地鐵運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)調(diào)研報(bào)告書

1、.地鐵運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告上海地礦工程勘察有限公司.專業(yè)資料 .二O一O年十一月.專業(yè)資料 .目錄第一章前言1第二章國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀12.1 全站儀自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)2系統(tǒng)的構(gòu)成2自動(dòng)化全站儀3標(biāo)準(zhǔn)精密測(cè)距棱鏡4計(jì)算機(jī)5其他設(shè)備5實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件5后方處理軟件5觀測(cè)方法6誤差來源6誤差來源72.2 靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)7系統(tǒng)組成7靜力水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)8靜力水準(zhǔn)儀的測(cè)量原理9型電容式靜力水準(zhǔn)儀主要技術(shù)指標(biāo)10.專業(yè)資料 .2.2.3靜力水準(zhǔn)儀的安裝及調(diào)試 .112.2.4靜力水準(zhǔn)儀的觀測(cè)和運(yùn)行維護(hù) .122.2.5靜力水準(zhǔn)儀漏液及蒸發(fā)后所得數(shù)據(jù)的處理.12第三章 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的必要性與可

2、行性分析.133.1項(xiàng)目必要性分析 .133.1重大工程運(yùn)營(yíng)安全已成為社會(huì)穩(wěn)定的重要因素之一.133.2隨著軌道交通不斷建設(shè)和投入使用，地質(zhì)環(huán)境變化及自身結(jié)構(gòu)變形對(duì)其安全運(yùn)營(yíng)影響日益顯現(xiàn) .143.2重大工程安全運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境要求不斷提高，需及時(shí)地掌握影響其安全運(yùn)營(yíng)的變形情況 .173.2目前國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的方法體系相對(duì)落后、不夠系統(tǒng) ，有待提高 .173.2項(xiàng)目可行性分析 .173.2.1政府和社會(huì)的高度重視 .173.2.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展提供了技術(shù)可行性.18第四章 結(jié)束語 .19.專業(yè)資料 .第一章前言近年來 ，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)城市交通快速和便捷的需求日益高漲 ，運(yùn)

3、量大 、準(zhǔn)時(shí)、快速的城市地鐵交通因此也成為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。“十五 ”計(jì)劃期間 ，國(guó)家用于城市地鐵建設(shè)中的投資就至少達(dá)到兩千億 。 鑒于地鐵在國(guó)民生產(chǎn)和生活中的重要性，以及地鐵事故所可能導(dǎo)致的重大后果 ，如何確保地鐵在建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期間的安全則成為地鐵工程和運(yùn)營(yíng)部門需要共同面對(duì)的一個(gè)重要課題。由于地鐵隧道在一天中的三分之二以上的時(shí)間是處于全封閉的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，絕對(duì)不允許監(jiān)測(cè)人員進(jìn)入隧道內(nèi)工作，所以要求必須在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替人工操作 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道水平 、垂直位移的連續(xù) 、精確監(jiān)測(cè) 。考慮到地鐵運(yùn)行的時(shí)間很短 ，所采用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能在35min內(nèi)完成隧道內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)，以掌握地鐵

4、運(yùn)行過程中隧道變形特征和規(guī)律，以便及時(shí)控制 。第二章國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀從 20 世紀(jì) 70 年代末 ，國(guó)外運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用，其主要監(jiān)測(cè)的對(duì)象為大壩、橋梁、高層建筑物 、防護(hù)堤 、邊坡、隧道地鐵等 。 發(fā)展到近階段 ，除常規(guī)監(jiān)測(cè)方法以外，采用先進(jìn)技術(shù)方法主要是：自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 、GPS 技術(shù)、INSAR 技術(shù)等 。在幾何學(xué) 、物理學(xué) 、計(jì)算機(jī)仿真學(xué)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的融合 、滲透下 ，變形監(jiān)測(cè)技術(shù)向一體化、自動(dòng)化 、數(shù)字化 、智能化等方向發(fā)展。在集成多種監(jiān)測(cè)方法、多學(xué)科專業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)近十年來迅速發(fā)展。其基本原理是 ：根據(jù)自動(dòng)控制原理 ，把被觀測(cè)的幾何變形量（長(zhǎng)度

5、、角度）轉(zhuǎn)換成電量，再與一些必要的測(cè)量電路、附件裝置相配合 ，組成自動(dòng)測(cè)量裝置 ，將測(cè)量.專業(yè)資料 .數(shù)據(jù)自動(dòng)采集 、傳輸?shù)街付ㄏ到y(tǒng) ，完成自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程。相比較與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)，它具有連續(xù) 、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、精確等顯著優(yōu)勢(shì) 。 現(xiàn)代的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)管理 、在線分析 、綜合成圖 、成果預(yù)警的計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)化。目前國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有對(duì)近景攝像測(cè)量系統(tǒng)、多通道無線遙測(cè)系統(tǒng) 、光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 、全站儀自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)、靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng) 、巴賽特結(jié)構(gòu)收斂系統(tǒng) 。2.1 全站儀自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在無需操作人員干預(yù)的條件下，實(shí)現(xiàn)自

6、動(dòng)觀測(cè) 、記錄、處理、存儲(chǔ)、報(bào)表編制 、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能 ，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成 ，整個(gè)系統(tǒng)配置包括 ：TCA 自動(dòng)化全站儀 、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專用軟件 。.專業(yè)資料 .圖 2.1-1 萊卡全站儀進(jìn)行瞬時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)自動(dòng)化全站儀TCA 自動(dòng)化全站儀能夠自動(dòng)整平、自動(dòng)調(diào)焦 、自動(dòng)正倒鏡觀測(cè) 、自動(dòng)進(jìn)行誤差改正 、自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù) ，其獨(dú)有的 ATR（Automatic TargetRecognition ，自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別 ）模式，使全站儀能進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，操作人員一旦粗略瞄準(zhǔn)棱鏡后 ，全站儀就可搜尋到目標(biāo)，并自動(dòng)瞄準(zhǔn) ，不再需要精確瞄準(zhǔn)和調(diào)焦 ，大大提高工作效率 。.專業(yè)資料

7、 .圖 2.1-2 TCA2003 萊卡自動(dòng)化全站儀TCA2003 是 Leica TCA 自動(dòng)化全站儀中的一種（見圖 1），該儀器測(cè)角精度為 0.5，測(cè)距精度為 1 mm ±1 ppm 。 可通過專用的控制軟件來控制觀測(cè)目標(biāo)、設(shè)定觀測(cè)周期 。標(biāo)準(zhǔn)精密測(cè)距棱鏡棱鏡作為觀測(cè)標(biāo)志 ，利用膨脹螺絲固定在隧道內(nèi)側(cè)（見圖 2），其數(shù)目可按實(shí)際需要設(shè)定 ，該標(biāo)志能被 TCA2003 全站儀自動(dòng)跟蹤鎖定 ，以實(shí)施精密測(cè)角和測(cè)距。圖 2.1-3 萊卡標(biāo)準(zhǔn)精密棱鏡.專業(yè)資料 .計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)利用電纜和全站儀連接，并裝有專用軟件以實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)過程的全自動(dòng)化，既能控制全站儀按特定測(cè)量程序采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將

8、測(cè)量成果實(shí)時(shí)進(jìn)行處理 ，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 ，杜絕返工 ，也可以對(duì)各個(gè)觀測(cè)周期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。其他設(shè)備其它設(shè)備包括溫度計(jì)氣壓計(jì)濕度計(jì)、連接電纜 、外接電源等 ；溫度計(jì)氣壓計(jì)濕度計(jì)用于測(cè)定空氣的溫度、壓力和濕度 ，將測(cè)定結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正 ，以提高觀測(cè)精度 。實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件GeoMos Monitor是專門用于監(jiān)測(cè)的 、與 TCA2003 全站儀配套的變形測(cè)量軟件，其在 Windows 環(huán)境下運(yùn)行 ，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 SQL Server 數(shù)據(jù)庫中 ，它既可按操作者設(shè)定的測(cè)量過程和選定的基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量處理，也可快速建立三維坐標(biāo) 、位移量以及其它相關(guān)數(shù)

9、據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ) 、檢索、編輯，可實(shí)時(shí)顯示量測(cè)數(shù)據(jù) ，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理或后處理，能實(shí)時(shí)顯示圖形或事后顯示 。后方處理軟件采用自己編制的軟件 ，利用和 GeoMos 的軟件接口 ，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，按施工方要求的格式將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖表的形式直觀.專業(yè)資料 .地表達(dá)出來 ，繪制出監(jiān)測(cè)報(bào)表和位移曲線，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析 、報(bào)警以及報(bào)表生成的功能 ，可以根據(jù)用戶的要求提供報(bào)表的形式。觀測(cè)方法通過控制軟件 ，在每個(gè)觀測(cè)周期開始前 ，利用布設(shè)好的基準(zhǔn)點(diǎn) ，測(cè) 4 測(cè)回推算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo) ，然后，四測(cè)回對(duì)所有的點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，得到觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo) 。地鐵運(yùn)營(yíng)期間 24 h 實(shí)時(shí)觀測(cè) 。誤差

10、來源測(cè)量的誤差來源于儀器的系統(tǒng)誤差、測(cè)站和目標(biāo)的對(duì)中誤差 、外界環(huán)境的影響、測(cè)量?jī)x器的影響 。 儀器的系統(tǒng)誤差主要是由儀器本身構(gòu)造引起的，為保證精度 ，需在測(cè)量前對(duì)儀器進(jìn)行檢校 ，儀器即使在檢校后還有殘余的系統(tǒng)誤差。但由于監(jiān)測(cè)需要得到的是 2 次測(cè)量之間的位移值 ，因此系統(tǒng)誤差可以基本消除。 由于測(cè)站點(diǎn) 、觀測(cè)點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中措施，而且標(biāo)志埋設(shè)后在整個(gè)觀測(cè)過程中不再重新安置 ，因此，測(cè)站、目標(biāo)的對(duì)中誤差可忽略不計(jì)。 由于監(jiān)測(cè)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ，而地鐵隧道的濕度較大 ，對(duì)測(cè)距的精度會(huì)有影響，但地鐵隧道內(nèi)的溫度氣壓濕度均比較穩(wěn)定，因此，可不考慮這些外界環(huán)境因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，可在觀測(cè)過程中利用數(shù)學(xué)模

11、型進(jìn)行修正。而列車運(yùn)行帶來的震動(dòng)卻對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響較大，故應(yīng)盡量避免在這一時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。.專業(yè)資料 . TCA2003 全站儀測(cè)角精度 0.5，測(cè)距精度 1 mm ±1 ppm ，因此，其是影響測(cè)量的主要誤差源 。誤差來源此次監(jiān)測(cè)主要的誤差來源是儀器的測(cè)角誤差和測(cè)距誤差，儀器的測(cè)角精度為 0.5，100 m 的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)由測(cè)角所引起的最大誤差為±0.12 mm ；儀器的測(cè)距精度為 1 mm ±1 ppm ，其中 1 mm 為固定誤差 ，±1 ppm 為比例誤差 (1mm/km) ，即 100 m 的距離由測(cè)距所引起的誤差為±0.1 mm ，距離

12、測(cè)量采用四測(cè)回觀測(cè)儀器引起的誤差為±0.5 mm ；根據(jù)各點(diǎn)給定的初始坐標(biāo)估算，點(diǎn)位的平面精度約 ±0.5 mm ， Z 方向的精度與豎直角的大小有關(guān)，精度略低 ，但仍可以保證 ±1 mm 的精度，能夠滿足施工及甲方對(duì)地鐵保護(hù)的要求。2.2 靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)系統(tǒng)組成該儀器依據(jù)連通管原理的方法，用電容傳感器 ，測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面的相對(duì)變化 ，再通過計(jì)算求得各點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的相對(duì)沉陷量。見下圖 2.1-1 ，各靜力水準(zhǔn)儀安裝后 ，將各靜力水準(zhǔn)儀導(dǎo)線聯(lián)接至數(shù)據(jù)箱，能過無線傳輸或網(wǎng)線直接聯(lián)接至電腦（可多臺(tái)電腦同時(shí)查看 ），隨時(shí)輸出測(cè)量指令或設(shè)定定時(shí)測(cè)量指令，靜力水準(zhǔn)儀自動(dòng)

13、測(cè)量容器內(nèi)的水位變化情況，通過一定的公式 ，解算為水位的升降量 ，從而形成報(bào)表 。.專業(yè)資料 .靜力水準(zhǔn)儀靜力水準(zhǔn)儀靜力水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)盒電腦終端電腦終端數(shù)據(jù)采集報(bào)表生成圖 2.2-1 靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)整體結(jié)構(gòu)圖靜力水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)由右圖 2.2-2 所示，電容式靜力水準(zhǔn)儀由主體容器、連通管、電容傳感器等部分組成 。當(dāng)儀器主體安裝墩發(fā)生高程變化時(shí)，主體容器相對(duì)于位置產(chǎn)生液面變化，引起裝有中間極的浮子與固定在容器頂?shù)囊唤M電容極板間的相對(duì)位置發(fā)生變化，通過測(cè)量裝置測(cè)出電容比的變化即可計(jì)算得測(cè)點(diǎn)的相對(duì)沉陷。圖 2.2-2RJ型靜力水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)及原理結(jié)構(gòu)示意圖.專業(yè)資料 .靜力水準(zhǔn)儀的測(cè)量原理該儀器依據(jù)連通管原

14、理的方法，用電容傳感器 ，測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面的相對(duì)變化 ，再通過計(jì)算求得各點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的相對(duì)沉陷量。其模型如下 ：初始狀態(tài) (0)任意次狀態(tài) （j）圖 2.2-3 連通管測(cè)量原理示意圖如上圖 2.2-3 所示，設(shè)共布設(shè)有 n 個(gè)測(cè)點(diǎn)，1 號(hào)點(diǎn)為相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn) ，初始狀態(tài)時(shí)各測(cè)量安裝高程相對(duì)與（基準(zhǔn) ）參考高程面H 0 間的距離則為 ： Y01 、Y02Y0iY0 n （ i 為測(cè)點(diǎn)代號(hào) i=0,1n ）；各測(cè)點(diǎn)安裝高程與液面間的距離為 : h01 、 h02 、 h0ih0 n 則有：Y01h01 Y02 h02 .Y 0i h0i.Y0 nh0n（ 1）當(dāng)發(fā)生不均勻沉陷后 ，設(shè)各測(cè)點(diǎn)安裝高程

15、相對(duì)于基準(zhǔn)參考高程面H0的變.專業(yè)資料 .化量為： hj 1、 h j 2h ji h jn。由圖 1-3 可得：(Y01hj 1 )h j1(Y02h j 2 )hj 2(Y0 ih ji ) h ji(Y0nh jn )h jn（2）則 j 次測(cè)量 i 點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn) 1 的相對(duì)沉陷量 H i 1為：H i1h jih j1（3）由（2）式可得：h j1h ji(Y0 ih ji ) (Y01h j1 )(Y0iY01 ) (h jihj 1 )（4）由（1）式可得： (Y0iY01 ) h01h0i（5）將（4）式化入（3）式得：H i1(h jih j1 ) (h0i h01 )（ 6

16、）即只要用電容傳感器測(cè)得任意時(shí)刻各測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面相對(duì)于該點(diǎn)安裝高程h ji（含h ji及首次的h0 i），則可求得該時(shí)刻各點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)1 的相對(duì)的距離高程差 。 如把任意點(diǎn) g(1,2.i, n) 做為相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn) ，將 f 測(cè)次做為參考測(cè)次 ，則按（ 5）式同樣可求出任意測(cè)點(diǎn)相對(duì)g 測(cè)點(diǎn)（以 f 測(cè)次為基準(zhǔn)值 ）的相對(duì)高程差H ig ：H ig(hijhig ) ( hfjh fg )（7）RJ 型電容式靜力水準(zhǔn)儀主要技術(shù)指標(biāo)電容式靜力水準(zhǔn)儀主要技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)量范圍0 10、20 、40 、50mm最小讀數(shù)0.01mm測(cè)點(diǎn)誤差±0.1±0.2mm 或<0.7%F

17、·S.專業(yè)資料 .環(huán)境溫度-20 60相對(duì)濕度95%溫度系數(shù)<0.05% F ·S/ 配用電纜三芯屏蔽電纜 （專用）靜力水準(zhǔn)儀的安裝及調(diào)試儀器的安裝尺寸如圖2.2-4 所示，按要求在測(cè)點(diǎn)預(yù)埋 180 三個(gè)均布的M80 ×40 （伸出長(zhǎng)度 ）螺桿。、 檢查各測(cè)墩頂面水平及高程是否符合設(shè)計(jì)要求 。、 檢查測(cè)墩預(yù)埋鋼板及三根安裝儀器螺桿是否符合設(shè)計(jì)要求。、預(yù)先用水和蒸餾水沖洗儀器主體容器及塑料連通管。、將儀器主體安裝在測(cè)墩鋼板上，用水準(zhǔn)器在主體頂蓋表面垂直交替放置，調(diào)節(jié)螺桿絲使儀器表面水平及高程滿足要求。、將儀器及連通管系統(tǒng)聯(lián)接好，從未端儀器徐徐注入防凍液，排除管

18、中所有氣泡 。連通管需有槽架保護(hù) 。、將浮子放于主體容器內(nèi) 。、將裝有電容傳感器的頂蓋板裝在主體容器上。儀器及靜力水準(zhǔn)管安裝完畢后，用專用的3 芯屏蔽電纜與電容傳感器焊.專業(yè)資料 .接，并進(jìn)行絕緣處理 （方法同垂線 ，引張線 ）。 3 芯屏蔽電纜的紅芯接測(cè)量模塊的信號(hào)接線端口 ，白、黃芯接激勵(lì) （橋壓）接線端口 。 當(dāng)容器液位上升時(shí) ，電容比測(cè)值應(yīng)變小 ，否則將白 、黃芯接線位置互換 。儀器主要性能已在出廠前由廠家標(biāo)定給出 ?，F(xiàn)場(chǎng)僅在2 5mm 內(nèi)標(biāo)定檢查系統(tǒng)性能 。2.2.4 靜力水準(zhǔn)儀的觀測(cè)和運(yùn)行維護(hù)、靜力水準(zhǔn)的觀測(cè)由（2）式可得出 i 測(cè)點(diǎn)第 j 測(cè)次相對(duì)與首次基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)高程變化：H

19、i1 (hij hi 0 ) (h1 j h10 )H ij(Z ijZ i 1 ) K fi (Z1J Z10 ) K f 1（8）式中：Zij、Zi1為第 i 測(cè)點(diǎn)儀器的第 j 次和首次讀數(shù) ；K fi為第 i測(cè)點(diǎn)儀器的靈敏度系數(shù) ； Z1 j 、 Z10 為基準(zhǔn)點(diǎn)儀器第j 次和首次讀數(shù) ； K f 1 為基準(zhǔn)點(diǎn)儀器的錄敏度系數(shù) 。計(jì)算結(jié)果為正 ，則測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)沉陷了H ij 。、運(yùn)行維護(hù) 靜力水準(zhǔn)管路一般應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，尤其在外露部位應(yīng)采用隔熱材料進(jìn)行保溫，避免溫度變化對(duì)觀測(cè)值的影響。同樣測(cè)點(diǎn)儀器也應(yīng)進(jìn)行隔熱保護(hù)，同時(shí)防止泥水進(jìn)入以及免遭破壞。應(yīng)定期檢查接頭處等是否存在漏情況。靜力水準(zhǔn)儀漏

20、液及蒸發(fā)后所得數(shù)據(jù)的處理靜力水準(zhǔn)儀用于沉降的精密監(jiān)測(cè)，靈敏度高 ，精度高 。其缺點(diǎn)是易受外界影響，如列車振動(dòng) 、溫度變化幅度大引起數(shù)據(jù)漂移等；安裝調(diào)試復(fù)雜 （整個(gè)系.專業(yè)資料 .統(tǒng)內(nèi)液體不能有氣泡現(xiàn)象；整個(gè)系統(tǒng)各傳感器需要大致處于一個(gè)水平面，系統(tǒng)距離愈長(zhǎng)調(diào)試愈復(fù)雜）。由于采用連通管原理，系統(tǒng)的距離與數(shù)據(jù)的滯后性有一定關(guān)系 。另由于長(zhǎng)期使用儀器內(nèi)液體的蒸發(fā)、漏液現(xiàn)象 ，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，需要及時(shí)補(bǔ)液 。在實(shí)際工作中 ，如何來處理漏液或蒸發(fā)后所得的數(shù)據(jù)呢？靜力水準(zhǔn)儀中的液體被蒸發(fā)后 ，液位會(huì)產(chǎn)生下降 ，從而使監(jiān)測(cè)點(diǎn)有上升的假象。這時(shí)，在靜力水準(zhǔn)儀安裝完畢，進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)后，假設(shè)靜力水準(zhǔn)儀中的液體

21、沒有被蒸發(fā)或沒有發(fā)生漏液現(xiàn)象，則其各靜力水準(zhǔn)儀之和的平均值即平均液位是大致相等的 。在該假設(shè)下 ，如果不相等 ，則說明靜力水準(zhǔn)儀有誤差存在。在這里之所以使用平均液位來推算液體損失，主要是因?yàn)檫B通管中的水量沒法準(zhǔn)確得出 ，而液體損失后 ，其連通管也補(bǔ)充了新的液體。這樣一來 ，如果兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上測(cè)得的各容器內(nèi)的液位的平均值不相等，則相差部分就是被蒸發(fā)的液體了。具體做法如下 ：取得第 1 次的初始液位 。經(jīng)過一段時(shí)間后 ，再取 1 次各靜力水準(zhǔn)儀的液位 ，有其平均液位發(fā)生了變化的情況。通過兩次取值的平均值相減得平均每個(gè)容器被蒸發(fā)掉的液量 。設(shè)平均每個(gè)容器被蒸發(fā)掉的液量為hz ,計(jì)算公式如下 ：hihj

22、其中 n 為靜力水準(zhǔn)儀的個(gè)數(shù) ，包括基準(zhǔn)點(diǎn) 。hznn第三章自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的必要性與可行性分析3.1 項(xiàng)目必要性分析3.1 重大工程運(yùn)營(yíng)安全已成為社會(huì)穩(wěn)定的重要因素之一今年來 ，國(guó)內(nèi)外相機(jī)發(fā)生了一系列建筑物變形異常導(dǎo)致的安全事故，給人民生命 、國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成了極大的損失。這些運(yùn)營(yíng)中的變形異常具有長(zhǎng)期緩變、.專業(yè)資料 .瞬時(shí)突變 、難補(bǔ)救、危害大等災(zāi)害性特點(diǎn) 。作為一定區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心的城市，既是人口和財(cái)富的聚集地，也是交通和通訊的重要樞紐，一旦發(fā)生運(yùn)營(yíng)中的安全事故，損失將會(huì)非常嚴(yán)重；從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，運(yùn)營(yíng)中地鐵變形是城市管理中不可忽視的重要環(huán)節(jié) ，必須對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng) 、現(xiàn)代、科學(xué)、

23、專業(yè)的監(jiān)測(cè) ，確保重大建筑及公共場(chǎng)所的安全運(yùn)營(yíng) ，保障社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展 。3.2 隨著軌道交通不斷建設(shè)和投入使用，地質(zhì)環(huán)境變化及自身結(jié)構(gòu)變形對(duì)其安全運(yùn)營(yíng)影響日益顯現(xiàn)以上海為例 ，上海軟土地基由于自身的固結(jié)和工程荷載的雙重作用滿載軌道設(shè)施通車后 ，仍然伴隨隧道變形 、下沉的現(xiàn)象 。 在運(yùn)營(yíng)過程中 ，必須控制隧道的變形和下沉幅度始終處于安全運(yùn)營(yíng)允許的范圍內(nèi)。這就要求 ，一方面在施工過程中應(yīng)依據(jù)地質(zhì)勘查評(píng)估資料制定具有前瞻性的施工技術(shù)方案，采取最為穩(wěn)妥的施工技術(shù)進(jìn)行建設(shè)；另一方面則需要在工程運(yùn)行過程中，對(duì)軌道工程進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境 、結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取防止措施，以確保運(yùn)營(yíng)正常和安全 。為此

24、，有關(guān)部門制定有相應(yīng)措施，聘請(qǐng)專業(yè)單位對(duì)地鐵進(jìn)行永久性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，定期向地鐵管理部門提供準(zhǔn)確完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為地鐵采取綜合性的預(yù)防和治理措施提供了科學(xué)依據(jù)。目前常規(guī)人工監(jiān)測(cè)情況主要有：從 1994 年至今，軌道交通 1 號(hào)線進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè) 、收斂監(jiān)測(cè) ，上、下行線共計(jì) 2654 個(gè)測(cè)點(diǎn)；1999 年至今， 2 號(hào)線也開始進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)及收斂監(jiān)測(cè) ，上下行線共約 5211 個(gè)測(cè)點(diǎn) 。 監(jiān)測(cè)頻率為 2 次/ 年，均采用電子水準(zhǔn)儀及 GPS 高程控制。.專業(yè)資料 .中短期監(jiān)測(cè) ：地鐵有關(guān)法規(guī)規(guī)定 ，在軌道外邊沿 50 米紅線區(qū)域內(nèi)的周邊施工，必須對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)護(hù)。主要手段采用沉降位移、水平位移

25、、收斂、接縫、應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)試等 ，多為人工監(jiān)測(cè) ，很少實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 。圖 3.1-1 軌道交通 1 號(hào)線累計(jì)沉降變化 （1994.12-2002.11 ）圖 3.1-2 軌道交通 2 號(hào)線累計(jì)沉降變化 （1999.12-2002.12 ）由上圖可以看出 ，軌道交通運(yùn)營(yíng)以來 ，隧道發(fā)生了多處變形與沉降 ，總體處于沉降狀態(tài) ，并在空間上表現(xiàn)出明顯的不均勻變形特點(diǎn)：形成了地鐵1 號(hào)線隧道衡山路站附近、黃陂南路 新客站區(qū)間的 “沉降.專業(yè)資料 .谷 ”，沉降谷內(nèi)部又以人民廣場(chǎng)、新客站附近累計(jì)沉降量最大。形成了地鐵2 號(hào)線隧道東方路 人民廣場(chǎng)區(qū)間隧道平均累計(jì)沉降量為59.7mm 的 “沉降谷 ”。地鐵 2

26、 號(hào)線黃浦江段隧道沉降明顯小于它相鄰兩側(cè)隧道的沉降變形量，黃浦江 段地鐵隧道平均累計(jì)變 形量?jī)H 為 22.8mm （其中最小沉降 量只有），將東方路 人民廣場(chǎng) “沉降谷 ”分割成兩個(gè)次級(jí)的 “沉降谷 ”，也使相鄰區(qū)段隧道變形的差異性更加明顯，石門路 人民廣場(chǎng) 、河南路 黃浦江、黃浦江至陸家嘴站等三個(gè)區(qū)段地鐵隧道累計(jì)不均勻變形分別達(dá)91.9 、 131.2 、74.3mm/km 。地鐵 1 號(hào)線上下行線隧道除細(xì)微的變形特點(diǎn)外，二者沉降變形規(guī)律完全一致；地鐵 2 號(hào)線上下行線隧道除細(xì)微的變形特點(diǎn)外，二者沉降變形規(guī)律完全一致。正是在這些不均勻沉降區(qū)，容易出現(xiàn)道床反沙、隧頂與接合縫滲水等肉眼可以看見的

27、特征 。自 1995 年以來，地質(zhì)部門對(duì)整條交通一號(hào)線隧道進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，積累了較多的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)：隧道沉降 、隧道管片裂縫 、隧道管片擠壓變形、隧道管片水平偏移和沉降等情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明 ，沿線的地質(zhì)條件好壞與地鐵線路的沉降量密切相關(guān)，如浦東地區(qū)和徐家匯以南地區(qū)的地質(zhì)條件較好 ，所對(duì)應(yīng)的地鐵線路的沉降量也較小，六年來 ，如上海體育館站的最大累計(jì)沉降量只有10mm ；相反，又如人民廣場(chǎng)地段 ，地基條件差 ，最大累計(jì)沉降量達(dá) 150mm 。.專業(yè)資料 .3.2 重大工程安全運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境要求不斷提高，需及時(shí)地掌握影響其安全運(yùn)營(yíng)的變形情況經(jīng)過一定時(shí)期的大規(guī)模、大容量的城市建設(shè)，帶來了數(shù)倍于此的

28、管理時(shí)期，安全運(yùn)營(yíng)問題尤為凸顯。一方面是相對(duì)脆弱的地下基礎(chǔ)，一方面是不斷增長(zhǎng)的建筑物管理需求，形成上海城市化進(jìn)程中相互依托、相互影響的兩方面 ，也不可避免的出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)中變形異常導(dǎo)致的安全問題。為此，必須通過系統(tǒng) 、科學(xué)、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法及時(shí)掌握影響其運(yùn)營(yíng)安全的變形情況。設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)構(gòu)成了建筑的生命周期。在早期的城市規(guī)劃和城市建設(shè)中，絕大多數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的建筑僅僅關(guān)注設(shè)計(jì)、施工階段 ，對(duì)運(yùn)營(yíng)階段安全監(jiān)測(cè)的重要性認(rèn)識(shí)不夠 ，使有關(guān)預(yù)埋預(yù)裝 、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的初始值的獲取、設(shè)計(jì)空間的預(yù)留等都難以做到 ，給建成后的安全監(jiān)測(cè)帶來較大苦難。單簽城市飛速發(fā)展 ，一大批建筑處于設(shè)計(jì)、施工階段應(yīng)該具備“生命周期內(nèi)全程監(jiān)測(cè)

29、”，做好安全監(jiān)測(cè)的前期工作 。3.2 目前國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的方法體系相對(duì)落后、不夠系統(tǒng) ，有待提高目前的監(jiān)測(cè)技術(shù) 、方法比較單一 ，設(shè)備陳舊 ，難以滿足現(xiàn)代監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的需要；各類方法也缺乏系統(tǒng)性、針對(duì)性 、規(guī)范性。 因此需要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本城市特點(diǎn) ，逐步形成一套運(yùn)營(yíng)中安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)規(guī)范、體系。3.2 項(xiàng)目可行性分析政府和社會(huì)的高度重視今年來 ，從中央到地方開展以城市安全、可持續(xù)發(fā)展為核心的課題廣泛、深入，引起社會(huì)各界的高度重視。2003 年 5 月，國(guó)務(wù)院發(fā)布 突發(fā)公共事件應(yīng)急條例，要求建立國(guó)家統(tǒng)一的突發(fā)事件預(yù)防控制體系，統(tǒng)一指揮 、高效機(jī)動(dòng) 、.專業(yè)資料 .協(xié)同聯(lián)動(dòng) ，以便迅速 、主動(dòng)、有效的應(yīng)對(duì)公共突發(fā)事件。其中運(yùn)營(yíng)中公共建筑的安全性監(jiān)測(cè)是重要的組成部分之一。國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展提供了技術(shù)可行性縱觀國(guó)內(nèi)數(shù)十年變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)方法主要采用的是大地測(cè)量和近景攝影測(cè)量方法，發(fā)展到京都高 、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)程度強(qiáng)的空間