地鐵下穿既有線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，徠卡解決方案
一、項(xiàng)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(yùn)營(yíng)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(duì)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(hào)線園～團(tuán)區(qū)間下穿4號(hào)線園～羅區(qū)間平面圖
二、項(xiàng)目重難點(diǎn)
1、 本項(xiàng)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(shí)擾動(dòng)影響程度為強(qiáng)烈，且下穿處為高填方亂地，對(duì)既有線的沉降及收斂有較大影響。
圖2 12號(hào)線園～團(tuán)區(qū)間下穿4號(hào)線園～羅區(qū)間剖面位置關(guān)系圖
2、 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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(cuò)臺(tái)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(dòng)注漿等施工。
圖3 園～羅區(qū)間現(xiàn)狀圖
3、 本項(xiàng)目對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求較高，且必須具備全天候24小時(shí)連續(xù)不間斷的監(jiān)測(cè)能力和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸的要求。下穿施工時(shí)，要求在30分鐘內(nèi)，需上報(bào)一期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告。
圖4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)頻率要求
4、 參與本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)工作的單位有施工方監(jiān)測(cè)單位和第三方監(jiān)測(cè)單位，相互獨(dú)立，相互驗(yàn)證。不僅要開展自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作，還要定期對(duì)該區(qū)域進(jìn)行人工水準(zhǔn)復(fù)核監(jiān)測(cè)。因此對(duì)測(cè)量精度的要求非常高，對(duì)使用的測(cè)量設(shè)備參數(shù)和性能要求也高。
5、 本項(xiàng)目屬于重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，受到各方高度關(guān)注和重視，對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)工作提出了較高的要求，不僅要保證施工過程中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)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(cè)工作主要為12號(hào)線園團(tuán)區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)對(duì)既有4號(hào)線園林路站安全影響提供實(shí)時(shí)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)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(duì)受影響的既有線進(jìn)行三維激光掃描，做現(xiàn)狀對(duì)比，分析影響。為配合軌道交通12號(hào)線園團(tuán)區(qū)間盾構(gòu)施工，及時(shí)了解既有4號(hào)線羅園區(qū)間隧道的變形情況，保障運(yùn)營(yíng)安全，擬投入多名專業(yè)技術(shù)人員參與，保證各個(gè)環(huán)節(jié)都有專人負(fù)責(zé)。
根據(jù)業(yè)主提出的監(jiān)測(cè)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，4號(hào)線羅園區(qū)間受在建地鐵12號(hào)線下穿影響監(jiān)測(cè)，上下行各布設(shè)1臺(tái)0.5秒級(jí)測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在施工盾構(gòu)期間自動(dòng)測(cè)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(cè)項(xiàng)目中，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)選擇瑞士徠卡TM60自動(dòng)全站儀（測(cè)量機(jī)器人）作為數(shù)據(jù)采集的儀器，配以GeoMoS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軟件，定時(shí)啟動(dòng)儀器進(jìn)行自動(dòng)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(cè)報(bào)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(dòng)式地鐵隧道檢測(cè)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(bào)告（包括環(huán)片錯(cuò)臺(tái)，收斂，滲漏，CAD收斂圖，錯(cuò)臺(tái)圖等）。
四、主要設(shè)備投入
1.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)
①投入2臺(tái)徠卡TM60 0.5秒 測(cè)量機(jī)器人；
②搭配1套徠卡GeoMoS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)操控軟件；
③采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)傳終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)傳終端TC-M1
2. 三維掃描
①投入1臺(tái)徠卡P40高精度三維激光掃描儀；
②搭配1套移動(dòng)式地鐵隧道檢測(cè)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(diǎn)云運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道檢測(cè)系統(tǒng)；
圖7 徠卡P40高精度三維激光掃描儀
圖8 移動(dòng)式地鐵隧道檢測(cè)小車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖9 三維激光點(diǎn)云運(yùn)營(yíng)期地鐵隧道檢測(cè)系統(tǒng)
五、項(xiàng)目實(shí)施：
在地鐵隧道影響區(qū)域左線布設(shè)25個(gè)斷面，右線布設(shè)24個(gè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別布設(shè)拱頂1個(gè)、拱腰2個(gè)，道床2個(gè)（且在每個(gè)斷面的道床監(jiān)測(cè)點(diǎn)旁，都布設(shè)一組人工水準(zhǔn)復(fù)核的測(cè)釘，與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證）。監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(diǎn)棱鏡采用徠卡圓棱鏡，布設(shè)在兩端監(jiān)測(cè)范圍外穩(wěn)定的區(qū)域，并使所有的棱鏡面正對(duì)工作基點(diǎn)（即測(cè)站點(diǎn)），布點(diǎn)示意圖如下。全站儀觀測(cè)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(dòng)桿，有必要的條件下對(duì)活動(dòng)螺桿用玻璃膠進(jìn)行黏貼，保證其在長(zhǎng)期觀測(cè)中不發(fā)生形變。
圖10 隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖
圖11 測(cè)量機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)布置示意圖
圖12 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)指揮部
六、項(xiàng)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(hào)線強(qiáng)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(dòng)提示并停測(cè)，需要及時(shí)處理。
圖13 全站儀工作異常和處理
2、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常和處理
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素影響（如列車運(yùn)營(yíng)行駛的振動(dòng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)人為破壞等），造成測(cè)量值異常時(shí)，需綜合分析判斷數(shù)，謹(jǐn)慎上報(bào)。
圖14 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常和處理
3、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比
由于該項(xiàng)目施工對(duì)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(diǎn)關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，并對(duì)多方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，以驗(yàn)證和確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)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(shì)。
圖15 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比
4、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警
12號(hào)線右線第2次開始正穿期間，既有4號(hào)線各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目累計(jì)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(chǎng)工況，綜合判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為真實(shí)數(shù)據(jù)，且監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完全反映了既有4號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)受施工影響出現(xiàn)的形變?nèi)^程，隨即主動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警并上報(bào)，隨后地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司收到預(yù)警報(bào)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(huì)議，商討解決方案。最終徠卡自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為施工單位及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，提供了大量真實(shí)精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)判斷起到了關(guān)鍵性的作用。
圖16 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)
圖17 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家咨詢會(huì)
圖18 專家咨詢意見
七、項(xiàng)目小結(jié)：
1、針對(duì)安全影響風(fēng)險(xiǎn)較高的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，選用久經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)了的性能優(yōu)異且技術(shù)過硬的產(chǎn)品，是項(xiàng)目監(jiān)測(cè)工作得以順利開展的最為關(guān)鍵一步，尤為重要。本項(xiàng)目采用了徠卡自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全套的解決方案（徠卡TM60+GeoMoS），成功的為客戶解決了項(xiàng)目中面臨的各項(xiàng)疑難問題。
2、一套具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅能客觀的反映施工全過程對(duì)既有線地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響程度，還是監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(shí)性， 徠卡GeoMoS獲取數(shù)據(jù)、計(jì)算、分析和輸出結(jié)果，全程都是自動(dòng)化完成，程序不開源。不能對(duì)原始數(shù)據(jù)做任何修改和編造，確保數(shù)據(jù)100%真實(shí)可靠，監(jiān)測(cè)結(jié)果100%精準(zhǔn)可信。
3、軌道交通三維移動(dòng)測(cè)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(cè)新技術(shù)與新裝備，具有效率高、機(jī)動(dòng)靈活、安全可靠、適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)、功能全面等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)中的現(xiàn)狀調(diào)查工作，是非常必要且重要的。
