文/梅攀 深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東深圳 518000
本文選取的例子是天津市某地鐵線路二期工程,其基坑附近有建成的地鐵隧道,為了保障地鐵線路的安全運(yùn)行,在基坑開挖的過程中,必須對(duì)隧道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由于地鐵運(yùn)行期間測(cè)量人員無法進(jìn)入到隧道中,因此需采用無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式對(duì)隧道實(shí)時(shí)情況進(jìn)行掌握。這就涉及到了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。
靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要利用的是連通器的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)相對(duì)沉降的監(jiān)測(cè),通過相互連通且靜力平衡時(shí)的液面進(jìn)行高程傳遞,屬于高精密液體系統(tǒng)測(cè)量?jī)x器。靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和傳輸子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)工程。
其中傳感器子系統(tǒng)包含了數(shù)個(gè)靜力水準(zhǔn)儀,這是一種的電感調(diào)頻的總線型位移計(jì),主要包括電感傳感器、液缸以及浮子等多個(gè)部件,可以對(duì)液缸內(nèi)部水位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的掌握。
在實(shí)際應(yīng)用的過程中,可以將靜力水準(zhǔn)儀安裝在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的隧道壁上,采用專用的支架和配套工具進(jìn)行固定,同時(shí)使用液體連接管和數(shù)據(jù)傳輸線連接起來。用戶可以利用公共網(wǎng)絡(luò)通過安裝的配套軟件對(duì)靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,完成數(shù)據(jù)采集。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以將自身采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到信息中心,由數(shù)據(jù)管理和分析子系統(tǒng)完成相關(guān)處理工作。
靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的沉降變化進(jìn)行監(jiān)控,無法實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道斷面變形情況的全面掌握,因此應(yīng)該配合全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)隧道變形情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。一般情況下,全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括測(cè)量機(jī)器人、電子手薄、反射棱鏡和自動(dòng)控制軟件等幾部分。
其中測(cè)量機(jī)器人實(shí)際上就是的一個(gè)全站儀,為了保障測(cè)量效果,該儀器必須具備較高的測(cè)量進(jìn)度和穩(wěn)定的性能,且具備自動(dòng)識(shí)別功能,操作人員只需瞄準(zhǔn)棱鏡就,儀器就可以自動(dòng)完成目標(biāo)的鎖定、跟蹤和測(cè)量。此外,測(cè)量機(jī)器人還可以對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)和重復(fù)觀測(cè),對(duì)于工作效率的提升具有十分重要作用。
電子手薄是一種自動(dòng)控制軟件,可以通過無線藍(lán)牙和測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行連接,通過電子手薄可以對(duì)全站儀進(jìn)行控制,并將獲得的測(cè)量結(jié)果輸入到儲(chǔ)存庫(kù)中進(jìn)行整編分析。
反射棱鏡的主要作用是作為檢測(cè)標(biāo)志,為了方便測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)搜索反射棱鏡,在安裝的過程中其反射面必須指向?qū)?duì)中觀測(cè)站。
一般情況下,精力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采樣時(shí)間間隔設(shè)定為半個(gè)小時(shí),由于其采集到的數(shù)量較大,因此為了便于分析,我們分別選擇了基坑施工前中后三個(gè)階段的部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以此展現(xiàn)靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量效果。通過繪制時(shí)程曲線圖的方式可知,在基坑開挖前的準(zhǔn)備階段,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定,基本上未發(fā)生變化。但是隨著施工活動(dòng)的不斷推進(jìn),隧道受到的擾動(dòng)也在不斷加強(qiáng),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也開始出現(xiàn)小幅度的波動(dòng)。
通過基坑開挖過程中靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖可知,基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形的影響較大,這是由于土方開挖是一個(gè)卸載的過程,開挖區(qū)的自然狀態(tài)發(fā)生了變化,土體也由靜止的土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的土壓力狀態(tài)。雖然各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)了不同幅度的沉降變化,但是整體上依舊呈現(xiàn)出較為平穩(wěn)的趨勢(shì),未出現(xiàn)較為顯著的波動(dòng)。
通過對(duì)施工后期靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖的分析可知,在基坑開挖施工的后期,土體的變化會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定,相應(yīng)的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線也會(huì)逐漸趨于平緩,并最終穩(wěn)定在一個(gè)具體的數(shù)值。
通過實(shí)際應(yīng)用,靜力水準(zhǔn)測(cè)量存在較多的影響因素,如氣溫、氣壓、傳感器靈敏度、安裝情況等,因此為了保障測(cè)量的精確性,必須要做到操作規(guī)范,如此才能將測(cè)量誤差控制在可以接受的范圍內(nèi)。
在對(duì)全站儀自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際測(cè)量效果進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析的過程中,采用的是和上文相同的方法,即分別選取基坑開外前中后三個(gè)時(shí)段的部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別繪制時(shí)程曲線圖。
根據(jù)基坑施工前期準(zhǔn)備階段的監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖來看,相較于精力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè),全站儀采集到的數(shù)據(jù)明顯不夠平穩(wěn),導(dǎo)致這種情況的原因就在于測(cè)量誤差。靜力水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度要高于全站儀,因此在隧道未出現(xiàn)較大變形的情況下,全站儀很容易因偶然誤差的影響,導(dǎo)致其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)小幅度的波動(dòng)。
通過對(duì)基坑開挖過程中全站儀監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖的分析可知,各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)了不同幅度的位移變化,累計(jì)位移量最大可以達(dá)到4mm,數(shù)據(jù)波動(dòng)較為劇烈。
通過對(duì)基坑施工后期全站儀監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖的分析,在基坑施工的后期,隨著土體的穩(wěn)定,各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線也逐漸轉(zhuǎn)為平緩。
通過總體分析,全站儀自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用過程中會(huì)受到多種因素的影響,具體包括全站儀本身精度、溫度、距離、光線等,為了將測(cè)量誤差控制在合理的范圍內(nèi),可以將強(qiáng)制對(duì)中裝置引入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,或是采用精密測(cè)距模式。想要在此基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,可以采用距離差分、方位角差分等改正。
綜上所述,因具備高速便捷等優(yōu)點(diǎn),地鐵已經(jīng)成為當(dāng)前階段我國(guó)城市居民出行的重要方式之一,人對(duì)地鐵的需求也呈現(xiàn)出逐漸遞增的趨勢(shì)。因此地鐵已經(jīng)成為我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要項(xiàng)目。但是隨著基坑開挖深度的增加,地鐵隧道運(yùn)營(yíng)的安全也受到了一定的威脅,對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分必要。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種高效便捷的監(jiān)測(cè)手段,得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)例對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在運(yùn)營(yíng)地鐵隧道中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要探究,希望能夠?yàn)榈罔F線路的穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的幫助。