远程自动连续监测系统在复杂地铁工程中的应用

 

摘　要:远程自动连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;应用终端系统分别安装在监测单位、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,可以预测测点可能的最终位移值和既有线路的安全状况。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变形情况,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进展,出现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安全及正常运营,在施工期间,必须对既有结构进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,且不能满足对大量数据采集、分析并及时准确地反馈。因此,必须建立和完善地下工程远程自动连续监测系统,对既有结构的安全和工程风险进行实时监测和反馈,从而有效地控制工程事故的发生,为保证既有线运营安全提供科学依据。

1　远程自动连续监测系统的功能

      远程自动连续监测系统必须具有数据采集、交换、处理和反馈4个方面的功能[1]。

      (1)监测数据自动连续标准化采集。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连续实时采集,并按照标准数据格式保存。

      (2)可靠的数据传输与共享。数据在监测单位、施工单位、运营公司之间能快速传输和共享, 防止意外情况而引起监测系统异常。系统所涉及的监测仪器、软件、硬件和网络必须稳定可靠。

      (3)与施工工况协调。监测单位与施工单位配合,根据监测数据反映出来的规律调整施工措施与施工参数。

      (4)后台数据处理与分析判断。对采集的监测数据进行处理,分析、判断数据的可信度和数据代表的工程风险程度,自动进行安全报警。

      (5)及时进行信息反馈。利用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间自动获取需要的信息。同时提供其他多种形式的数据服务,以满足不同的需求。

      (6)方便查阅资料。在实时监测得到的海量监测数据中,可能夹杂错误的数据。应在资料存档阶段进行处理,如剔除错误数据、转成Excel报表等,以方便工程相关人员查阅、研究。

2远程自动连续监测系统组成

　　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站台办公室;应用终端系统分别安装在监测单位、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、地面及轨道的不均匀沉降监测,采用电水平尺,监测范围在30~50m。

      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连接,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,所有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,或者是可用于其他人工观测手段准确确定的,以便能精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1~3m,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,根据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ΔL与倾角的关系是:

ΔL=L(sinθ₁-sinθ₀)