自动变形监测系统在地铁结构变形监测中的应用_包欢

自动变形监测系统在地铁结构变形监测中的应用

包欢, 徐忠阳, 张良琚

(信息工程大学测绘学院, 河南郑州　450052)

摘要:介绍了以TCA 自动化全站仪为基础组成的自动变形监测系统和广州地铁“非地铁施工时地铁结构变形监测”项目的现场方案及优化设计。实际应用表明, 该系统稳定可靠, 可以胜任地铁结构变形监测的工作。关　键　词:变形观测; 地下工程测量; 差分中图分类号:P258　　　文献标识码:A

　　在城市基础设施中, 城市的交通体系位居首位, 而地铁在城市综合交通体系中一般都担当骨

干。同时, 地铁沿线非地铁工程建筑也越来越多。为了保证地铁的正常运营, 必须对地铁进行变形监测, 特别是在非地铁施工可能影响到地铁结构时。广州地铁一号线已正常运营3a 。在某一地铁站附近设立商业城, 需要挖掘12m 深的基坑。为了监测基坑开挖对车站结构的影响, 而又不中断地铁的正常运营, 就不能采取传统的监测手段, 必须寻求新的监测方法来保证地铁的安全。受广州地铁保护办的委托, 我们开发了自动变形监测系统, 对地铁结构进行变形监测。1　监测系统组成

如图1所示, 监测系统由全站仪观测站、基准点(2个断面, J 11、J 12与J 21、J 22) 、变形点(5个断面, D 11、D 12、D 13与D 21、D 22、D 23、D 24等)、中继站计算机和远程监控计算机等组成。全站仪观测站与中继站计算机由供电和通讯电缆联接起来, 远程计算机通过因特网控制中继站计算机, 可监视并控制监测系统的运行。

2　监测系统现场设备安装

监测系统在地铁站的安装设备分布情况如图2所示。

图2　监测系统设备安装分布图

2. 1　全站仪观测站

特制的仪器墩安装在地铁左行线的站台下, 完全符合“区间直线地段矩形隧道及车辆界限”的有关安全规定, 如图3所示。

图3　观测站与监测点安装图

自动化全站仪TCA 通过基座固定在仪器墩上, 并用特制的D 型玻璃钢罩保护起来。为了便于观察监控, 在站台对面的站墙上安装一块60cm ×80cm 的平面玻璃镜, 在仪器站两边安装照

图1　监测系统框图

明设备。这样管理人员在站台上就可通过平面镜来观察仪器的运行情况。

收稿日期:2002-10-21; 修回日期:2002-11-29　　　　

作者简介:包欢(1975-) , 男, 安徽砀山人, 训练部工程师, 博士生, 主要从事3S 集成理论与技术研究。

　　　104测绘学院学报2003年

2. 2　基准点和变形点

基准点和变形点均设置在地铁站的左行线上。在仪器站到基坑的方向上, 从30m 处开始, 每隔15m 设置一变形点监测断面(如图2所示) , 在每一个断面上安装3～4个反射棱镜, 分布在铁轨中央1个, 站墙上、中、下各1个(如图3所示) 。基准点设置在仪器站的另一侧, 离仪器站65m 处为第1个基准断面, 40m 处为第2个基准断面。每个断面上安装2个反射棱镜, 分布在铁轨中及站墙下。所有反射棱镜均采用52mm 直径的角反射棱镜, 有L 型和O 型两种, 根据不同的现场条件来选用。

设置基准点与变形点的位置特别要利用仪器的小视场功能, 使之均匀分布在仪器望远镜的视场内, 相互不受干扰。2. 3　中继站计算机

中继站计算机设置在地铁站的监控亭内, 选用“联想”商用机。使用的软件为信息工程大学测绘学院和徕卡郑州欧亚测量系统有限公司开发的“ADM S 自动变形监测软件”, 完全中文界面, 便于操作与二次开发。

2. 4　供电和通讯系统

由于整个系统工作在地铁运行的环境中, 220V 主电网的供电应该是有保证的, 因此无需设置UPS 供电系统。220V 的交流供电由站台照明配电室提供线路。由于全站仪观测站与中继站计算机的通讯在100m 以内, 经特殊处理后, RS232接口可直接通讯。

3　监测系统软件ADMS 简介

ADMS (Automatic Deformation Monitoring System ) 自动变形监测软件是在学习、消化、吸收瑞士Leica 公司研制的自动极坐标测量系统AP -SWin (Automatic Polar Sy stem for Window s ) 的基础上, 通过实际的工程应用, 并结合国内用户的实际需求, 研制出的本地化智能型自动变形监测中文软件。

ADMS 软件提供了以下功能:对所要测量的

点位进行初始的学习测量; 在用户设置的时段内自动地进行测量; 当目标被遮挡及测量超限时智能化地处理; “小视场”功能, 当隧道中同一侧的测点很多时, 全站仪就会照错棱镜, 该功能使仪器视

场变小, 从而避免了这个问题; 实时多重差分改正, 最大限度地消除或减弱多种误差因素; 测量结果实时显示, 并可以以ASCI I 码文件输出; 变形趋势实时图解显示, 并可按照用户所要求的格式进行报表输出; 变形量超过限差值时自动报警; 可以自动地执行用户编制的外部程序, 具有良好的开放性; 数据库容量巨大, 测量周期数没有限制, 并且每个测量周期的测点数也没有限制。

本软件还可以对数据库进行适当的压缩以更好地利用存储空间; 测量数据可以实时采集, 也可以事后输入; 多重差分可以实时改正测量数据, 也可以事后进行; 计算机突然断电后, 再来电开机, 将自动运行ADM S , 自动初始化全站仪, 按照原来设置的各项参数自动开始下一个周期的测量。4　系统运行配置介绍

系统的变形点19个, 基准点4个, 共计23个, 每个点正倒镜观测2测回, 全部测完23个点称为1个周期, 用时约20min 。

每个小时测量1次, 每天可采集24个周期的原始数据。

在每小时中, 测量约占20min , 观测结束后15min 全站仪自动关机, 25min 后再次开始下一个周期的测量。5　测量数据分析

为监测地下商业城南端近地铁段基坑围护结构的变形, 采用传统方法在基坑南侧(地铁段) 布设了4个测斜管(见图2) , 以观测地铁站墙的变形。测斜管采用美国SINCO 公司生产的数字测斜仪, 埋设与站墙同深度, 为13m 。每0. 5m 测试1点, 经过数据处理, 得到基坑开挖过程中站墙在不同深度的变形。表1为基坑开挖进程。

m 　　　　　　　　

8月30日8. 8

9月3日10. 0

9月6日12. 0

基坑底

表1　基坑开挖进程表

日期基坑开挖深度

8月9日2. 0

8月17日3. 7

8月23日6. 3

8月27日8. 8

　　在基坑开挖进行锚杆施工过程中, 1、3、4号测斜管受到损坏, 只有2号测斜管可以进行监测。

图4为2号测斜管从8月17日9月13日的观测数据按不同的深度绘制的位移量图形, 图中的位

控制下实现全自动、高可靠的变形监测, 创造了有利条件。

4) 实时进行数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。

5) 自动报警。

图4　2号测斜管观测数据的位移图

6) 在短时间内同时求得被测点位的3维坐标, 可根据设计方案的要求作全方位的预报。

7) 系统维护方便, 运行成本低。

面对广泛的非地铁项目的工程建筑活动, 采用ADMS 系统的监控方法, 可以有效地保护地铁结构安全运行。而且这种保护行为, 时间上与地铁运营线路的生命周期共存, 空间上与地铁运营

图5　D 34点的全站仪观测位移图

线路的网络拓展规模同在, 其意义重大。参考文献:

[1]　张良琚, 徐忠阳, 包欢. 自动极坐标差分测量系统及其在大

坝外部变形监测中的应用[J ]. 测绘通报, 2001,(9) . [2]　JGJ /T 8-97, 建筑物变形测量规程[S ].

[3]　陈永奇, 吴子安, 吴中如. 变形监测分析与预报[M ]. 北京:

图6　D 44点的全站仪观测位移图

测绘出版社, 1998.

The Application of Automatic Deformation Monitoring System for

Structure Deformation of Subway

BAO Huan , XU Zhong -y ang , ZHANG Liang -ju

(Institute of S urveying and Mapping , Infor mation Engineer ing Univers ity , Zhengz hou 450052, China )

Abstract :This paper introduces the Automatic Deformation M onitoring System based on TCA totalstations instrument , depicts the locale proj ect

and optimizing des ign of subw ay structure deformation in time of nonsubw ay construction . By the factual appl ication , this system is steady and rel iable . It is competent for structure deformation monitoring . Key words :deformation observation ; underground engineering survey ; difference

责任编辑　陶大欣