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一、引言

隨著我國(guó)地鐵交通的快速發(fā)展，目前有20多個(gè)城市地鐵開(kāi)通營(yíng)運(yùn)，有10多個(gè)城市啟動(dòng)地鐵建設(shè)。為確保地鐵建設(shè)和營(yíng)運(yùn)安全，對(duì)隧道的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，越來(lái)越受到社會(huì)和政府的廣泛重視，尤其是軟土環(huán)境中隧道的穩(wěn)定性更加受到關(guān)注。但由于隧道空間狹小、結(jié)構(gòu)環(huán)境復(fù)雜、機(jī)車行駛干擾等因素的影響，都給隧道變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)造成較多的技術(shù)困難。本文以南京地鐵2號(hào)線某隧道保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)為例，介紹了徠卡TM30監(jiān)測(cè)機(jī)器人組成的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的精度及可靠性方面進(jìn)行了探討。

二、工程概況

南京金融城、南京報(bào)業(yè)、國(guó)泰君安項(xiàng)目基坑位于地鐵二號(hào)線雨潤(rùn)大街站至元通站區(qū)間兩側(cè)。其中金融城基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線距地鐵二號(hào)線區(qū)間最近距離約為15米。在這些工程建設(shè)過(guò)程中，有可能導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形，甚至坍塌。

三、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)網(wǎng)由若干基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，其中基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)網(wǎng)的核心，布設(shè)的位置、數(shù)量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域的大小、監(jiān)測(cè)周期的長(zhǎng)短和監(jiān)測(cè)精度來(lái)設(shè)計(jì)。一般在監(jiān)測(cè)區(qū)域外圍100～200m相對(duì)穩(wěn)定的地方布設(shè)6～12個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（分成1～ 2組），并牢固地安置觀測(cè)棱鏡。當(dāng)工作基點(diǎn)數(shù)量大于1個(gè)時(shí)，應(yīng)布設(shè)基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)，如圖2所示。工作基點(diǎn)的布設(shè)根據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)域大小而定，當(dāng)監(jiān)測(cè)成果精度優(yōu)于±1mm時(shí)，TM30 0.5″儀器監(jiān)測(cè)視線長(zhǎng)度不宜超過(guò)100 m。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在隧道斷面上，每5～10m選擇1個(gè)斷面，每個(gè)斷面上均勻布設(shè)5～8個(gè)觀測(cè)棱鏡作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。在布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)要特別注意，儀器觀測(cè)有效視場(chǎng)內(nèi)不得出現(xiàn)其他棱鏡（視場(chǎng)內(nèi)有多個(gè)棱鏡時(shí)會(huì)直接影響觀測(cè)精度） ，在監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)前應(yīng)精確計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的布設(shè)位置。

布置完后地鐵隧道如圖4所示：

為實(shí)時(shí)監(jiān)控臨近基坑對(duì)地鐵隧道的影響，本工程采用徠卡TM30測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，配合L型小棱鏡測(cè)量隧道的水平位移與收斂變形和隧道沉降。數(shù)據(jù)處理采用Leica配套的GeoMoS軟件，包含Monitor監(jiān)測(cè)器和Analyzer分析器兩個(gè)模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

四、數(shù)據(jù)通訊

觀測(cè)數(shù)據(jù)可通過(guò)有線或無(wú)線方式實(shí)時(shí)傳回服務(wù)器，目前可通過(guò)有線電信和無(wú)線CDMA、GPRS、3G等模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳載。從應(yīng)用效果來(lái)看，3G 模式的傳載速度要明顯優(yōu)于其他傳載方式。

五、數(shù)據(jù)處理

地鐵隧道變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)的重要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)處理，一般情況下使用GeoMoS 軟件已基本能夠完成經(jīng)典的平差計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和成果輸出。但在有特殊要求的地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，還應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中變形量、測(cè)量誤差、列車行駛震動(dòng)和風(fēng)動(dòng)造成觀測(cè)數(shù)據(jù)的偏離，棱鏡儀器表面灰塵影響以及基準(zhǔn)點(diǎn)不穩(wěn)定對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響作進(jìn)一步處理，這就要對(duì)GeoMoS軟件做二次開(kāi)發(fā)或定制專門(mén)軟件進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理。在地鐵監(jiān)測(cè)工程中運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模型進(jìn)一步分析基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)工作基點(diǎn)的最合適值和監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量，運(yùn)用小波理論對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差過(guò)濾等，使監(jiān)測(cè)成果更加客觀準(zhǔn)確地描述隧道結(jié)構(gòu)變形過(guò)程與變形趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)處理完成后生成平面位移成果表和平面位移趨勢(shì)圖、垂直沉降成果表、垂直沉降趨勢(shì)圖、隧道收斂成果表和隧道斷面變形成果表等，如圖6所示。

六、成果及評(píng)價(jià)

南京地鐵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)百米內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于0.5mm，沉降位移監(jiān)測(cè)精度達(dá)到0.5mm，其精度及穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用戶反饋良好，目前蘇州、無(wú)錫的地鐵都在仿效使用該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

南京地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目順利通過(guò)成果鑒定并獲高度評(píng)價(jià)，其中主任委員寧津生院士贊揚(yáng)道：國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)！

七、結(jié)束語(yǔ)

地鐵隧道變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅要融合現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)，而且要運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論和巖土工程理論對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析與變因研究。經(jīng)過(guò)初步試驗(yàn)，使用TM30 0.5″儀器和科學(xué)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)成果精度優(yōu)于±1mm 是完全能達(dá)到的。