地鐵隧道安全監(jiān)測(cè)

地鐵隧道平安監(jiān)測(cè)

.前言隨著經(jīng)濟(jì)的高速開(kāi)展，我國(guó)公路建設(shè)的步伐越來(lái)越快。作為其重要組成局部的隧道，數(shù)量也在不斷增加。在隧道不斷竣工的同時(shí)，數(shù)量越來(lái)越多的隧道進(jìn)入了“老齡〞階段。如何在保證平安的前提下，充分發(fā)揮這些隧道的作用，值得人們關(guān)注。大局部的隧道都配有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但其僅僅對(duì)照明，通風(fēng)，火災(zāi)等環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，未能對(duì)隧道的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦隧道拱頂發(fā)生下沉，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致坍塌，其后果不可估量。.目錄產(chǎn)生原因?qū)е潞蠊O(jiān)測(cè)遵循的根本原那么基于GIS和激光斷面的兩種平安監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)束語(yǔ).產(chǎn)生原因在已建立或在建立中的地鐵城市中，在地鐵隧道沿線附近或上方進(jìn)行非地鐵施工的建設(shè)工程越來(lái)越多，這些工程存在卸載，加載，抽水，降水或振動(dòng)等施工程序或因素，他們可能對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)變形，傾斜，位移，隆起或沉降等等影響。.導(dǎo)致后果可能引起隧道結(jié)構(gòu)橫截面產(chǎn)生水平或豎直位移可能引起隧道不均勻縱向變形可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)局部發(fā)生橫向或豎向變形〔對(duì)于不同工法構(gòu)成的隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響〕道床差異達(dá)6mm以上須重新鋪設(shè)，在變形嚴(yán)重的情況下甚至?xí)嵏擦熊?chē)，引發(fā)事故.補(bǔ)充

當(dāng)隧道變形變位到達(dá)一定的量值后：暗挖法，使地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沿隧道結(jié)構(gòu)縱向或橫向的裂縫，隧道結(jié)構(gòu)的防水性能和耐久性隨之降低盾構(gòu)法，使縱縫接頭和環(huán)縫接頭增大張開(kāi)量，隧道的防水性和耐久性隨之降低，特別是當(dāng)縱縫接頭和環(huán)縫接頭張開(kāi)量達(dá)5mm以上時(shí)，隧道將遭到無(wú)可挽回的損壞。如果隧道發(fā)生上述的性能降低或損壞，快速地鐵列車(chē)的運(yùn)營(yíng)將受到制約甚至?xí)l(fā)生平安事故。首先，結(jié)構(gòu)變形可能會(huì)降低列車(chē)的運(yùn)營(yíng)性能和效率，其次，可能增大列車(chē)與輪軌之間的摩擦，從而加快列車(chē)車(chē)輪和輪軌的損耗，除此之外，當(dāng)?shù)罔F道床隆起或沉降3mm以上時(shí)，需對(duì)路軌進(jìn)行調(diào)整，影響地鐵運(yùn)營(yíng)。.

所以為了確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)平安，同時(shí)為了信息化指導(dǎo)非地鐵施工，需對(duì)受施工影響范圍內(nèi)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道進(jìn)行變形變位自動(dòng)監(jiān)測(cè)，目的就是，一，準(zhǔn)確測(cè)量出隧道結(jié)構(gòu)局部或整體變形的準(zhǔn)確位置，大小量值，變形方向和變化速率，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)并準(zhǔn)確的掌握非地鐵施工過(guò)程中對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)和地鐵運(yùn)營(yíng)平安影響的程度，以便采取針對(duì)性的預(yù)防措施防止隧道結(jié)構(gòu)局部或整體變形變位擴(kuò)散；二是為了檢測(cè)對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的平安保護(hù)設(shè)計(jì)及施工是否到達(dá)保護(hù)目的，及時(shí)消除影響隧道結(jié)構(gòu)平安的隱患。.監(jiān)測(cè)應(yīng)遵循的根本原那么注意地鐵隧道結(jié)構(gòu)平安監(jiān)測(cè)注意監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人，機(jī)和工作程序協(xié)調(diào)一致監(jiān)測(cè)技術(shù)必須控制到位及時(shí)提出可行性措施保障地鐵平安運(yùn)行.基于GIS的平安監(jiān)測(cè)系統(tǒng)瑞士萊卡TCA2003/1800全站儀測(cè)角精度〔一測(cè)回方向標(biāo)準(zhǔn)偏差〕0.52，測(cè)距精度1mm+1ppm

具有ATR功能的TCA2003/1800全站儀，把地面測(cè)量設(shè)備帶入了測(cè)量機(jī)器人的時(shí)代，并以性能穩(wěn)定可靠著稱利用ATR功能，白天和黑夜〔無(wú)需照明〕都可以工作，合作目標(biāo)只是普通的反射棱鏡具有激光對(duì)點(diǎn)器；可加配EGL導(dǎo)向光；配備RCS遙控器可組成單人測(cè)量系統(tǒng)

可通過(guò)GeoBasic工具，用戶可自開(kāi)發(fā)機(jī)載應(yīng)用軟件；在GeoCOM模式下，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的控制，可組成各種自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量辦公軟件SurveyOffice或LeicaGeo-Office的幫助下，可把儀器內(nèi)PC卡上保存的數(shù)據(jù)輕松地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測(cè)量或變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域.某自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平面布置監(jiān)測(cè)斷面布置10-15m；差異沉降的影響最重要；選取與隧道結(jié)構(gòu)，地質(zhì)構(gòu)造；非地鐵施工影響和隧道采取的保護(hù)措施，隧道施工縫，不同隧道結(jié)構(gòu)連接處和隧道跨度變化處監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置隧道跨度，結(jié)構(gòu)受力，非地鐵施工和隧道內(nèi)部設(shè)備情況基準(zhǔn)點(diǎn)變形區(qū)域外50m以外.隧道斷面構(gòu)成圖和斷面

.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成與建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成包括兩個(gè)局部一是由上述的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)斷面，基準(zhǔn)點(diǎn)和隧道段等反響變形變位特征的點(diǎn)線面；一是有檢測(cè)儀器設(shè)備，軟件和信息解調(diào)傳輸裝置等硬軟件。檢測(cè)系統(tǒng)的建立如圖，以上行線為例，設(shè)立3個(gè)監(jiān)測(cè)段A1，B1，C1，分別設(shè)立一臺(tái)徠卡TCA2003/1800自動(dòng)全站儀〔編號(hào)JD1，JD2，JD3〕來(lái)負(fù)責(zé)各監(jiān)測(cè)段的隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)區(qū)域兩端各設(shè)置1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，因與下行線聯(lián)測(cè)，所以基準(zhǔn)點(diǎn)總設(shè)置4個(gè)。4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)〔JZ1，JZ2，JZ3，JZ4〕均安裝萊卡反射棱鏡，儀器和基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成該監(jiān)測(cè)區(qū)域完整的包括動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)導(dǎo)線的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：JZ1-JD1-JD2-JD3-JZ2-JD4。下行線也分三個(gè)監(jiān)測(cè)段：A2，B2，C2，各分別設(shè)置一臺(tái)徠卡自動(dòng)全站儀。與和上行線一樣構(gòu)成完整的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)各監(jiān)測(cè)段的地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。.特點(diǎn)實(shí)際上建立了一個(gè)四維空間坐標(biāo)系統(tǒng)采用自動(dòng)動(dòng)態(tài)導(dǎo)線測(cè)量和極坐標(biāo)測(cè)量方法將各功能系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的能全方位測(cè)量隧道結(jié)構(gòu)局部和完整變形特征的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)能自動(dòng)，系統(tǒng)，完整，連續(xù)，及時(shí)，準(zhǔn)確的測(cè)量處隧道結(jié)構(gòu)局部和整體變形變位的準(zhǔn)確位置，大小量值，變形方向和變化速率，使我們能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)并準(zhǔn)確的掌握非地鐵施工對(duì)地鐵隧道影響的程度，能夠盡早采取針對(duì)性的預(yù)防措施，信息化指導(dǎo)非地鐵施工，保障地鐵隧道結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)平安。

.基于激光斷面的平安監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由終端工控機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸模塊，激光測(cè)距系統(tǒng)，云臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)和PLC系統(tǒng)功能步進(jìn)電機(jī)在PLC的控制下，使云臺(tái)帶動(dòng)激光測(cè)距系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一定的角度，激光測(cè)距系統(tǒng)就行一次斷面掃描；激光測(cè)距系統(tǒng)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊送至終端的工控機(jī)；對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中假設(shè)檢驗(yàn)的方法對(duì)激光測(cè)距系統(tǒng)測(cè)得的截面積進(jìn)行分析，由此來(lái)判斷隧道形狀是否發(fā)生變化，據(jù)此對(duì)隧道的平安情況進(jìn)行分析判斷。.測(cè)量原理采用德國(guó)SICK公司生產(chǎn)的LMS200無(wú)接觸式測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍〔m〕0~80掃描角度〔°〕0~180角度分辨率〔°〕0.25響應(yīng)時(shí)間〔ms〕53安裝位置隧道縱向軸線與拱腳水平基線的交叉點(diǎn)，這樣安置不僅對(duì)交通運(yùn)行無(wú)阻，并且為測(cè)量和數(shù)據(jù)分析帶來(lái)了極大的方便。

.云臺(tái)旋轉(zhuǎn)范圍示意圖

.隧道軸測(cè)圖

.控制原理激光測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量隧道截面時(shí)，采用逐個(gè)截面的原理，這就需要控制系統(tǒng)能夠控制激光測(cè)距系統(tǒng)沿隧道軸向的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，到達(dá)測(cè)量多個(gè)截面的目的。本控制系統(tǒng)主要由PLC、步進(jìn)電機(jī)和工控機(jī)組成。PLC以微處理技術(shù)為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，使用面向用戶、面向過(guò)程的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)言。本系統(tǒng)選用的PLC為松下公司生產(chǎn)的FP0系列產(chǎn)品。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成直線位移或角位移的執(zhí)行元件，每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí)，其輸出軸便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度；因此，可以利用PLC輸出來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)安裝有激光測(cè)距系統(tǒng)的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

.數(shù)據(jù)處理在隧道處于良好狀態(tài)時(shí)先進(jìn)行一段時(shí)間的測(cè)量，從測(cè)量的結(jié)果中隨機(jī)取n〔n≥50〕個(gè)測(cè)量值進(jìn)行均值，方差和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，并用該計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正態(tài)分布時(shí)的參數(shù)計(jì)算，將估計(jì)的參數(shù)作為正態(tài)分布下的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。下面以第一個(gè)截面的n次測(cè)量值為例，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，計(jì)算公式如下：假設(shè)第一個(gè)截面的n個(gè)測(cè)量面積為C01、C02、C03…C0i…C0n-1、C0n均值：方差：標(biāo)準(zhǔn)差：

.在后期的采樣測(cè)量中，可以利用上面所確定的參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。由于采樣為大樣本，那么假設(shè)樣本服從X~N(μ,δ)的正態(tài)分布，其檢驗(yàn)的過(guò)程如下：假設(shè)在后期測(cè)量中，第一個(gè)截面隨機(jī)選取的n個(gè)截面面積分別為：C′01、C′02、C′03…C′0i…C′0n-1、C′0n。那么各統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：樣本均值：樣本標(biāo)準(zhǔn)差：在大樣本條件下，和

.都近似服從正態(tài)分布，然后提出假設(shè)檢驗(yàn)，與所需要選定的值進(jìn)行比較，假設(shè)假設(shè)不成立，即認(rèn)為判斷的錯(cuò)