地鐵下穿既有線自動化監(jiān)測，徠卡解決方案
一、項目概況
擬建某市軌道交通某線路某站盾構(gòu)區(qū)間，下穿既有運營線路，與既有某線路區(qū)間隧道最小豎向凈距約5.9m～6.3m。隧道推進(jìn)結(jié)束后對隧道變形尚未穩(wěn)定區(qū)段頂部進(jìn)行雙液二次注漿加固。
圖1 12號線園～團(tuán)區(qū)間下穿4號線園～羅區(qū)間平面圖
二、項目重難點
1、 本項目距離既有線較近，最小豎向凈距約5.9m～6.3m，下穿盾構(gòu)施工時擾動影響程度為強烈，且下穿處為高填方亂地，對既有線的沉降及收斂有較大影響。
圖2 12號線園～團(tuán)區(qū)間下穿4號線園～羅區(qū)間剖面位置關(guān)系圖
2、 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計，下穿影響范圍內(nèi)既有線園~羅區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)存在管片裂縫、管片破損、管片錯臺等現(xiàn)狀病害情況。并了解到有關(guān)單位正在該區(qū)域進(jìn)行病害治理，包括鋼環(huán)加固、縱向拉結(jié)、微擾動注漿等施工。
圖3 園～羅區(qū)間現(xiàn)狀圖
3、 本項目對自動化監(jiān)測系統(tǒng)的要求較高，且必須具備全天候24小時連續(xù)不間斷的監(jiān)測能力和數(shù)據(jù)實時傳輸的要求。下穿施工時，要求在30分鐘內(nèi)，需上報一期監(jiān)測數(shù)據(jù)報告。
圖4 自動化監(jiān)測頻率要求
4、 參與本項目監(jiān)測工作的單位有施工方監(jiān)測單位和第三方監(jiān)測單位，相互獨立，相互驗證。不僅要開展自動化監(jiān)測工作，還要定期對該區(qū)域進(jìn)行人工水準(zhǔn)復(fù)核監(jiān)測。因此對測量精度的要求非常高，對使用的測量設(shè)備參數(shù)和性能要求也高。
5、 本項目屬于重點建設(shè)項目，受到各方高度關(guān)注和重視，對相關(guān)監(jiān)測工作提出了較高的要求，不僅要保證施工過程中監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還必須要有完善的應(yīng)急預(yù)案，如遇突發(fā)情況，能及時響應(yīng)，快速作出分析和處理的能力。
三、解決方案
本次監(jiān)測工作主要為12號線園團(tuán)區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)對既有4號線園林路站安全影響提供實時的自動化監(jiān)測，主要監(jiān)測內(nèi)容包括凈空收斂、拱頂沉降、道床水平位移、道床沉降、結(jié)構(gòu)沉降。并在施工前和施工后對受影響的既有線進(jìn)行三維激光掃描，做現(xiàn)狀對比，分析影響。為配合軌道交通12號線園團(tuán)區(qū)間盾構(gòu)施工，及時了解既有4號線羅園區(qū)間隧道的變形情況，保障運營安全，擬投入多名專業(yè)技術(shù)人員參與，保證各個環(huán)節(jié)都有專人負(fù)責(zé)。
根據(jù)業(yè)主提出的監(jiān)測要求及現(xiàn)場實際情況，4號線羅園區(qū)間受在建地鐵12號線下穿影響監(jiān)測，上下行各布設(shè)1臺0.5秒級測量機(jī)器人進(jìn)行自動化監(jiān)測。在施工盾構(gòu)期間自動測量地鐵隧道結(jié)構(gòu)拱頂、兩腰以及地鐵道床在三維方向—X、Y、Z方向（其中：X、Y為水平方向，Z為垂直沉降方向）的變形值。
在該監(jiān)測項目中，自動化監(jiān)測選擇瑞士徠卡TM60自動全站儀（測量機(jī)器人）作為數(shù)據(jù)采集的儀器，配以GeoMoS自動化監(jiān)測軟件，定時啟動儀器進(jìn)行自動化數(shù)據(jù)采集，采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后，生成變形監(jiān)測報表。現(xiàn)狀調(diào)查三維激光掃描工作則選用徠卡P40高精度三維激光掃描儀，搭配移動式地鐵隧道檢測小車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，經(jīng)內(nèi)業(yè)軟件處理后，生成成果報告（包括環(huán)片錯臺，收斂，滲漏，CAD收斂圖，錯臺圖等）。
四、主要設(shè)備投入
1.自動化監(jiān)測
①投入2臺徠卡TM60 0.5秒 測量機(jī)器人；
②搭配1套徠卡GeoMoS自動化變形監(jiān)測操控軟件；
③采用自動化監(jiān)測數(shù)傳終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸；
④供電方式采用隧道區(qū)間的檢修用電（220V市電）。
圖5 徠卡TM60+徠卡GeoMoS軟件
圖6 自動化監(jiān)測數(shù)傳終端TC-M1
2. 三維掃描
①投入1臺徠卡P40高精度三維激光掃描儀；
②搭配1套移動式地鐵隧道檢測小車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
③內(nèi)業(yè)處理采用三維激光點云運營期地鐵隧道檢測系統(tǒng)；
圖7 徠卡P40高精度三維激光掃描儀
圖8 移動式地鐵隧道檢測小車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖9 三維激光點云運營期地鐵隧道檢測系統(tǒng)
五、項目實施：
在地鐵隧道影響區(qū)域左線布設(shè)25個斷面，右線布設(shè)24個斷面，每個監(jiān)測斷面5個監(jiān)測點，分別布設(shè)拱頂1個、拱腰2個，道床2個（且在每個斷面的道床監(jiān)測點旁，都布設(shè)一組人工水準(zhǔn)復(fù)核的測釘，與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)相互驗證）。監(jiān)測點采用徠卡L型小棱鏡，分別固定在道床底板及結(jié)構(gòu)側(cè)墻和拱頂處，基準(zhǔn)點棱鏡采用徠卡圓棱鏡，布設(shè)在兩端監(jiān)測范圍外穩(wěn)定的區(qū)域，并使所有的棱鏡面正對工作基點（即測站點），布點示意圖如下。全站儀觀測支架安裝需平衡穩(wěn)固，在支架安裝完成后，在支架上安裝基座，通過微調(diào)螺旋調(diào)整支架至基座氣泡居中，然后通過反向螺絲鎖緊支架活動桿，有必要的條件下對活動螺桿用玻璃膠進(jìn)行黏貼，保證其在長期觀測中不發(fā)生形變。
圖10 隧道監(jiān)測點布置圖
圖11 測量機(jī)器人現(xiàn)場布置示意圖
圖12 項目現(xiàn)場指揮部
六、項目展示：
1、全站儀工作異常和處理
下穿期間，施工影響迫使既有4號線強烈影響區(qū)內(nèi)隧道管片發(fā)生形變，間接影響全站儀的姿態(tài)，使其出現(xiàn)水平偏移，超限等情況，系統(tǒng)能自動提示并停測，需要及時處理。
圖13 全站儀工作異常和處理
2、監(jiān)測數(shù)據(jù)異常和處理
監(jiān)測數(shù)據(jù)因現(xiàn)場環(huán)境等因素影響（如列車運營行駛的振動，監(jiān)測點人為破壞等），造成測量值異常時，需綜合分析判斷數(shù)，謹(jǐn)慎上報。
圖14 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常和處理
3、監(jiān)測數(shù)據(jù)對比
由于該項目施工對既有線的安全影響較大，各方非常重視。在盾構(gòu)下穿期間，重點關(guān)注監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，并對多方監(jiān)測數(shù)據(jù)做對比分析，以驗證和確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性，從而全面的掌握隧道結(jié)構(gòu)受施工影響產(chǎn)生的形變程度和發(fā)展趨勢。
圖15 監(jiān)測數(shù)據(jù)對比
4、監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警
12號線右線第2次開始正穿期間，既有4號線各監(jiān)測項目累計變化量突升至6mm左右，且直接影響區(qū)均已超警戒值。結(jié)合數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場工況，綜合判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)為真實數(shù)據(jù)，且監(jiān)測系統(tǒng)完全反映了既有4號線隧道結(jié)構(gòu)受施工影響出現(xiàn)的形變?nèi)^程，隨即主動對監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警并上報，隨后地鐵運營有限公司收到預(yù)警報告后，立即向施工單位發(fā)函，施工單位回復(fù)擇日將組織專家召開會議，商討解決方案。最終徠卡自動化監(jiān)測系統(tǒng)為施工單位及時采取應(yīng)對措施，提供了大量真實精準(zhǔn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對現(xiàn)場施工進(jìn)度和風(fēng)險判斷起到了關(guān)鍵性的作用。
圖16 監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)計
圖17 風(fēng)險評估專家咨詢會
圖18 專家咨詢意見
七、項目小結(jié)：
1、針對安全影響風(fēng)險較高的自動化監(jiān)測項目，選用久經(jīng)市場檢驗了的性能優(yōu)異且技術(shù)過硬的產(chǎn)品，是項目監(jiān)測工作得以順利開展的最為關(guān)鍵一步，尤為重要。本項目采用了徠卡自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)全套的解決方案（徠卡TM60+GeoMoS），成功的為客戶解決了項目中面臨的各項疑難問題。
2、一套具有實時性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能客觀的反映施工全過程對既有線地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響程度，還是監(jiān)測項目能否成功的前提條件。客戶在使用過程中，最關(guān)心的是數(shù)據(jù)的真實性， 徠卡GeoMoS獲取數(shù)據(jù)、計算、分析和輸出結(jié)果，全程都是自動化完成，程序不開源。不能對原始數(shù)據(jù)做任何修改和編造，確保數(shù)據(jù)100%真實可靠，監(jiān)測結(jié)果100%精準(zhǔn)可信。
3、軌道交通三維移動測量系統(tǒng)作為軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的全斷面多元信息高精度快速獲取與分析檢測新技術(shù)與新裝備，具有效率高、機(jī)動靈活、安全可靠、適應(yīng)環(huán)境強、功能全面等優(yōu)點，可以準(zhǔn)確的得到地下隧道的水平收斂值、橢圓度值、滲漏水情況等。通過隧道收斂、橢圓度、滲漏水信息可得到隧道的變形和病害情況。因此三維激光掃描應(yīng)用于地保監(jiān)測中的現(xiàn)狀調(diào)查工作，是非常必要且重要的。
