全站仪在地铁变形监测技术中应用

2022-11-06

由于地铁建在城市地下,建设与运营期间的变形监测尤为重要。地下铁道在建设中及建成后因地质、地下水、地面建筑开发及本身结构负荷所造成隧道结构的沉降、位移、裂缝和倾斜等变形,某些地段可能会很严重,如不及时连续的进行长期自动变形监测,则难以即时发现和预报险情,将会造成严重后果。因此,地铁的变形监测越来越成为地铁开发与运营的重要保障,而且是长期的[1]。对地铁自动化监测系统进行研究与实践,使之成为地铁安全保证的重要方面,具有非常重要的意义。当地铁工程局部地段受到破坏性影响时,可以连续地进行自动化观测、数据处理和变形分析,实时提供变形大小、变形趋势预报和变形原因分析,迅速采取措施,保证隧道结构和运营的安全。高科技研究成果可在地铁监测及其他精密工程监测中推广应用,亦可对外承担监测任务,有很强的社会和经济效益。当非地铁工程导致地铁变形时,为索赔和反索赔提供可靠的、量化的全过程变形大小依据。总之,地铁自动化监测系统为地铁运营、维护提供高科技的有效管理手段。

1 地铁变形技术发展

地铁隧道内部及地表面的变形监测主要有沉陷观测与水平位移观测两个方面[2]。沉陷观测主要采用的方法是在变形区域,布设一系列水准观测点,使用水准仪进行水准测量。隧道内的水平位移观测一般设置观测基线来控制。基线桩的分布,直线上每100m~200m设一桩,曲线上每隔40m~70m设一桩,基线桩可设在中线上,也可设在水沟混凝土的墙顶上,并将洞内基线引至两端洞口外设3~4个固定桩,作监测基线桩位移用。对于水平位移观测点相对于基线桩的位移可采用准直法和测角法来测定。

准直法是根据观测点偏离基准线的大小程度来判断横向水平位移,根据观测点至直线上某控制点的水平距离的变化判断观测点的纵向位移;测角法是在固定测站设站,测量控制点与观测点之间的水平角。

上述的常规测量手段缺陷在于无法实时的进行连续跟踪观测,例如邻近地铁地段进行非地铁建筑深基坑开挖,在地铁车辆运行情况下,经常中断测量,难以即时预报和立即采取相应紧急措施,如停运,经济与社会效益损失都大。

目前,国内外地铁形变监测己有常规测量逐步被自动化监测方法所代替,测量断面变形的传感器结合计算机系统,可以自动测量记录断面变形情况。由自动化全站仪组成的极坐标测量系统,已广泛用于地铁运营期间地铁隧道的变形监测,它具有无人职守、实时测量、不干扰地铁运营等优点,可实现信息的运距离传送、变形预警等需求。Lei Ca公司开发的TCA+APSWin全自动变形监测系统已在伦敦地铁变形监测、香港九龙塘地铁变形监测、新加坡地铁变形监测中得到成功应用。

在国内自动化变形监测系统处在论证试验阶段,中南工业大学开发的双台TCA1800自动全站仪边长交会系统,目前无法用到地铁变形监测系统中去。解放军测绘学院会同北京水利自动化研究所,用TCA2003自动全站仪,在新疆三屯河水库成功地完成大坝外部变形监测。经长期连续观测,结果可靠,精度可达毫米级。总的来讲,自动化系统在国内还处在论证试验阶段,要用在地铁变形监测系统中,还需结合我国情况优化系统配置,进行硬件和软件的编制和完善,向全自动化智能化方向发展。

2 自动变形监侧系统在地铁变形监测中应用的主要问题

地铁隧道是狭长形的空间环境,同时地下列车一般以平均5分钟左右的时间间隔车次在地铁隧道中高速运行。地铁环境的这些特点及保证地铁正常运营等因素的制约,使得自动变形监测系统在地铁变形监测中的应用,遇到比在其它工程中更多的技术问题。同时,这些制约因素,也使得在地铁变形监测中,自动变形监测手段有着常规测量无法比拟的优越性。面对上述机遇与挑战,在自动化全站仪的基础上,进一步完善变形监测软件的功能,把监测系统从自动化进一步推向智能化,形成智能化全站仪变形监测系统(In TMo S系统)。

由于地铁环境的这些特殊性,In TMo S系统在地铁变形监测中的应用主要有以下一些技术问题:(1)狭长的地铁隧道空间,使得测量视线受到很大制约。基准点、测站点和变形点位置的设置,受到很大的影响,只能分布在狭长的隧道内。这对监测网的网形设计是一个不利的因素。(2)仪器测站点位置的设置,既要保证列车运营不对仪器的测量安全造成影响,又要符合“区间直线地段矩形隧道及车辆界限”的有关安全规定。(3)智能全站仪的ATR功能,对目标的自动识别是有分辨率的。隧道同一侧多点布设时,全站仪望远镜视场中会出现多个目标,造成照准错误的问题。(4)在全站仪自动测量过程中,由于过车等因素而引起测量中断,遇障(如过车)重复测量时间延迟的问题。(5)智能全站仪用于自动变形监测一般采用极坐标测量形式,对于极坐标这种简单网形,怎样进行基准点与测站点的稳定性检验分析。(6)在不同观测周期之间,由于气象条件的变化、测站点不稳定、全站仪度盘零方向漂移等因素的影响,一般存在坐标系的变化。为得到变形点的位移量,必须把变形点两测量周期的坐标统一到同一个坐标系中。因此,选择适用的变形点观测数据的处理方法,是保证变形点位移测量精度的关键。

摘要：本文针对全站仪在地铁变形监测技术中应用进行研究,提出了智能化全站仪变形监测系统InTMos作用,并针对当前技术状况进行分析,最后就InTMos系统应用在地铁结构变形监测中存在的主要问题进行探讨。

关键词：全站仪,智能化全站仪变形监测系统,地铁变形检测