丁高偉，許 鋒，王艷華

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300308）

隨著城市建設(shè)不斷加快，鄰近運營鐵路隧道的施工越來越多，不可避免對運營鐵路隧道造成一定影響；鐵路隧道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，周邊施工極易對其產(chǎn)生影響，如果不能全天候進行監(jiān)控量測很難及時預(yù)警，而隧道一旦發(fā)生大的坍塌事故將會造成巨大災(zāi)難和社會影響[1]，傳統(tǒng)的人工測量已不適用運營鐵路隧道的監(jiān)測，自動化實時監(jiān)測技術(shù)逐步被使用。

本文以東莞市廣惠城際鐵路隧道臨近管廊施工為例，介紹了鐵路隧道工程自動化實時監(jiān)測技術(shù)。

1 工程概況

某管廊工程與廣惠城際鐵路隧道并行，基坑最深12.55 m，放坡開挖，工程結(jié)構(gòu)部分位于隧道正上方。基坑與隧道結(jié)構(gòu)外緣的最大水平凈距為4.74 m，基坑底部標高位于鐵路隧道頂上方9～13 m。鐵路隧道部分位于1.5倍基坑開挖深度影響區(qū)域內(nèi)，長度195.320 m。見圖1。

圖1 工程與城際鐵路平面關(guān)系

2 自動化監(jiān)測的實施

2.1 監(jiān)測項目及控制值

根據(jù)設(shè)計、咨詢、業(yè)主及鐵路部門的相關(guān)要求并結(jié)合現(xiàn)場條件，綜合制定自動化實時監(jiān)測精度及控制值[2]。見表1。

表1 自動化監(jiān)測要求mm

2.2 監(jiān)測點布設(shè)

隧道結(jié)構(gòu)豎向和水平位移及洞內(nèi)收斂變形監(jiān)測需沿左右拱腰位置布置棱鏡,主要影響范圍5 m左右一個監(jiān)測斷面，次要影響范圍10 m左右一個監(jiān)測斷面，共設(shè)置44個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布置5個監(jiān)測點。

自動化監(jiān)測點采用以棱鏡為主的元器件。布點時首先在隧道內(nèi)壁上鉆孔，孔深約8 cm，孔徑約1.6 cm，每個觀測點棱鏡用兩個化學(xué)錨栓及植筋膠錨固于隧道內(nèi)壁上并用兩個螺帽進行加固；由于高鐵運營速度較快，在活塞效應(yīng)作用下，為保證監(jiān)測點的穩(wěn)定性，避免監(jiān)測點脫落帶來災(zāi)難性事故，觀測點棱鏡通過化學(xué)錨栓與L形支架連接。見圖2。

圖2 監(jiān)測點布設(shè)

采用徠卡智能全站儀TS60進行觀測。見圖3。

圖3 全站儀安裝平面

2.3 測站設(shè)置方法

本項目共設(shè)置2座測站。由于隧道內(nèi)條件復(fù)雜，為保證通視，隧道內(nèi)測站采用定制的全站儀鋼支架。為避免隧道內(nèi)監(jiān)測基站、采集控制箱安裝完成后在洞內(nèi)風(fēng)壓的影響下倒向鐵路軌道一側(cè)，在相應(yīng)的設(shè)備上方邊墻位置鉆打6顆?12 mm化學(xué)錨栓，使用鋼絲連接設(shè)備與化學(xué)錨栓，相應(yīng)的測站同步布置于隧道壁上并將全站儀底座通過強制對中盤固定在測站支架上。見圖4。

圖4 測站布設(shè)點位

2.4 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

采用測量機器人自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行變形監(jiān)測，具有自動測量、處理、發(fā)送、預(yù)警、控制等功能。每個測量周期完成后，系統(tǒng)自動上傳測量成果，如果出現(xiàn)需要報警的情況，上傳的數(shù)據(jù)通過云端服務(wù)期設(shè)置的報警值自動預(yù)警并發(fā)送各方，另外此系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)實時對比等智能化功能[3]，可一目了然觀看實時變形趨勢。

當這種錦鯉情結(jié)與企業(yè)營銷相掛鉤，即企業(yè)官方社交媒體(以新浪微博和騰訊微信為主)以“話題+福利”方式發(fā)布相關(guān)訊息，人們隨之進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)與評論，錦鯉式營銷便形成了。這種錦鯉式營銷利用了社交媒體平臺的傳播渠道，傳播速度快，覆蓋范圍廣。

現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備及監(jiān)測點位安裝調(diào)試后，將采集好的初始值發(fā)送到全站儀并設(shè)置好觀測間隔時間，全站儀通過網(wǎng)絡(luò)接收命令自動觀測現(xiàn)場埋設(shè)的棱鏡，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過全站儀自動處理后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到對應(yīng)計算機系統(tǒng)，經(jīng)過計算機監(jiān)測成果分析系統(tǒng)復(fù)核無誤后，直接把最終成果推送各參建單位，如有預(yù)警或異常情況，計算機會通過短信方式發(fā)送各方，避免了人為操作，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。見圖5。

圖5 系統(tǒng)自動流程運轉(zhuǎn)

2.5 監(jiān)測方法

1）觀測采用的徠卡TS60全站儀具有目標自動識別與馬達驅(qū)動、自動精瞄固定棱鏡及自動跟蹤移動目標功能，測量更迅速便利，即使在弱光或惡劣的觀測環(huán)境下也能正常工作。儀器自動記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過無線傳輸發(fā)送至遠程服務(wù)器，通過遠程服務(wù)器進行遠程計算機自動平差，避免人為誤差，平差后的監(jiān)測數(shù)據(jù)由服務(wù)器發(fā)送到監(jiān)測成果分析系統(tǒng)中，系統(tǒng)進行報表的自動生成、分析以及發(fā)送工作[4]。

2）現(xiàn)場觀測時，儀器測站先與影響區(qū)外的控制點進行連測取得坐標值，然后以影響區(qū)外的控制點作為基準點，測出平面控制點的坐標。以同樣的方法測出影響區(qū)內(nèi)監(jiān)測點的坐標，作為測量的初始值。首次觀測時應(yīng)重復(fù)測量三次，取其平均數(shù)作為初始值[5]。

3）平面控制點要定期與附近的起算點進行連測，若控制點發(fā)生位移，在進行監(jiān)測時應(yīng)把監(jiān)測點的位移量累加進去，作為最終的位移值，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測時間為2020年7月1日—2020年12月30日，歷時6個月，從施工前采集初始值至整個工程完成，隧道未出現(xiàn)變形情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)未報警，直至施工完成，監(jiān)測點位拆除并進行了隧道內(nèi)恢復(fù)，未出現(xiàn)安全及其他事故。

自動化監(jiān)測時每次自動監(jiān)測成果與初始值進行對比，分別得到ΔX、ΔY、ΔH3個方向的變化值。現(xiàn)場監(jiān)測的最終成果以報表形式顯示，以隧道DM2斷面為例，監(jiān)測歷時沉降曲線見圖6。

圖6 歷時沉降曲線

由圖6可知，自動化實時監(jiān)測存下以下特點。

1）波動性：豎向和水平位移存在范圍內(nèi)波動，具體根據(jù)儀器的自動測量誤差決定，正常情況下波動幅度在±1 mm以內(nèi)，現(xiàn)有的測量技術(shù)及現(xiàn)場條件能滿足施工及各方需要。

2）穩(wěn)定性：當施工對隧道未造成影響時，監(jiān)測數(shù)據(jù)呈穩(wěn)定變化，不會出現(xiàn)急劇增大或減小等異常情況。

3）關(guān)聯(lián)性：當現(xiàn)場施工對隧道產(chǎn)生影響時，影響的不是某個監(jiān)測點，而是整個斷面或部分隧道；因此隧道變化時監(jiān)測數(shù)據(jù)斷面或整片數(shù)據(jù)都會出現(xiàn)異變、突變或逐漸變化等異常情況。

4）偶發(fā)性：自動監(jiān)測時人員無法隨時進入，隧道內(nèi)觀測條件復(fù)雜多變，當監(jiān)測點被遮擋，觀測數(shù)據(jù)會出現(xiàn)偶發(fā)性的異?；虮O(jiān)測無規(guī)律的情況；因此監(jiān)測數(shù)據(jù)分析人員應(yīng)作出適當?shù)呐袛嗪吞蕹饔?，防止不真實的?shù)據(jù)出現(xiàn)。

4 注意事項

1）現(xiàn)場施工前完成點位布設(shè)及初始值采集。監(jiān)測點位置需根據(jù)設(shè)計圖紙及要求進行埋設(shè)，遠離火車及其他設(shè)備并做好點位的錨固、防護及標識工作，防止監(jiān)測點位脫落、侵限。

2）自動化監(jiān)測系統(tǒng)所使用的儀器設(shè)備及連接設(shè)施必須保證在有效期內(nèi)，所有儀器在使用前必須進行全面檢查，確保能在監(jiān)測過程中正常使用，當出現(xiàn)粗差或被遮擋時，通過自動化遠程控制終端預(yù)先設(shè)置的重復(fù)測量，進行二次測量或多次測量[6]。

3）在監(jiān)測過程中準備可以隨時更換的儀器設(shè)備，如現(xiàn)場儀器不能正常監(jiān)測時，能夠進行設(shè)備更換，確保自動化監(jiān)測順利進行。

4）全站儀安裝完成后，必須做好固定防護及現(xiàn)場標識工作，不得私自動用或調(diào)整儀器；儀器調(diào)試完成后，必須關(guān)閉激光，防止自動監(jiān)測時激光紅線引發(fā)火車司機啟動制動流程等。

5）增加溫度、氣壓感應(yīng)器，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行補償修正，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

5 結(jié)論及建議

1）自動化監(jiān)測可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行無縫式連接，做到監(jiān)測數(shù)據(jù)一鍵式接入，從而讓儀器自身對數(shù)據(jù)進行整體管理，進而做到對監(jiān)測數(shù)據(jù)、成果分析及數(shù)據(jù)發(fā)送等功能的自我糾正，避免了人為參與。

2）自動化實時監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)聯(lián)動式安全響應(yīng)，從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)超限、匯報決策層、決策措施方案及方案落地，能及時、有效、快速的進行部署，多方及時進行參與，把安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

3）針對鐵路運營隧道的特殊性、封閉性、復(fù)雜性及鐵路運營的固定性采用階梯式預(yù)警，自動化高頻率的監(jiān)測，能更好服務(wù)各參建方。

4）應(yīng)委托有資質(zhì)的第三方監(jiān)測單位進行實施，同時第三方監(jiān)測方案必須報對應(yīng)的業(yè)主、咨詢、設(shè)計以及鐵路主管部門進行審查，審查時應(yīng)重點關(guān)注監(jiān)測內(nèi)容，點位保護工作等。

5）國家及行業(yè)內(nèi)應(yīng)繼續(xù)加大對隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行探究，加強對自動化監(jiān)測系統(tǒng)、遠程傳輸系統(tǒng)、監(jiān)測儀器及配套設(shè)施靈敏度反應(yīng)以及實施場地的靈活性等方面的研發(fā)工作，使自動化監(jiān)測系統(tǒng)更全面、準確，適應(yīng)性更強，為鐵路隧道自動化實時監(jiān)測工作的開展提供科學(xué)依據(jù)和相關(guān)標準作業(yè)?！酢?/p>