智能位移检测技术在地铁上应用

摘要：介绍了一种新型智能位移检测技术在地铁工程施工现场安全监测上的应用情况。这种位移监测设备可以实现连续不间断的施工现场变形位移检测，24h在线上报受地铁施工影响的铁路运行区域的地面沉降、路基沉降、铁路轨道变形、接触网立柱倾斜与沉降等多种位移变形数据。与之配套的施工安全监测系统可对现场上报数据进行实时处理，并根据规范设定的安全限值进行数据异常、超限等报警，还可提供监测数据的实时在线浏览、分析、数据报表等多种功能，是一种可靠、高效的新型智能监测技术。

关键词：在线位移监测；施工安全监测；地铁施工；铁路保护

地铁施工以地下施工为主，地质结构复杂、工程施工难度大，而建成后的地铁线路一般也都位于城市核心功能区域，影响范围内房屋建筑、桥梁、铁路等分布密集。为了保障地铁施工和运行过程中的安全，在地铁施工工地、影响区域和运行现场常常采用各种监测仪器进行结构的变形或位移监测，比如全站仪、水准仪等人工测量设备。然而人工监测存在监测周期长、费时费力的缺点，尤其在营业线铁路站场内，铁路股道和运营车辆多，监测干扰大，在施工安全连续监测方面存在较大的安全隐患。一些自动化的变形监测设备，如测量机器人虽然可以实现在线连续监测，但这些设备性价比较差，仪器设备成本高、维护困难，应用推广较难。本文介绍一种新型智能位移监测设备，如图1所示，它采用多传感器融合技术，利用基准信号发射器和观测靶标之间的无线信号、基准姿态角度等建立测量关系矩阵解算获得目标靶点的实际位移变动，可以实现在100m测量范围内0.3~1mm的位移变动测量精度。该仪器包括多个信号发生器，可以同时监测多个测量目标的位移变化数据，无需旋转扫描，完成一次测量仅需10s左右，具有测量速度快、效率高的优势。同时该仪器还可以通过建立高程基准网和全测边的平面控制网来建设测量基准网络，实现大区域范围的多台仪器联测和数据平差，并能通过移动网络或无线区域网络将检测数据实时上报，是一种高效可靠的新型施工安全监测手段，特别适用于铁路、地铁施工安全领域监测应用。在合肥市轨道交通3号线天水路站—岱河路站区间隧道施工过程中，利用该智能位移监测仪，对受施工影响的合肥东站铁路股道群进行了安全监测，取得了良好的效果。

1工程概况

合肥地铁3号线天水路站与岱河路站区间，在文忠路大桥东侧附近需要下穿合肥东站货运股道群（8股道），该股道群位于合肥东站芜湖端咽喉区，合肥东站—三十里铺站区间［1］。穿越处地铁区间隧道里程为右DK31+360至右DK31+435，股道群由南到北依次为：L3线、淮南上行线、联4线、牵2线、牵1线、联3线、联5线、淮南下行线。区间隧道与铁路线交角约为67~71°，穿越处线路纵坡为7.10‰，隧顶覆土厚度约13.8~14.3m。左右线隧道穿越淮南上行线处的运营里程约为K96+153.333、K96+167.641，左右线隧道穿越淮南下行线处的运营里程约为K96+90.930、K96+113.333。天水路站合肥东站现有规模为二级四场，并预留了三级四场的发展条件。主要办理各方向的直通、区段、摘挂及小运转列车的到发、解编及市郊列车的到发作业，据统计日均办理作业车在9000辆以上［1］。区间隧道施工会引起铁路基床的变形，进而影响轨道的平顺性，对铁路的运营安全直接造成影响，施工过程对附近建筑物、构筑物也会带来一定影响［2］。为确保隧道下穿施工时铁路的安全，需要针对隧道下穿推进的各工况进行严密监控测量，把施工引起的一系列动态变化信息及时反馈到施工单位，使之能及时调整优化施工参数，以避免危及铁路安全运营的事故发生。

2现场安全监测实施方案

根据相关工程规范和国家标准［3-9］，经工程设计、监理、施工单位和上海铁路局合肥段各方协商，确认的施工现场监测项目主要包括：地表沉降、铁路路基沉降、铁路轨道变形和接触网立柱倾斜与沉降［3-5，8］。图3是受地铁施工影响的铁路区域监测点布置图，在现场共布置包括地表沉降监测点240个，铁路股道监测点149个和接触网立柱监测点15个在内的共404个监测点。其中地表沉降监测测点的埋设采用人工挖掘地表，然后埋入直径20～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实，钢筋需插入地下深约30~50cm，测点标靶（直径50mm）采用强力胶粘结固定在钢筋连接板上［3-5，8］。对地铁隧道掘进影响范围内5对接触网立柱进行沉降及倾斜监测，每根立柱布设3个测点，现场共布设15个测点。施工方法为：在立柱基部距地面高出10cm处设置一个沉降测点；另在立柱1.8m高度位置，立柱相邻两面各布设一个水平面内位移测点测量倾斜。监测点必须保证在与接触网安全距离以内，如果侵限可以向下移动。立柱监测点同样采用特定强力胶水涂抹粘贴立柱表面，安装时无需停电。铁路股道监测点采用锁轨器与铁路股道连接，标靶也用强力胶水固定在锁轨器上［3，4］。在地铁隧道盾构施工期间（约1个月）和施工后的地质稳定阶段（3个月）［4，5，8］，设定的检测频率如表1所示。现场安装的该监测设备获取的实时变形数据通过移动网络直接上报到云端数据中心，通过处理后形成监测数据报表和报告反馈给相关部门。

3监测结果

在线位移监测仪现场监测数据的采集从2018-08-15轨道3号线左线隧道盾构施工进入铁路保护区开始，隧道盾构施工周期为8月15日至9月10日，土体二次注浆固化截止时间为2018-10-10。智能在线位移监测仪每个监测点设置检测频率为1次/20min，每次检测值为10次连续测量的统计均值，全天每个监测点测试数据为72个，通过统计方法得出当天每个监测点的代表位移变化量。根据监测数据和施工实际进度，分析盾构施工对地面沉降变化影响值。①当隧道盾构机环刀进入影响区域工作时，地面沉降变化量在1.6~2.8mm之间；②在盾构机身进入影响区域时，地面沉降变化量在2.5~4.8mm之间；③在盾构机尾进入影响区域时，地面沉降变化量在4.5~7.6mm之间；④一次注浆，地面隆起变化量在1.5~2.3mm之间；二次注浆，地面隆起变化量在1.0~1.6mm之间。表2和图4是部分代表性测点2018年每周沉降变化数据和曲线图。通过对在线位移监测仪2018-08-15—2018-10-10监测数据的统计分析，合肥轨道3#线隧道盾构施工在穿越合肥东站股道群期间，地表、路基及轨道垂直位移最大变化量为7.6mm，触网立柱垂直位移最大变化量为2.5mm，触网立柱最大倾斜角为1.3°，隧道盾构施工过程中沉降变形量未达到预警值，沉降值控制在规范允许范围内［3-5，8］。10月10日隧道二次注浆达到土体固化终凝期，地表、路基及轨道垂直位移最大变化量为5.6mm，触网立柱垂直位移最大变化量为2.3mm，触网立柱最大倾斜角为1.3°；自10月2日起，当日监测点最大变化量在-0.2~0.2mm之间，且监测点沉降值出现隔日重复变化现象明显。根据监测数值及相关技术规范规定［3-5，8］，可以认为目前合肥轨道3#线隧道盾构施工穿越合肥东站股道群影响范围内土体固化已终凝，地表、路基、轨道及触网立柱位移趋于稳定。在整个监测期间，除自动化监测手段外，还定期采取人工复测方式对自动化检测数据进行校核。人工校核主要采用电子水准仪（天宝DINI03）和全站仪（徕卡TM30）等仪器，对自动化测点的沉降和水平位移数据进行复测，通过对人工复测数据和自动化数据的对比，发现双方测值的差距都在0.5mm以内，优于使用的人工复测仪器的自身精度，充分说明了自动化监测数据的准确性和可靠性。

4结束语

本文介绍的智能位移检测设备在施工安全检测中的成功应用，说明了该仪器具有高效、可靠、精确的特点，是一种满足现代化施工安全检测领域要求的新型仪器，在复杂场地环境下有很好的适用性，未来可进一步推广到地铁隧道施工、地铁运行安全监测等相关应用中。

作者:李永杨 刘飞 单位:安徽建筑大学勘测设计研究院有限公司