智能位移檢測技術在地鐵施工的應用

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摘要：介紹了一種新型智能位移檢測技術在地鐵工程施工現場安全監測上的應用情況。這種位移監測設備可以實現連續不間斷的施工現場變形位移檢測，24h在線上報受地鐵施工影響的鐵路運行區域的地面沉降、路基沉降、鐵路軌道變形、接觸網立柱傾斜與沉降等多種位移變形數據。與之配套的施工安全監測系統可對現場上報數據進行實時處理，并根據規范設定的安全限值進行數據異常、超限等報警，還可提供監測數據的實時在線瀏覽、分析、數據報表等多種功能，是一種可靠、高效的新型智能監測技術。

關鍵詞：在線位移監測；施工安全監測；地鐵施工；鐵路保護

地鐵施工以地下施工為主，地質結構復雜、工程施工難度大，而建成后的地鐵線路一般也都位于城市核心功能區域，影響范圍內房屋建筑、橋梁、鐵路等分布密集。為了保障地鐵施工和運行過程中的安全，在地鐵施工工地、影響區域和運行現場常常采用各種監測儀器進行結構的變形或位移監測，比如全站儀、水準儀等人工測量設備。然而人工監測存在監測周期長、費時費力的缺點，尤其在營業線鐵路站場內，鐵路股道和運營車輛多，監測干擾大，在施工安全連續監測方面存在較大的安全隱患。一些自動化的變形監測設備，如測量機器人雖然可以實現在線連續監測，但這些設備性價比較差，儀器設備成本高、維護困難，應用推廣較難。本文介紹一種新型智能位移監測設備，如圖1所示，它采用多傳感器融合技術，利用基準信號發射器和觀測靶標之間的無線信號、基準姿態角度等建立測量關系矩陣解算獲得目標靶點的實際位移變動，可以實現在100m測量范圍內0.3~1mm的位移變動測量精度。該儀器包括多個信號發生器，可以同時監測多個測量目標的位移變化數據，無需旋轉掃描，完成一次測量僅需10s左右，具有測量速度快、效率高的優勢。同時該儀器還可以通過建立高程基準網和全測邊的平面控制網來建設測量基準網絡，實現大區域范圍的多臺儀器聯測和數據平差，并能通過移動網絡或無線區域網絡將檢測數據實時上報，是一種高效可靠的新型施工安全監測手段，特別適用于鐵路、地鐵施工安全領域監測應用。在合肥市軌道交通3號線天水路站—岱河路站區間隧道施工過程中，利用該智能位移監測儀，對受施工影響的合肥東站鐵路股道群進行了安全監測，取得了良好的效果。

1工程概況

合肥地鐵3號線天水路站與岱河路站區間，在文忠路大橋東側附近需要下穿合肥東站貨運股道群（8股道），該股道群位于合肥東站蕪湖端咽喉區，合肥東站—三十里鋪站區間［1］。穿越處地鐵區間隧道里程為右DK31+360至右DK31+435，股道群由南到北依次為：L3線、淮南上行線、聯4線、牽2線、牽1線、聯3線、聯5線、淮南下行線。區間隧道與鐵路線交角約為67~71°，穿越處線路縱坡為7.10‰，隧頂覆土厚度約13.8~14.3m。左右線隧道穿越淮南上行線處的運營里程約為K96+153.333、K96+167.641，左右線隧道穿越淮南下行線處的運營里程約為K96+90.930、K96+113.333。合肥東站現有規模為二級四場，并預留了三級四場的發展條件。主要辦理各方向的直通、區段、摘掛及小運轉列車的到發、解編及市郊列車的到發作業，據統計日均辦理作業車在9000輛以上［1］。區間隧道施工會引起鐵路基床的變形，進而影響軌道的平順性，對鐵路的運營安全直接造成影響，施工過程對附近建筑物、構筑物也會帶來一定影響［2］。為確保隧道下穿施工時鐵路的安全，需要針對隧道下穿推進的各工況進行嚴密監控測量，把施工引起的一系列動態變化信息及時反饋到施工單位，使之能及時調整優化施工參數，以避免危及鐵路安全運營的事故發生。

2現場安全監測實施方案

根據相關工程規范和國家標準［3-9］，經工程設計、監理、施工單位和上海鐵路局合肥段各方協商，確認的施工現場監測項目主要包括：地表沉降、鐵路路基沉降、鐵路軌道變形和接觸網立柱傾斜與沉降［3-5，8］。圖3是受地鐵施工影響的鐵路區域監測點布置圖，在現場共布置包括地表沉降監測點240個，鐵路股道監測點149個和接觸網立柱監測點15個在內的共404個監測點。其中地表沉降監測測點的埋設采用人工挖掘地表，然后埋入直徑20～30mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實，鋼筋需插入地下深約30~50cm，測點標靶（直徑50mm）采用強力膠粘結固定在鋼筋連接板上［3-5，8］。對地鐵隧道掘進影響范圍內5對接觸網立柱進行沉降及傾斜監測，每根立柱布設3個測點，現場共布設15個測點。施工方法為：在立柱基部距地面高出10cm處設置一個沉降測點；另在立柱1.8m高度位置，立柱相鄰兩面各布設一個水平面內位移測點測量傾斜。監測點必須保證在與接觸網安全距離以內，如果侵限可以向下移動。立柱監測點同樣采用特定強力膠水涂抹粘貼立柱表面，安裝時無需停電。鐵路股道監測點采用鎖軌器與鐵路股道連接，標靶也用強力膠水固定在鎖軌器上［3，4］。在地鐵隧道盾構施工期間（約1個月）和施工后的地質穩定階段（3個月）［4，5，8］，設定的檢測頻率如表1所示。現場安裝的該監測設備獲取的實時變形數據通過移動網絡直接上報到云端數據中心，通過處理后形成監測數據報表和報告反饋給相關部門。

3監測結果

在線位移監測儀現場監測數據的采集從2018-08-15軌道3號線左線隧道盾構施工進入鐵路保護區開始，隧道盾構施工周期為8月15日至9月10日，土體二次注漿固化截止時間為2018-10-10。智能在線位移監測儀每個監測點設置檢測頻率為1次/20min，每次檢測值為10次連續測量的統計均值，全天每個監測點測試數據為72個，通過統計方法得出當天每個監測點的代表位移變化量。根據監測數據和施工實際進度，分析盾構施工對地面沉降變化影響值。①當隧道盾構機環刀進入影響區域工作時，地面沉降變化量在1.6~2.8mm之間；②在盾構機身進入影響區域時，地面沉降變化量在2.5~4.8mm之間；③在盾構機尾進入影響區域時，地面沉降變化量在4.5~7.6mm之間；④一次注漿，地面隆起變化量在1.5~2.3mm之間；二次注漿，地面隆起變化量在1.0~1.6mm之間。表2和圖4是部分代表性測點2018年每周沉降變化數據和曲線圖。通過對在線位移監測儀2018-08-15—2018-10-10監測數據的統計分析，合肥軌道3#線隧道盾構施工在穿越合肥東站股道群期間，地表、路基及軌道垂直位移最大變化量為7.6mm，觸網立柱垂直位移最大變化量為2.5mm，觸網立柱最大傾斜角為1.3°，隧道盾構施工過程中沉降變形量未達到預警值，沉降值控制在規范允許范圍內［3-5，8］。10月10日隧道二次注漿達到土體固化終凝期，地表、路基及軌道垂直位移最大變化量為5.6mm，觸網立柱垂直位移最大變化量為2.3mm，觸網立柱最大傾斜角為1.3°；自10月2日起，當日監測點最大變化量在-0.2~0.2mm之間，且監測點沉降值出現隔日重復變化現象明顯。根據監測數值及相關技術規范規定［3-5，8］，可以認為目前合肥軌道3#線隧道盾構施工穿越合肥東站股道群影響范圍內土體固化已終凝，地表、路基、軌道及觸網立柱位移趨于穩定。在整個監測期間，除自動化監測手段外，還定期采取人工復測方式對自動化檢測數據進行校核。人工校核主要采用電子水準儀（天寶DINI03）和全站儀（徠卡TM30）等儀器，對自動化測點的沉降和水平位移數據進行復測，通過對人工復測數據和自動化數據的對比，發現雙方測值的差距都在0.5mm以內，優于使用的人工復測儀器的自身精度，充分說明了自動化監測數據的準確性和可靠性。

4結束語

本文介紹的智能位移檢測設備在施工安全檢測中的成功應用，說明了該儀器具有高效、可靠、精確的特點，是一種滿足現代化施工安全檢測領域要求的新型儀器，在復雜場地環境下有很好的適用性，未來可進一步推廣到地鐵隧道施工、地鐵運行安全監測等相關應用中。

參考文獻

［1］梁景芳.合肥至安慶城際鐵路引入合肥樞紐方案研究［J］.鐵道建筑技術，2014，（4）：83-86

［2］熊剛，盧凌燕.遠程自動裂縫監測系統研制及在地鐵監測中的應用［J］.測繪地理信息，2019，44（4）：39-41

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市軌道交通工程監測技術規范：GB50911-2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013

［4］中國鐵路總公司.鐵路隧道監控量測技術規程：Q/CR9219-2015［S］.北京：中國鐵道出版社，2015

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范：GB50157-2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013

［6］中華人民共和國住房和城鄉建設部.工程測量規范：GB50026-2007［S］.北京：中國計劃出版社，2007

［7］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑變形測量規范：JGJ8-2016［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016

［8］中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市軌道交通工程測量規范：GB/T50308-2017［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016

［9］中國國家標準化管理委員會.國家一、二等水準測量規范：GB/T12897-2006［S］.北京：中國標準出版社，2006.

作者：李永楊 劉飛 單位：安徽建筑大學勘測設計研究院有限公司