝時(shí)傳感器的ID編號(hào)的順序及測(cè)點(diǎn)位置。②測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)儀采用膨脹螺栓固定于鐵塔混凝土基礎(chǔ)上，利用液體連通管、氣壓平衡管串聯(lián)至3個(gè)測(cè)點(diǎn)傳感器，并和基點(diǎn)、儲(chǔ)液罐聯(lián)通，同時(shí)液體接口處螺絲鎖死固定，要求無(wú)漏液。③液體的添加。采用硅油注入儲(chǔ)液罐和液體連通管。添加液體時(shí)，控制氣泡。④采集儀的GPRS設(shè)置。GPRS一般選擇固定IP，比較穩(wěn)定可靠。采集模塊內(nèi)置GPRS模塊及433自組網(wǎng)模塊，兩者之間可通過(guò)硬件進(jìn)行選擇，如選擇GPRS所使用的SIM卡一般為中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)開(kāi)通流量包月功能，傳感器的字節(jié)數(shù)為13字節(jié)，可根據(jù)自己的采集頻率計(jì)算流量大小。使用時(shí)只需要打開(kāi)采集儀插入SIM卡即可使用、但需要接收數(shù)據(jù)段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置及數(shù)據(jù)導(dǎo)航指向固定計(jì)算機(jī)方可將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)。⑤軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的安裝采用一鍵安裝，安裝時(shí)確定要安裝路徑下一步執(zhí)行直到提示安裝完成即可。軟件內(nèi)還需要設(shè)置測(cè)點(diǎn)和基點(diǎn)選項(xiàng)。有線采集需要設(shè)置端口和計(jì)算機(jī)端口一致，方可正常使用。該項(xiàng)目采用的HC-D300液壓式靜力水準(zhǔn)儀的傳感器精度為0.2mm，系統(tǒng)誤差為±0.3mm，滿足相關(guān)要求。

（2）傾斜度監(jiān)測(cè)。工程采用HC-B200智能傾角儀進(jìn)行傾斜度監(jiān)測(cè)。HC-B200智能傾角儀內(nèi)置ADI公司的高精度數(shù)字傳感器，具有高靈敏度、高抗性的特點(diǎn)，適合于各種環(huán)境。采用201不銹鋼安裝底板直接固定在鐵塔中部，安裝時(shí)確保傳感器水平安裝誤差滿足相關(guān)要求，安裝完成后進(jìn)行傳感器處讀數(shù)，連續(xù)3次偏差不大于0.01視為傳感器讀數(shù)正常。通過(guò)M600數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)基于4G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)。傾角變化測(cè)量按照以下計(jì)算：

式中：G為儀器系數(shù)，由率定表給出；R1為當(dāng)前讀數(shù)；R0為初始讀數(shù)。

2.4 信息反饋系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通過(guò)采集之后，經(jīng)過(guò)軟件和監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，當(dāng)出現(xiàn)異常情況通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、短信自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信息。日常監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中，各方可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)或手機(jī)APP進(jìn)行查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。正常情況下的信息反饋包括日?qǐng)?bào)、周報(bào)及月報(bào)。日?qǐng)?bào)監(jiān)測(cè)當(dāng)日通過(guò)電子郵件或書面形式報(bào)送監(jiān)理單位、總包單位、業(yè)主方。周報(bào)每周星期一以書面形式提交監(jiān)理單位、業(yè)主方。月報(bào)每月1號(hào)以書面形式提交監(jiān)理單位、業(yè)主方。當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值時(shí)，將預(yù)警情況向施工單位進(jìn)行報(bào)告，并配合施工單位進(jìn)行預(yù)警情況的匯報(bào)。RocMoS-Cloud可提供界面友好的數(shù)據(jù)可視化分析，凸顯自動(dòng)化實(shí)時(shí)化監(jiān)測(cè)的成果，為決策提供實(shí)時(shí)、直觀、豐富的數(shù)據(jù)分析。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，可客觀完整地反映出地鐵隧道施工過(guò)程中鐵塔所受影響。建筑物沉降監(jiān)測(cè)變化圖如圖2所示，建筑物傾斜度監(jiān)測(cè)變化如圖3所示。

圖2 建筑物沉降監(jiān)測(cè)變化圖

圖3 建筑物傾斜度監(jiān)測(cè)變化

由圖2可知，該建筑物在施工前期沉降形變量較大，隨著工程的實(shí)施，盾構(gòu)穿越后，支護(hù)逐步穩(wěn)定，每日即時(shí)形變最大量及每日累計(jì)形變最大量都開(kāi)始趨于穩(wěn)定，表明在施工過(guò)程前期，盾構(gòu)施工對(duì)鐵塔的擾動(dòng)較大，累計(jì)變形量波動(dòng)較大，巖土受施工擾動(dòng)較強(qiáng)烈；后期數(shù)據(jù)趨于平緩，盾構(gòu)施工影響減弱，同時(shí)該建筑物沉降量均小于3mm，完全處于控制值內(nèi)，日變化速率較小，且后期累計(jì)沉降量趨于穩(wěn)定。

由圖3可知，該建筑物在施工工程中即時(shí)傾斜度變化量最大可達(dá)0.0004，與豎向變形量變化相一致。在施工過(guò)程中，該建筑物傾斜度每日累計(jì)變化量均小于0.0001，整體波動(dòng)不大，表明盾構(gòu)施工中，對(duì)鐵塔的傾斜影響相對(duì)較小，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降形變值變化規(guī)律相一致且差別不大，進(jìn)一步從側(cè)面證明了這一觀點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)可以較好地反映盾構(gòu)下穿過(guò)程中鐵塔位移變化規(guī)律，在施工過(guò)程中，鐵塔最大沉降值為2.5mm，3個(gè)沉降點(diǎn)變化規(guī)律一致且相差較小。該建筑物傾斜度每日累計(jì)變化量均小于0.0001，整體波動(dòng)不大，結(jié)合沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果可知盾構(gòu)施工對(duì)鐵塔的傾斜影響相對(duì)較小。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性、完整性，并有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，為安全施工提供技術(shù)參數(shù)，該套系統(tǒng)的有效實(shí)施為類似工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。