远程自动连续监测系统在复杂地铁工程中的应用

1、远程自动连续监测系统在复杂地铁工程中的应用 摘 要:远程自动继续监测系统具有数据采集、交换、处理和反馈4个方面的功能,由现场监测和数据采集系统、主控计算机系统及应用终端系统3部分组成。现场监测和数据采集系统由电水平尺、数码测缝计、智能数码位移计等测试设备和自动数据采集器组成,安装在车站;主控计算机系统安装在站台办公室;应用终端系统分离安装在监测单位、施工单位和运营公司。监测系统可以设定为自动工作,也可以改由操作人员手动控制。通过对监测数据回归分析,可以预报测点可能的终于位移值和既有线路的平安情况。在地铁5号线左线采用浅埋暗挖法下穿地铁2号线雍和宫车站工程中,应用此系统实时监测既有轨道等结构物的

2、变形状况,保障了既有地铁2号线的正常运营。 随着北京新建地铁工程的发展,消失在建地铁线路穿越既有地铁线路的复杂地下工程,比如在建的地铁5号线在崇文门站、雍和宫站和平里北街站区间线路下穿地铁2号线等。为保证既有线路和车站的平安及正常运营,在施工期间,务必对既有结构举行全天候的实时量测监控。传统监测技术在高密度的行车区间内无法实施,且不能满意对大量数据采集、分析并准时精确地反馈。因此,务必建立和完美地下工程远程自动继续监测系统,对既有结构的平安和工程风险举行实时监测和反馈,从而有效地控制工程事故的发生,为保证既有线运营平安供应科学依据。 1 远程自动继续监测系统的功能 远程自动继续监测系统务必具有

3、数据采集、交换、处理和反馈4个方面的功能1。 (1)监测数据自动继续标准化采集。对既有线的结构沉降、水平位移、轨道变形、裂缝开度等数据自动继续实时采集,并根据标准数据格式保存。 (2)牢靠的数据传输与分享。数据在监测单位、施工单位、运营公司之间能迅速传输和分享, 防止意外状况而引起监测系统异样。系统所涉及的监测仪器、软件、硬件和网络务必稳定牢靠。 (3)与施工工况协调。监测单位与施工单位协作,按照监测数据反映出来的逻辑调节施工措施与施工参数。 (4)后台数据处理与分析推断。对采集的监测数据举行处理,分析、推断数据的可信度和数据代表的工程风险程度,自动举行平安报警。 (5)准时举行信息反馈。利用

4、PDA(PersonalDigitalAssistant)、手机短信、电子邮件等信息终端发布信息,使监测单位、施工单位和运营单位在第一时光自动猎取需要的信息。同时供应其他多种形式的数据服务,以满意不同的需求。 (6)便利查阅资料。在实时监测得到的海量监测数据中,可能夹杂错误的数据。应在资料存档阶段举行处理,如剔除错误数据、转成Excel报表等,以便利工程相关人员查阅、研究。 2远程自动继续监测系统组成 系统由现场监测和数据采集系统、主控计算机系统和应用终端系统3部分组成。现场监测和数据采集系统由电水平尺、数码测缝计、智能数码位移计等测试设备和自动数据采集器组成,安装在车站;主控计算机系统安装在

5、站台办公室;应用终端系统分离安装在监测单位、施工单位和运营单位。监测系统可以设定为自动工作,也可以由操作人员改成手动控制2,3。监测系统结构如图1所示。 2.1 现场监测项目与仪器 (1)结构沉降采用静力水准仪监测,监测范围约30m。桥梁、地面及轨道的不匀称沉降监测,采用电水平尺,监测范围在3050m。 静力水准仪是一种用于测量多点相对沉降的高精密液位系统测量仪,一系列的传感器均采用通液管衔接,每一容器的液位由一精密振弦式传感器测出,该传感器挂有1个自由浮筒,当液位发生变化,浮筒的悬浮力即被传感器感应。在多点系统中,全部传感器的垂直位移均是相对于基准点的,基准点的垂直位移是相对恒定的,或者是可

6、用于其他人工观测手段精确决定的,以便能准确计算静力水准系统各测点的沉降变化。 电水平尺是由1个电解质倾角传感器固定在1根刚性金属梁内构成,用于检测结构物不同程度的倾斜和移动。梁一般长13m,用锚栓安装在结构物上。倾角传感器为精密的气泡式水准仪,象电桥电路一样工作,按照传感器的倾角变化输出相应的位移,此位移就是被监测结构物的移动距离。位移L与倾角的关系是: L=L(sin1-sin0) 式中:L为梁的长度;1为现时倾角值;0为初始倾角值。 (2)既有线路结构或者车站结构上的变形缝、结构与道床裂缝,采用可接数据采集器的三向测缝计监测。测缝计是电感调频类智能数码位移传感器,传感器两端的万向结构适用于

7、各种场合的位移测量。测缝计的外型是直径15mm、长170mm的圆柱体,量程达100mm,敏捷度为0.01mm。将测缝计安装在精制的支架上可实现三向变位的监测。 (3)轨距动态扩张采用智能数码位移计监测。位移计的原理与测缝计的原理相同,但它可以衔接加长杆,实现较大距离的相对位移的监测。量程达100mm,精度为0.01mm。 2.2 监测数据采集与远程传送6,7 待设备布置调试好后,读取各监测项目的监测值,取3次监测数据的算术平均值作为初始监测值。然后按照监测方案,在计算机软件系统中设置监测频率,通过监测设备采集监测数据。 监测设备采集的监测数据通过电缆传输到数据采集器上,数据采集器汇总后通过通讯

8、线路传输到主控计算机,主控计算机处理后通过公共网络传输到监测单位、运营公司和施工单位,实现数据的远程传送。 2.3 监测数据的后台分析处理与反馈 主控计算机接收到监测数据后,通过专业技术软件举行收拾、计算、存盘,绘制各种表格及曲线图,当曲线趋于平缓时推算出终于值。各监测项目的原始数据也可以按照需要采用人工方式分析处理。 将计算机数据分析处理结果传输到监测、运营、施工单位,各单位按照现场状况和工程阅历,推断地层支护结构的稳定性,确定是否需要调节设计参数、转变施工方法或采用辅助施工措施,从而完成信息的反馈。 囫囵监测的流程见图2。 3 数据处理 原始数据经过审核、消退错误和取舍之后,形成日变化数量

9、和累计变化值,存入管理数据库。按照数据计算结果,绘出各监测项目观测值与施工工序、施工进度及开挖过程的关系曲线,并按规定格式提交报表8,9。 对监测数据举行回归分析,以预报该测点可能消失的终于位移值和既有线路的平安情况。变形与时光、变形与开挖进尺关系曲线按下列函数形式举行回归分析和图形处理。 u=Alg(1 T) (1) u=Ae-B/T (2) u=T/(A BT) (3) u=A(e-B/T-eB/T ) (4) u=AT2 BT C (5) 式中:u为累计变形值;T为量测时光或进尺;A,B和C分离为回归常数。 按照回归曲线的拟合程度,抉择相关系数最大或方差最小的函数为该量测数据的回归拟合曲

10、线。以所抉择的回归拟合曲线趋势值、变化率与信息反馈基本判别准则举行比较,推断地层被扰动状态和洞室稳定状态。倘若消失反常曲线,如图3所示,表明围岩和支护呈不稳定状态,应加强监视和庇护措施,立刻通知甲方、运营公司、施工单位及相关部门。须要时停止开挖并举行施工处理。 4 工程应用实例 地铁5号线的左线采用浅埋暗挖法下穿地铁2号线雍和宫车站。该浅埋暗挖段从雍和宫站动身,向北穿越环线地铁及护城河,终止于1号和2号盾构井。地铁5号线的顶板与地铁2号线的底板净距离约为36cm,浅埋暗挖法穿越长度为22.9m,采用上、下台阶法施工,断面尺寸为600cm×655cm,由北向南开挖。地铁5号线和2号线的

11、穿越关系如图4所示。 对既有线路所造成的影响主要包括车站的沉降、结构的弯曲和扭曲变形、变形缝的扩展和错动。对行车平安造成重大威逼10,11。采用远程自动继续监测系统举行监测,主要举行轨道的变位监测、2号线变形缝的监测。监测项目如表1所示,主要测点布设如图5所示。在下穿暗挖施工过程中,举行全程监测,准时处理准时反馈12。 图6为计算机显示的某一典型电水平尺测点的沉降历时曲线。通过该曲线可以看到,在曲线急剧下降段,施工对既有2号线轨道结构产生了较大影响,务必实行施工措施举行控制,否则可能造成行车事故。通过施工单位对开挖面准时封闭,举行加强支护后,该测点沉降较快稳定下来。按照该曲线变化趋势举行回归分析,得出终于沉降在3·0mm附近,确保既有线平安运营。 5 结 语 通过远程自动继续监