深基坑施工影响下地铁自动化监测研究

来源：52监测

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编前语

随着我国城市化建设，城市中的高层、地下多层建筑物不断增多。在这些建筑物施工的过程中，基坑的开挖会对周边建筑物、地下管道、路面结构的变形产生一定的影响。

邻近地铁隧道的深基坑工程的施工也会引起地铁隧道结构的变形，严重的甚至会影响地铁隧道结构的稳定和运营的安全。

为信息化指导施工及确保地铁运营期间的安全，需要对地铁隧道结构进行形变监测。

基于高精度全站仪的自动化监测系统能够实现地铁隧道结构安全监测的自动化、实时化、智能化，系统维护方便，运行成本低。

一、工程概况

广州市某深基坑工程东侧毗邻侨光西路，工程地块大致呈方形，北侧开挖深度为23.94m，塔楼处基坑开挖深度为24.94m；基坑南侧位于地铁隧道正上方，开挖深度为20.14m。

基坑正下方为地铁六号线一德路至海珠广场站区间盾构隧道。地铁隧道结构顶面埋深约为28.5m。基坑开挖到底后，区间盾构隧道结构顶面正上方的岩层厚度约为 8.2-8.5m，托换梁部位约为4.7-5.0m。

上图为基坑支护体系与地铁隧道三维效果。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》，本工程监测影响等级为特级，监测项目包括地铁隧道结构体的沉降、水平位移。

二、自动化监测系统组成

基于全站仪的自动化监测系统由控制端、服务器、客户端3部分组成（见下图 ），各部分之间通过无线网络进行数据传输。

以具有 ATR 自动搜索目标功能和伺服马达功能的高精度全自动全站仪为测量工具，并配备 L 型圆棱镜，采用后方交会及极坐标测量原理，测量各点的三维坐标进而求解监测点的变化量。

控制端

控制端是数据收发的控制终端，由计算机、通讯设备、自主研发的服务器版监测软件等组成，可派发指令给控制仪器进行数据采集，并对接收数据进行计算和分析，生成变形曲线。

服务器端

服务器由服务器管理软件、数据库及通讯软件 3 部分组成，有固定的 IP 地址，是控制端与客户端的网络交互平台。

客户端

客户端是系统进行数据采集和无线通讯的终端，由全自动高精度全站仪、工控机（计算机）、无线通讯模块、继电器、变压器以及布设于地铁隧道结构上的监测点（L 型圆棱镜）组成。

为了节省空间，将工控机、无线通讯模块、继电器、变压器组装到一个机箱中（见下图）。

工控机中安装单机版自动测量模块，负责调度作业，对监测数据进行预处理，然后通过无线模块将数据传输至服务器数据库。

三、自动化监测点布置

1）监测点布置

受基坑施工影响范围内的地铁隧道上、下行各布设18个监测断面 ，每个断面间隔约5m，共36个断面；两端外延约25m 布设对比断面，每个监测断面布设5个监测点，分别在隧道顶部布设1个监测点、隧道两侧各布设1个监测点、隧道底部布设2个监测点。

2）基准点布置

受施工影响范围之外的稳定区域布设两组基准点。每组基准点在大小里程方向各布设3个基准点，共布设8个基准点作为基准控制网。

3）测站布置

测站是整个系统的数据采集和无线通讯终端，由全自动全站仪、工控机、数据通讯设备、电缆、仪器支架以及其他附件组成。

在六号线上、下行线测区中间部位各布设一个测站，全自动全站仪及其他附属设备安装在隧道侧腰位置，为不影响列车运行，安装测站时须考虑隧道限界。

四、监测难点及提高监测精度的措施

1）剔除隧道内气流变化的影响

地铁在运行中，隧道内会有很大气流通过，直接影响测点的测量结果。在监测过程中若观察到这种变化的影响，可用预置限差的办法来剔除这些干扰数据。

2）消除地铁运行过程中地基振动的影响

地铁在运行中会产生较大的振动，为了克服振动对测量结果的影响，可选择具有双轴自动补偿技术的全站仪。当仪器的竖轴倾斜量小于补偿器的补偿范围时，补偿器就能对测量的角度值自动进行补偿修正。

3）遇障碍（如地铁遮挡）测点重测时间延迟功能

当全站仪正在测量某个监测点时，如果全站仪的视线被遮挡，可以在系统软件中定义一个延迟时间，经过延迟时间后，继续该遮挡点位测量。同时设置最多延迟测量次数N，若经过N次延迟被遮挡测点仍无法观测，则放弃该点测量自动转到下一个目标点进行测量。

4）有效消除外界误差的影响

自动监测系统中采用温度、气压实时改正和差分改正相结合的混合改正模型进行实测数据改正。温度、气压数字传感器可将温度、气压观测量实时传输到自动监测软件中对距离进行实时气象改正。

5）选择外界环境影响较小的时段观测

如每天凌晨 4:30-5:30，地铁隧道中无列车运行，也没有施工人员影响，选择在该时段观测可提高测点的观测精度。