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南京市测绘勘察研究院南京地铁某运营保护区自动化监测

一、引言

随着我国地铁交通的快速发展,目前有20多个城市地铁开通营运,有10多个城市启动地铁建设。为确保地铁建设和营运安全,对隧道的稳定性进行监测,越来越受到社会和政府的广泛重视,尤其是软土环境中隧道的稳定性更加受到关注。但由于隧道空间狭小、结构环境复杂、机车行驶干扰等因素的影响,都给隧道变形自动监测造成较多的技术困难。本文以南京地铁2号线某隧道保护区监测为例,介绍了徕卡TM30监测机器人组成的自动化监测系统,对该系统的精度及可靠性方面进行了探讨。

二、工程概况

南京金融城、南京报业、国泰君安项目基坑位于地铁二号线雨润大街站至元通站区间两侧。其中金融城基坑围护结构外边线距地铁二号线区间最近距离约为15米。在这些工程建设过程中,有可能导致地铁结构变形,甚至坍塌。

三、自动化监测系统

监测网由若干基准点、工作基点和监测点组成,其中基准点是监测网的核心,布设的位置、数量应根据监测区域的大小、监测周期的长短和监测精度来设计。一般在监测区域外围100~200m相对稳定的地方布设6~12个基准点(分成1~ 2组),并牢固地安置观测棱镜。当工作基点数量大于1个时,应布设基准传递点,如图2所示。工作基点的布设根据监测区域大小而定,当监测成果精度优于±1mm时,TM30 0.5″仪器监测视线长度不宜超过100 m。监测点布设在隧道断面上,每5~10m选择1个断面,每个断面上均匀布设5~8个观测棱镜作为监测点,如图3所示。在布设基准点和监测点时要特别注意,仪器观测有效视场内不得出现其他棱镜(视场内有多个棱镜时会直接影响观测精度) ,在监测网布设前应精确计算每个点的布设位置。

布置完后地铁隧道如图4所示:

为实时监控临近基坑对地铁隧道的影响,本工程采用徕卡TM30测量机器人进行自动化监测,配合L型小棱镜测量隧道的水平位移与收敛变形和隧道沉降。数据处理采用Leica配套的GeoMoS软件,包含Monitor监测器和Analyzer分析器两个模块,系统结构图如图5所示。

四、数据通讯

观测数据可通过有线或无线方式实时传回服务器,目前可通过有线电信和无线CDMA、GPRS、3G等模式进行数据传载。从应用效果来看,3G 模式的传载速度要明显优于其他传载方式。

五、数据处理

地铁隧道变形自动监测的重要环节是数据处理,一般情况下使用GeoMoS 软件已基本能够完成经典的平差计算、数据分析和成果输出。但在有特殊要求的地铁监测项目中,还应对监测数据中变形量、测量误差、列车行驶震动和风动造成观测数据的偏离,棱镜仪器表面灰尘影响以及基准点不稳定对监测数据的影响作进一步处理,这就要对GeoMoS软件做二次开发或定制专门软件进行监测数据的处理。在地铁监测工程中运用神经网络分析模型进一步分析基准点的稳定性,预测工作基点的最合适值和监测点变形量,运用小波理论对监测数据进行偏差过滤等,使监测成果更加客观准确地描述隧道结构变形过程与变形趋势。

数据处理完成后生成平面位移成果表和平面位移趋势图、垂直沉降成果表、垂直沉降趋势图、隧道收敛成果表和隧道断面变形成果表等,如图6所示。

六、成果及评价

南京地铁监测系统百米内水平位移监测精度优于0.5mm,沉降位移监测精度达到0.5mm,其精度及稳定性远远优于人工监测系统,用户反馈良好,目前苏州、无锡的地铁都在仿效使用该监测系统;

南京地铁监测项目顺利通过成果鉴定并获高度评价,其中主任委员宁津生院士赞扬道:国内领先、国际先进!

七、结束语

地铁隧道变形自动化监测是一项复杂的系统工程,它不仅要融合现代测绘技术、通信技术、计算机技术和传感器技术,而且要运用现代数学理论和岩土工程理论对监测数据进行系统分析与变因研究。经过初步试验,使用TM30 0.5″仪器和科学的数据处理系统,监测成果精度优于±1mm 是完全能达到的。



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