晏昊

（中南勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430000）

1 自動(dòng)化監(jiān)測平臺

1.1 全站儀

地鐵隧道施工期間，使用的自動(dòng)化監(jiān)測全站儀主要為徠卡TS系列，其測量精準(zhǔn)度可保持在±（0.6mm＋1×10-6D）mm以內(nèi)，D為實(shí)測距離 ，而測量角度為0.5″，也可根據(jù)實(shí)際需求使用科學(xué)的Smart監(jiān)測平臺針對檢測對象與相關(guān)參數(shù)進(jìn)行明確。TS系列自動(dòng)化監(jiān)測全站儀還有自動(dòng)調(diào)焦、監(jiān)測正倒鏡與自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)等功能與優(yōu)勢，擁有自動(dòng)對準(zhǔn)與識別目標(biāo)能力，工作人員僅需瞄準(zhǔn)目標(biāo)，其余工作全站儀可自主完成，可有效促進(jìn)自動(dòng)監(jiān)測質(zhì)量的快速提升[1]。

1.2 反射棱鏡設(shè)備

在地鐵隧道施工期間，工作人員根據(jù)實(shí)際需求在拱頂與軌道床位置利用膨脹螺絲安裝反射棱鏡，同時(shí)，確保棱鏡反射面為工作基站方向，可為自動(dòng)化全站儀識別目標(biāo)提供較大的便利。

1.3 計(jì)算機(jī)

通過GPRS等數(shù)據(jù)鏈將計(jì)算機(jī)與全站儀進(jìn)行有效連接，使用專業(yè)監(jiān)測軟件，可以為自動(dòng)化監(jiān)測功能的形成提供有力支持，其余設(shè)備，包括外接電源與電纜等，也是自動(dòng)化監(jiān)測落實(shí)的主要條件。同時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)會針對各種觀檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)存儲，也可自動(dòng)分析與處理，進(jìn)而為形成監(jiān)測報(bào)表提供全面的參考數(shù)據(jù)。

1.4 檢測軟件

目前，自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)主要采用Smart監(jiān)測軟件與全站儀相結(jié)合的方式對地鐵隧道施工進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，因此，可以在SQL數(shù)據(jù)庫中對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并利用周期與初始設(shè)置時(shí)間等條件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能。同時(shí)，也可根據(jù)實(shí)際需求不斷添加各種循環(huán)，當(dāng)某設(shè)備處于監(jiān)測狀態(tài)時(shí)，各種循環(huán)時(shí)間將不具有重疊特征，進(jìn)而保證循環(huán)的開始在另一個(gè)循環(huán)結(jié)束后[2]。

1.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

自動(dòng)化檢測系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理與分析時(shí)，主要使用Smart分析軟件、編碼程序以及平差軟件等。進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分析期間，可通過人工方法刪除存在問題的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而使用平均值作為周期監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，也可以根據(jù)施工需求針對偏移折線圖與檢測報(bào)告等進(jìn)行分析，以此確保地鐵隧道施工變化狀況的反饋信息具有較強(qiáng)的時(shí)效性與完整性。

2 自動(dòng)化監(jiān)測工作

2.1 明確監(jiān)測位置

明確監(jiān)測位置，需要注意以下要點(diǎn)：（1）在明確監(jiān)測位置時(shí)，需要進(jìn)行截面監(jiān)測處理，即監(jiān)測隧道檢測位置的正交橫截面，并加設(shè)大量監(jiān)測點(diǎn)。同時(shí)，監(jiān)測截面在地鐵隧道施工中的分布需要具有較強(qiáng)的均勻性。以某地鐵隧道施工為例，根據(jù)其設(shè)計(jì)需求可明確實(shí)際監(jiān)測距離為500m，而每間隔10m需要設(shè)置一個(gè)監(jiān)測截面，實(shí)際監(jiān)測截面數(shù)量為30個(gè)，各個(gè)截面都需要加設(shè)5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，并安裝在道床沉降處于拱頂?shù)任恢?。?）明確基準(zhǔn)點(diǎn)。地鐵隧道施工監(jiān)測區(qū)域的基準(zhǔn)點(diǎn)可劃分為4個(gè)，并主要在里程方向較小與偏離變化大等位置進(jìn)行安置。（3）確定全站儀位置。結(jié)合實(shí)際需求可將全站儀位置確定在YK7＋205位置，而在YK7＋316位置科學(xué)加設(shè)后視點(diǎn)。

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測模式

在地鐵隧道中安裝全站儀時(shí)，可使用GPRS數(shù)據(jù)鏈將其與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對接，并利用計(jì)算機(jī)針對全站儀進(jìn)行管理與控制，同時(shí)，利用設(shè)定的循環(huán)周期不斷監(jiān)測設(shè)定位置，再通過監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算較差。而SQL數(shù)據(jù)可針對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，若監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不足與問題、監(jiān)測點(diǎn)反射棱鏡受到遮擋等，軟件也會針對這些現(xiàn)象進(jìn)行記錄并存儲至數(shù)據(jù)庫中，接著對其余監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，致使這一監(jiān)測循環(huán)結(jié)束，這時(shí)會結(jié)合循環(huán)監(jiān)測中出現(xiàn)的問題數(shù)據(jù)位置施以反復(fù)監(jiān)測處理[3]。根據(jù)實(shí)際需求使用控制軟件可在監(jiān)測循環(huán)開始時(shí)通過相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)不斷進(jìn)行測回處理，進(jìn)而明確監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際位置與歷程，同時(shí)，可針對所有監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，從而獲得觀測點(diǎn)實(shí)際位置。

3 計(jì)算平差與差分

3.1 調(diào)整距離差分

若確保2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位置不發(fā)生改變，這時(shí)可明確監(jiān)測位置距離2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的斜距為s01與s02，進(jìn)行變形檢測時(shí)，測量的斜距為s′1與s′2，可根據(jù)相應(yīng)計(jì)算公式得出改正比例參數(shù)ΔS為：

若測站至變形位置的實(shí)際斜距為s′p，可得知?dú)庀蟛罘终{(diào)整斜距為：

3.2 計(jì)算平距與高差差分調(diào)整

受球氣壓等因素影響，在單向測量極坐標(biāo)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求針對所有檢測的高差數(shù)據(jù)進(jìn)行差分調(diào)整計(jì)算。若監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間高差為h0，那么2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)與檢測站之間的實(shí)際高差也就為h′1與h′2，計(jì)算公式為：

式中，αn為垂直角度；in為全站儀實(shí)際高度；ln為反射棱鏡的高度；Sn為平均偏離真值。再根據(jù)相應(yīng)公式可得出較為精準(zhǔn)的高差調(diào)整參數(shù)：

根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際情況，采用上述公式可獲得高差改正參數(shù)，其中，在測量時(shí)間短等因素的影響下，可確定高差調(diào)整參數(shù)對變形點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)具有相同影響。因此，可通過下式計(jì)算監(jiān)測站與變形點(diǎn)間存在的高差調(diào)整參數(shù)：

式中，ip為變形點(diǎn)全站儀實(shí)際高度；lp為變形點(diǎn)靈鏡高；αp為變形點(diǎn)垂直角。計(jì)算出變形點(diǎn)與監(jiān)測站之間的斜距、高差等參數(shù)后，需要通過下式計(jì)算變形點(diǎn)至監(jiān)測站的平距參數(shù)：

3.3 計(jì)算變形點(diǎn)位置

將所有差分改正數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理與分析，通過極坐標(biāo)計(jì)算等級可第一時(shí)間獲得具有較強(qiáng)精準(zhǔn)性的各周期變形點(diǎn)位置：

式中，Hzp為變形點(diǎn)與監(jiān)測站之間的方位角；X0、Y0、H0分別為監(jiān)測站實(shí)際高程值與位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息。

3.4 平差處理方法

進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，可將進(jìn)行高差差分與距離處理后的觀測數(shù)據(jù)作輸入入，進(jìn)而為繪制三維坐標(biāo)提供有力支持。

4 結(jié)語

綜上所述，在地鐵隧道施工期間運(yùn)行自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)，可真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測，并保證數(shù)據(jù)信息的整理、分析與傳遞具有較強(qiáng)及時(shí)性，進(jìn)而為監(jiān)測工作效率的提升創(chuàng)建良好條件。在隧道施工期間，通過自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)收集精準(zhǔn)完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可為強(qiáng)化隧道施工安全性提供有力支持。