地鐵下穿既有線自動化監測，徠卡解決方案
一、項目概況
擬建某市軌道交通某線路某站盾構區間，下穿既有運營線路，與既有某線路區間隧道最小豎向凈距約5.9m～6.3m。隧道推進結束后對隧道變形尚未穩定區段頂部進行雙液二次注漿加固。
圖1 12號線園～團區間下穿4號線園～羅區間平面圖
二、項目重難點
1、 本項目距離既有線較近，最小豎向凈距約5.9m～6.3m，下穿盾構施工時擾動影響程度為強烈，且下穿處為高填方亂地，對既有線的沉降及收斂有較大影響。
圖2 12號線園～團區間下穿4號線園～羅區間剖面位置關系圖
2、 根據現場調查統計，下穿影響范圍內既有線園~羅區間隧道結構存在管片裂縫、管片破損、管片錯臺等現狀病害情況。并了解到有關單位正在該區域進行病害治理，包括鋼環加固、縱向拉結、微擾動注漿等施工。
圖3 園～羅區間現狀圖
3、 本項目對自動化監測系統的要求較高，且必須具備全天候24小時連續不間斷的監測能力和數據實時傳輸的要求。下穿施工時，要求在30分鐘內，需上報一期監測數據報告。
圖4 自動化監測頻率要求
4、 參與本項目監測工作的單位有施工方監測單位和第三方監測單位，相互獨立，相互驗證。不僅要開展自動化監測工作，還要定期對該區域進行人工水準復核監測。因此對測量精度的要求非常高，對使用的測量設備參數和性能要求也高。
5、 本項目屬于重點建設項目，受到各方高度關注和重視，對相關監測工作提出了較高的要求，不僅要保證施工過程中監測系統的穩定運行，還必須要有完善的應急預案，如遇突發情況，能及時響應，快速作出分析和處理的能力。
三、解決方案
本次監測工作主要為12號線園團區間盾構始發對既有4號線園林路站安全影響提供實時的自動化監測，主要監測內容包括凈空收斂、拱頂沉降、道床水平位移、道床沉降、結構沉降。并在施工前和施工后對受影響的既有線進行三維激光掃描，做現狀對比，分析影響。為配合軌道交通12號線園團區間盾構施工，及時了解既有4號線羅園區間隧道的變形情況，保障運營安全，擬投入多名專業技術人員參與，保證各個環節都有專人負責。
根據業主提出的監測要求及現場實際情況，4號線羅園區間受在建地鐵12號線下穿影響監測，上下行各布設1臺0.5秒級測量機器人進行自動化監測。在施工盾構期間自動測量地鐵隧道結構拱頂、兩腰以及地鐵道床在三維方向—X、Y、Z方向（其中：X、Y為水平方向，Z為垂直沉降方向）的變形值。
在該監測項目中，自動化監測選擇瑞士徠卡TM60自動全站儀（測量機器人）作為數據采集的儀器，配以GeoMoS自動化監測軟件，定時啟動儀器進行自動化數據采集，采用無線網絡進行數據傳輸，采集的數據經軟件處理后，生成變形監測報表。現狀調查三維激光掃描工作則選用徠卡P40高精度三維激光掃描儀，搭配移動式地鐵隧道檢測小車數據采集系統，進行相關作業，經內業軟件處理后，生成成果報告（包括環片錯臺，收斂，滲漏，CAD收斂圖，錯臺圖等）。
四、主要設備投入
1.自動化監測
①投入2臺徠卡TM60 0.5秒 測量機器人；
②搭配1套徠卡GeoMoS自動化變形監測操控軟件；
③采用自動化監測數傳終端，實現數據的實時傳輸；
④供電方式采用隧道區間的檢修用電（220V市電）。
圖5 徠卡TM60+徠卡GeoMoS軟件
圖6 自動化監測數傳終端TC-M1
2. 三維掃描
①投入1臺徠卡P40高精度三維激光掃描儀；
②搭配1套移動式地鐵隧道檢測小車數據采集系統；
③內業處理采用三維激光點云運營期地鐵隧道檢測系統；
圖7 徠卡P40高精度三維激光掃描儀
圖8 移動式地鐵隧道檢測小車數據采集系統
圖9 三維激光點云運營期地鐵隧道檢測系統
五、項目實施：
在地鐵隧道影響區域左線布設25個斷面，右線布設24個斷面，每個監測斷面5個監測點，分別布設拱頂1個、拱腰2個，道床2個（且在每個斷面的道床監測點旁，都布設一組人工水準復核的測釘，與自動化監測數據相互驗證）。監測點采用徠卡L型小棱鏡，分別固定在道床底板及結構側墻和拱頂處，基準點棱鏡采用徠卡圓棱鏡，布設在兩端監測范圍外穩定的區域，并使所有的棱鏡面正對工作基點（即測站點），布點示意圖如下。全站儀觀測支架安裝需平衡穩固，在支架安裝完成后，在支架上安裝基座，通過微調螺旋調整支架至基座氣泡居中，然后通過反向螺絲鎖緊支架活動桿，有必要的條件下對活動螺桿用玻璃膠進行黏貼，保證其在長期觀測中不發生形變。
圖10 隧道監測點布置圖
圖11 測量機器人現場布置示意圖
圖12 項目現場指揮部
六、項目展示：
1、全站儀工作異常和處理
下穿期間，施工影響迫使既有4號線強烈影響區內隧道管片發生形變，間接影響全站儀的姿態，使其出現水平偏移，超限等情況，系統能自動提示并停測，需要及時處理。
圖13 全站儀工作異常和處理
2、監測數據異常和處理
監測數據因現場環境等因素影響（如列車運營行駛的振動，監測點人為破壞等），造成測量值異常時，需綜合分析判斷數，謹慎上報。
圖14 監測數據異常和處理
3、監測數據對比
由于該項目施工對既有線的安全影響較大，各方非常重視。在盾構下穿期間，重點關注監測數據情況，并對多方監測數據做對比分析，以驗證和確保監測數據的準確性和實時性，從而全面的掌握隧道結構受施工影響產生的形變程度和發展趨勢。
圖15 監測數據對比
4、監測數據預警
12號線右線第2次開始正穿期間，既有4號線各監測項目累計變化量突升至6mm左右，且直接影響區均已超警戒值。結合數據分析和現場工況，綜合判斷監測數據為真實數據，且監測系統完全反映了既有4號線隧道結構受施工影響出現的形變全過程，隨即主動對監測數據預警并上報，隨后地鐵運營有限公司收到預警報告后，立即向施工單位發函，施工單位回復擇日將組織專家召開會議，商討解決方案。最終徠卡自動化監測系統為施工單位及時采取應對措施，提供了大量真實精準的監測數據基礎，對現場施工進度和風險判斷起到了關鍵性的作用。
圖16 監測數據預計
圖17 風險評估專家咨詢會
圖18 專家咨詢意見
七、項目小結：
1、針對安全影響風險較高的自動化監測項目，選用久經市場檢驗了的性能優異且技術過硬的產品，是項目監測工作得以順利開展的最為關鍵一步，尤為重要。本項目采用了徠卡自動化變形監測系統全套的解決方案（徠卡TM60+GeoMoS），成功的為客戶解決了項目中面臨的各項疑難問題。
2、一套具有實時性、準確性、穩定性的自動化監測系統，不僅能客觀的反映施工全過程對既有線地鐵結構產生的變形影響程度，還是監測項目能否成功的前提條件。客戶在使用過程中，最關心的是數據的真實性， 徠卡GeoMoS獲取數據、計算、分析和輸出結果，全程都是自動化完成，程序不開源。不能對原始數據做任何修改和編造，確保數據100%真實可靠，監測結果100%精準可信。
3、軌道交通三維移動測量系統作為軌道交通基礎設施的全斷面多元信息高精度快速獲取與分析檢測新技術與新裝備，具有效率高、機動靈活、安全可靠、適應環境強、功能全面等優點，可以準確的得到地下隧道的水平收斂值、橢圓度值、滲漏水情況等。通過隧道收斂、橢圓度、滲漏水信息可得到隧道的變形和病害情況。因此三維激光掃描應用于地保監測中的現狀調查工作，是非常必要且重要的。
