自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中的運(yùn)用

1、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中的運(yùn)用摘要：近些年來，大城市逐步形成了以地鐵交通為主體的交通格局，盾構(gòu)法因 其具有對(duì)周圍環(huán)境影響較小的優(yōu)點(diǎn)己成為修建地鐵的主要施工手段，然而盾構(gòu)區(qū) 間隧道多分布于主城區(qū)，沿線必將穿過繁華的商業(yè)鬧市區(qū)，建筑物及地下管道密 集。因此在地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊環(huán)境要求嚴(yán)格的條件下研究隧道施工對(duì)鄰近建筑 物的影響具有十分重要的意義。施工過程中的監(jiān)控量測(cè)與反饋控制是盾構(gòu)施工的 重要手段，由監(jiān)控量測(cè)和動(dòng)態(tài)反饋控制構(gòu)成。隨著盾構(gòu)施工規(guī)模的不斷擴(kuò)大，一 個(gè)大型施工企業(yè)往往面臨多個(gè)工地同時(shí)進(jìn)行施工，且工地分布分散；由于管理人 員數(shù)量有限，如何對(duì)諸多工程進(jìn)行有效的管理和全面的技術(shù)支持，是當(dāng)

2、下盾構(gòu)施 工管理的亟待解決的問題。盾構(gòu)施工信息化管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工信息全面、及 時(shí)和準(zhǔn)確的掌握，同時(shí)利用先進(jìn)的技術(shù)分析手段對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，已成為盾構(gòu)施 工現(xiàn)場(chǎng)管理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)法靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沉降1工程概況1.1區(qū)間線路情況南寧地鐵1號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間左線起止里程為，起點(diǎn)里程Y（Z）SK14+375.974，終點(diǎn)里程Y（Z）CK15+556.926，左線長(zhǎng)鏈 28.538m。左線長(zhǎng)度為 1209.490m，右線長(zhǎng)度為 1180.952m。、 聯(lián)絡(luò)通道的中心里程為YCK14+964.652（ZCK15+000.000）。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，聯(lián)絡(luò) 通道采用礦山法施工。區(qū)間線路最

3、大坡度為24%。（坡長(zhǎng)220m）。本區(qū)間線路縱向?yàn)閂型坡。1.2工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況區(qū)間線路所穿越地層經(jīng)鉆探揭示為填土層、粘性土層、粉土層、砂土層、礫卵石層，以 及古近系巖層。水文情況：主要有兩層地下水，第一層地下水主要賦存于素填土2中，屬上層滯水， 該層地下水水量貧乏，主要由大氣降雨及生活廢水補(bǔ)給，水位埋深與填土層的厚度有關(guān)，無 統(tǒng)一水位。第二層地下水主要賦存于圓礫、卵石及砂土層中，屬孔隙松散巖類水，水量豐富， 具承壓性。穩(wěn)定水位埋深6.7011.00m，標(biāo)高66.1169.35m。區(qū)間抗浮設(shè)防水位76.30m。2、自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)2.1靜力水準(zhǔn)儀的組成靜力水準(zhǔn)儀（連通液位沉降計(jì)）是由液

4、缸、浮筒、精密液位計(jì)、保護(hù)罩、支撐架等部件 組成（。2.2靜力水準(zhǔn)儀的工作原理靜力水準(zhǔn)儀利用連通液的原理，多支通用連通管連接在一起的儲(chǔ)液罐的液面總是在同一 水平面，通過測(cè)量不同儲(chǔ)液罐的液面高度與靜力水準(zhǔn)儀的基點(diǎn)（不動(dòng)點(diǎn)）進(jìn)行比對(duì)，通過公 式計(jì)算可以得出各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的相對(duì)差異沉降量。2.3.靜力水準(zhǔn)儀技術(shù)參數(shù)精度：0.02mm量程：50-400mm工作溫度：-40C+80C信號(hào)輸出：R485輸出防護(hù)等級(jí)：IP67連接方式：采用串聯(lián)方式一根主線2.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括：硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理等三個(gè)部分，整體框圖如圖 1所示。2.5安裝方法及注意事項(xiàng)（1）準(zhǔn)備工作：測(cè)量出各

5、沉降測(cè)試點(diǎn)標(biāo)高。通過標(biāo)高數(shù)據(jù)，確定沉降觀測(cè)點(diǎn)安裝孔 （4400mm）開挖深度，確保沉降觀測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高一致（即在同一水平面上），基準(zhǔn)點(diǎn)也可略低于沉降觀測(cè)點(diǎn)（一般為全量程30%左右），以充分利用其量程范圍。將各沉降測(cè)試 點(diǎn)之間挖一條溝槽，用以埋設(shè)連通管。準(zhǔn)備好安裝時(shí)要用到的扳手，生料帶，注水工具，液、 氣管（41418鋁塑管），防凍液（冰點(diǎn)-25C），硅油，氣管接頭（41418、1/2搭接、一頭 帶內(nèi)絲、銅質(zhì)），純凈水，PVC鋼絲軟管，讀數(shù)儀，水平尺。將防凍液跟純凈水按3： 1的比 例調(diào)配好。（2）根據(jù)各測(cè)試點(diǎn)的距離，剪切好適當(dāng)長(zhǎng)度的液、氣管（根據(jù)設(shè)計(jì)要求，靜力水準(zhǔn)儀一 般布置在橋臺(tái)、隧道與路

6、基結(jié)構(gòu)物分界處兩側(cè)的線路中心線上，每側(cè)各一個(gè)，相距2m）。 將其套上鋼絲軟管，并將液、氣口裹好生料帶。用液管和接頭將所有液位沉降計(jì)液口連接通（接頭帶內(nèi)絲端接液口，另一端接水管）。用堵頭封閉液位沉降計(jì)的氣口和末端液口。（3）在輸入防凍液時(shí)，把首、尾兩端沉降計(jì)的氣口打開，將其形成高低差，往高端沉降 計(jì)（首端）輸液口進(jìn)行灌注已調(diào)配好的防凍液，另一端則排氣（注意只能一直從選定的一端 灌注防凍液，否則連通管內(nèi)的空氣無法排盡），灌注適量防凍液后，把液位沉降計(jì)、液管同 時(shí)一起放入安裝孔內(nèi)、底座上，用地腳螺栓將液位沉降計(jì)固定好，并用水平尺確定其水平， 打開其它液位沉降計(jì)氣口。在液位表面倒上適量硅油，防止液體水

7、氣蒸發(fā)。（4）用讀數(shù)儀讀出各液位沉降計(jì)的讀數(shù)，來判斷各液位沉降計(jì)是否處于要求的合適位置 （基準(zhǔn)點(diǎn)和各沉降觀測(cè)點(diǎn)的液位沉降計(jì)液位浮至全量程的中間值即可，若基準(zhǔn)點(diǎn)是略低于各沉降觀測(cè)點(diǎn)全量程30%左右，就只使各沉降觀測(cè)點(diǎn)的液位沉降計(jì)液位浮至全量程中間值偏下 15%左右，基準(zhǔn)點(diǎn)高于中間值偏上15%左右），若不夠，則填加至要求液位為至。（5）加液完備后，用氣管和接頭將各液位沉降計(jì)氣口連接通（接頭帶內(nèi)絲端接氣口，另 一端接氣管）。將首端液位沉降計(jì)的氣口、輸液口及尾端液位沉降計(jì)的氣口用堵頭封閉，檢 查液、氣管各連接頭密封情況是否完好，必須保證其完全密封。（6）連接好各液位沉降計(jì)數(shù)據(jù)線。并用PVC鋼絲軟管護(hù)套

8、好。（7）裝好液位沉降計(jì)的保護(hù)罩。記錄好各液位沉降計(jì)位置、編號(hào)、天氣、人員。（8）制作標(biāo)示牌，插在液位沉降計(jì)安裝位置及其連通管布管位置，以作標(biāo)示。并派專人 負(fù)責(zé)看管。以防液位沉降計(jì)及總線因施工或自然因素而破壞。（9）校零、取初值進(jìn)行校零，并存檔。做好靜力水準(zhǔn)儀安裝臺(tái)帳。（10）根據(jù)測(cè)試要求進(jìn)行測(cè)試若連通液位沉降計(jì)用自動(dòng)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，校零后，將電源、數(shù)據(jù)總線對(duì)接于總 線接口數(shù)據(jù)采集模塊接線端子，設(shè)定自動(dòng)采集。常見問題漏水現(xiàn)象：在短期時(shí)間不易發(fā)現(xiàn)，等數(shù)據(jù)采集一段時(shí)間后可以很明顯。氣泡現(xiàn)象：當(dāng)大氣泡存在水管里面，可能會(huì)很緩慢的擠出，這時(shí)候位移會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大 的波動(dòng)。蒸發(fā)現(xiàn)象：液體在恒溫下蒸發(fā)

9、的比較慢。數(shù)據(jù)現(xiàn)象：采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常的時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員不能分析時(shí)可以由我們來找出問題的根 源。3、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施根據(jù)本工程的特點(diǎn)選取區(qū)間居民樓為實(shí)驗(yàn)依據(jù)對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)人監(jiān)測(cè)進(jìn)行 了對(duì)比監(jiān)測(cè)。3.1居民樓簡(jiǎn)況居民樓（59-1號(hào)、159-2號(hào)、159-3號(hào)樓）建于2012年，層高分別為8、9、9層，均為框 架結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，埋深1.5-4m，共有88戶，部分為出租房，約有200人居住，房屋鑒定 等級(jí)分別為Bsu、Asu、Asu級(jí)；由于此三棟建筑物為民用私建樓，無設(shè)計(jì)圖紙，基礎(chǔ)薄弱，樓層太高且相互間影響大， 盾構(gòu)處于轉(zhuǎn)彎段，且底部存在不穩(wěn)定地層，存在重大風(fēng)險(xiǎn)。（1）居民樓與隧道的關(guān)系：隧道在左線

10、轉(zhuǎn)彎段284-291環(huán)側(cè)穿159-3號(hào)樓，隧道頂為 1-1圓礫層，隧道埋深約18.1m，房屋基礎(chǔ)到隧道頂距離為14.5m；（2）隧道穿越地質(zhì)：主要為圓礫層，底部為圓礫與泥巖層交界處；（3） 3棟樓間的關(guān)系：159-1號(hào)樓與159-3號(hào)樓共墻，159-2號(hào)樓與159-3號(hào)樓間距僅約50cm, 159-3號(hào)樓與其它兩棟樓聯(lián)系緊密，相互間影響較大。3.2測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)過往監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，建筑物底部和頂樓測(cè)試數(shù)據(jù)相近， 考慮到設(shè)備防盜等方面原因，因而靜力水準(zhǔn)儀沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在建筑物一層高的圈梁上。3.3 .自動(dòng)化監(jiān)控實(shí)施效果區(qū)間盾構(gòu)隧道在左線轉(zhuǎn)彎段284-291環(huán)側(cè)穿居民小組159

11、-3號(hào)樓，2015年1月底自動(dòng)化 靜力水準(zhǔn)儀完成安裝調(diào)試工作，3月1日開始下穿居民小組，期間自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行正常， 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)反饋，3月3日下穿完畢，根據(jù)人工監(jiān)測(cè)反饋的結(jié)果來看，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一致，很好的完成了施工監(jiān)測(cè)的任務(wù)，沉降控制在3mm以內(nèi)，順利穿越 居民小組?？偨Y(jié)以上，可以發(fā)現(xiàn)：（1）同一角點(diǎn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果的變化趨勢(shì)是一致 的。（2）一般情況下自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)程曲線總是位于人工監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)程曲線下方。（3） 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可以更劇現(xiàn)場(chǎng)需要時(shí)時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率，更快更準(zhǔn)的獲取監(jiān)測(cè)結(jié)果。4、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)信息化施工，即在盾構(gòu)施工過程中，以質(zhì)量控制為目標(biāo)，通過對(duì)

12、大量施工及監(jiān)測(cè)信息的 采集、分解、分類以及處理，提取施工參數(shù)中影響施工質(zhì)量的控制變量及其對(duì)應(yīng)的信息因子， 通過漸進(jìn)逼近的方法將控制變量進(jìn)行全過程調(diào)整和優(yōu)化，指導(dǎo)整個(gè)盾構(gòu)施工過程。同時(shí)依據(jù) 前步施工監(jiān)測(cè)信息及施工參數(shù)的變化，判斷下步施工工況及其對(duì)策，施工影響和控制貫穿于 整個(gè)施工過程，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)跟蹤的過程。不僅反映快，能及時(shí)處理監(jiān)測(cè)信息，真正做到信 息化指導(dǎo)施工。信息化管理平臺(tái)的搭建以遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控等硬件為基礎(chǔ)，以施工參數(shù)優(yōu)化為內(nèi)核，借助 車站地表監(jiān)控中心為載體集成，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化獲取、實(shí)現(xiàn) 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)實(shí)時(shí)優(yōu)化、正常掘進(jìn)信息反饋、預(yù)警信息及時(shí)上報(bào)、重大險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)指揮及處理 等功能，使得“地下”與“地上”真正聯(lián)動(dòng)，及時(shí)反饋數(shù)據(jù)。構(gòu)建區(qū)間穿越建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)信息反饋群，使得監(jiān)理單位、監(jiān)測(cè)單位、施工單位、業(yè)主單 位、設(shè)計(jì)單位等實(shí)時(shí)了解監(jiān)測(cè)信息，發(fā)布各種指令，協(xié)調(diào)各方關(guān)系，確保盾構(gòu)下穿建構(gòu)筑物 沉降可知、險(xiǎn)情可控、統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)、協(xié)調(diào)促進(jìn)。6結(jié)束語通過本案例，總結(jié)以下體會(huì)：1、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的運(yùn)用能更快、更好的反應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沉降情況；2、為下穿建筑物個(gè)地層盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)優(yōu)化、更進(jìn)提供更好的掘進(jìn)參數(shù)；3、注