请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版
我的账户
52监测网

安全监测行业网站

亲爱的游客,欢迎!

已有账号,请

如尚未注册?

52监测网 首页 行业资讯 专家报告

第112期 深圳地铁隧道变形自动化监测技术应用与展望

2020-12-30 13:18
来自: 52监测网 收藏 分享 邀请

【52监测网】第112期 深圳地铁隧道变形自动化监测技术应用与展望


52监测网专家报告分享-第112期

《深圳地铁隧道变形自动化监测技术应用与展望》
王天孝 深圳市市政设计研究院有限公司

内容介绍

一、深圳地铁现状


运营线路

目前,深圳已开通1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11共10条地铁线路。
日均客流近期突破662万人次,公交分担率60%。

在建线路

目前,深圳正在建设的地铁线路有17条,总里程321.88公里。
2020年拟新通车7条,新增里程107公里。

地铁隧道监测形势

地铁运营及在建不断增加,通过市区所有已建及待建区域,地铁隧道安全问题日益严重,监测任务任重道远!!!


二、监测标准和类型

监测类型

◎ 在建地铁隧道施工上跨、下穿、近接既有地铁隧道时,对既有地铁隧道要进行自动化变形监测。


◎ 在运营地铁的安保区范围内有桩基施工、基坑开挖等施工时,要对既有地铁隧道进行自动化变形监测。

◎ 运营地铁隧道受外部影响已经严重变形,需要对隧道结构紧急修复时要对既有地铁隧道进行自动化变形监测。

三、监测机器人技术

由徕卡公司推出的TS(TM)系列全站仪,是采用压电陶瓷驱动和软件控制的TPS(Total satation Positioning system)系统,它是智能型全站仪结合激光、通讯及CCD技术,集自动目标识别,自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标、遥控、自动记录数据于一体的测量系统。TS(TM)系列智能全站仪又称“测量机器人”,它以其独特的智能化、自动化性能应用于地铁变形监测中,使用户轻松自如地获取变形观测数据,及时进行监测预报。目前地铁隧道结构监测主要采用的仪器的测角精度要求为0.5"级。

机器人自动化监测系统组成

多台仪器组网联测

监测机器人技术特点

1. 精度高、采用徕卡0.5秒监测机器人。
2. 可单台监测,也可多台组网联测
3. 可选用相对坐标系也可采用绝对坐标系,可监测隧道绝对变形量。
4. 自动化及智能化程度高,可根据监测需求进行设置。
5. 仪器价格高,维护成本高。

四、三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术。它是利用激光测距的原理,记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息。结合计算机视觉与图像处理技术,将其扫描结果直接显示为点云(pointcloud:无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果),可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉,因此,三维扫描技术在测绘领域被誉为“继GPS技术之后的一次技术革命”。

三维激光扫描仪及现场实景

三维激光扫描仪的应用

(1)隧道扫描结果可以记录隧道的真实状态,非常直观的展现隧道三维情况,通过多种视角的呈现,给人身临其境的感觉。
(2)可以记录隧道的缺陷信息,并可以进行量化,如标注渗水区域或破损区域的面积等等。
(3)通过扫描隧道结构获得的点云信息,与隧道设计值进行比较,可以得知隧道结构与设计图纸的偏差,通过对比不同时期的两次隧道扫描结果,也可以得知隧道结构在此期间的变形情况;


(4)利用三维点云图可以直观展示隧道监测点的变形数据:利用三维点云图作为数据载体,可直观显示各个监测点的变形数据;
(5)三维点数据可发布为IE浏览器格式,即使没有专业软件,也可以进行信息查询。

三维激光扫描技术的特点

1. 扫描速度快,成果直观,信息丰富,点云数据用途广。
2. 操作方便,可摆站扫描,也可移动扫描。
3. 可选用相对坐标系也可采用绝对坐标系,可监测隧道的绝对变形量。
4. 不能进行自动化扫描,只能在地铁停运后进行人工扫描。
5. 精度稍低,一般在3~5mm。
6. 仪器价格高。

五、自动收敛监测技术

自动收敛监测系统结构图及实物照片

自动收敛监测技术的特点

1. 实时性非常强,最高5秒钟监测并反馈一次数据。
2. 安装方便,使用方便,可在手机端控制并观察监测数据。
3. 能全天候进行自动化监测。
4. 仪器价格便宜,维护成本低。
5. 精度中等,一般在1~2mm,满足收敛监测要求。
6. 只能选用相对坐标系,监测隧道的相对变形。

六、视频位移监测系统

视频位移监测采用视频图像算法,通过远程非接触方式,监测被测物体的动态特性,进而取得被测对象的动态位移、振动模态等。视频传感器技术的基本原理是通过装有光学镜头的摄影机捕获一个时间段内结构的动态位移过程,再利用图像匹配技术和亚像素技术获得高精度的结构振动位移,通过坐标变换得到用距离单位表示的动态振动位移时程曲线,原理图见下图:


视频位移监测系统相较于现有监测技术的优势


视频图像传感技术应用于结构动态位移测量中具有众多的优越性。视频图像传感技术的显著优越性为能够实现远距离高精度测量,且无需安装人工标靶,这使得结构动态位移的测量不再那么困难。同时视频图像传感技术系统易于携带、操作方便,在工程应用中具有很好的适应性。视频图像传感技术还能够做到对结构多点位移的同时测量,测量数据可以实时化处理分析也可后处理分析,完全满足工程需要。视频图像传感技术的相对不足主要表现在受外界环境因素干扰较大。

视频位移监测系统组成

视频传感系统主要分为四大组成部分:摄像机、光学镜头、三脚架和配件、笔记本电脑。


视频位移测量系统特点

系统特点
1. 产品测量精度高,最高精度达到0.02mm;
2. 可执行结构动态位移测量,测量频率从0~150HZ;
3. 测量效率高,可同时测量多个测点;
4. 远距离非接触测量,最远测量距离远达2公里;
5. 轻质便携、组装快捷、单人轻松操作;
6. 软件数据处理功能强大,实时出局测量结果;
7. 数据一键上传到云端,安全快捷;
8. 测量过程人员设备安全性高;
9. 产品连续稳定,耐候性健壮性强。

七、地铁隧道高空间分辨率分布式光纤温度应变监测系统

分布式光纤技术原理,当光纤注入一束激光,将会发生各种散射效应,此类散射效应与光纤的应变、温度等相关,其中布里渊散射光的中心频率的平移量与光纤的应变量线性相关,利用时域或频域技术再实现光纤中没一点应变的分布式测量,该技术称为布里渊光时域/频域反射技术(Brillouin Optical Time/Frequency Domain Reflectometry)。

在其养护监测中的作用:
◇ 为隧道结构的安全性能、健康评估提供基础数据;
◇ 为隧道的养护提供依据;

主要监测隧道内容:
◇ 隧道内部收敛变形
◇ 管片接缝张开
◇ 错台错缝
◇ 光纤线缆沿线温度

地铁隧道高空间分辨率分布式光纤温度应变监测系统布线方式

布线方式
监测布线方案分为洞顶监测光纤,侧壁监测光纤和道床监测光纤三种。其中,洞顶监测光纤用于监测隧道管片应力、管片接缝张开与错位情况;侧壁监测光纤用于监测隧道结构的纵向变形情况;道床监测光纤用于监测钢弹簧预制板道床的变形情况。其中,洞顶、侧壁监测光纤采用夹具机械固定方式安装,道床变形监测光纤采用开槽预埋方式安装。

八、地铁隧道周边违法施工监测系统

地铁隧道周边违法施工监测必要性

监测的必要性:
在2017年,短短的一个半月里,深圳地铁9号线、11号线的隧道先后被击穿,且都是外部单位违规施工所致,影响地铁正常运营。而在一年的时间内,深圳就纠正了在地铁保护区范围内违规施工176次,其中包括未报建、无审批手续、施工过程中违规操作等。地铁保护范围内的违规施工已对公共安全造成严重。如何知道管控区域在违法施工,我司拟采用分布式光纤系统对重点区域实时监测,出现异常通知监管人员现场制止违法活动。

分布式光纤隧道周边违法施工监测系统介绍
分布式光纤振动预警系统利用广信传感技术实现监测沿线光缆第三方活动产生振动信号监测和定位,结合模式识别技术能够实现各种威胁事件的智能识别和分类。一套光纤振动预警系统能够实现数十千米的安全监测,同时具有监测距离长、灵明度高、成本低,可靠性高,本质安全的特点。

分布式光纤振动预警系统可以实现以下功能:
1. 监测沿线机械、人工挖掘等第三方活动的实时监测及定位;
2. 第三方活动的分类报警;
实施方法:将光纤线缆沿隧道拱顶沿线铺设,使用固定卡扣将光纤线缆紧贴在拱顶混凝土上。


地铁隧道周边违法施工监测系统组成

分布式光纤地铁隧道周边违法施工监测系统各部分组成及功能
硬件组成分布式光纤振动监测预警系统的硬件装置主要包括:
(1)分布式微振动光纤传感器:该传感器为敷设光缆中的1芯光纤;
(2)引导光缆:连接设备和监控区域光缆的,位于站场内部不需要起监测作用的光缆。
(3)光纤振动信号检测装置:光信号的调制和解调装置。
(4)信号分析与识别装置:对采集的光信号进行识别和判断的装置,一般为计算机或服务器。
(5)人机交互设备:信息显示设备,一般为显示器。
(6)中继放大装置:对于长距离管道一般每约25km需要采用中继放大装置放大一次。

地铁隧道周边违法施工监测系统展示

分布式光纤地铁隧道周边违法施工监测系统云端数据查看及展示云端城市路桥健康监测预警平台,实现统一化管理和系统综合查看功能,可将所有监测地段纳入到平台进行统一管理,系统具有良好的人机交互界面,便于使用者操作,在线异常通报等功能。
◇ 实时展示:GIS电子地图显示,显示监测的区域;
◇ 数据分析:历史数据/曲线,数据对比分析,相关分析,滞回曲线;
◇ 资料记载:所有传感器、采集模块、测点结构物文件资料记载;
◇ 预警详情:报警阙值配置,报警信息详情列表,报警记录查询;
◇ 预警方式:现场高分贝声光报警器,远程以短信、邮件、微信等方式;
◇ 监测报告:日报、周报、月报、季报或年报等一键生成;
◇ 资料记载:所有传感器、采集模块、测点结构物文件资料记载;
◇ 系统设置:权限管理,登陆日志,平台运行状态管理。

九、案例

案例——前鲤区间周边建设项目施工

2015年4月前鲤区间隧道纠偏加固施工开始,经过近4个月的努力,实现水平位移回调23.2mm,隧道沉降量减少至62mm。(三种方法监测)

1.2016.1.17进行了第一次三维激光扫描。找出水平直径大于5470mm的管片进行钢环加固。
2.加固期间多次进行三维激光扫描,监测隧道水平直径的变化,找出新的需加固管片。
3.加固完成后进行了一次三维激光扫描作为前海交易广场项目施工前的原始资料。
4.在交易广场施工期间,多次进行三维激光扫描,监测收敛变化情况。


前鲤区间双线共布置18台监测机器人进行监测,每6米一个监测断面,每个断面5个监测点,加密段每环管片布置一个监测断面,每个断面7个监测点。

常规断面每天监测1次,加密断面每4小时监测1次。


前鲤区间双线共布置5台自动收敛监测系统,其中2台布置在施工影响最大的位置,另外3台布置在监测区域两端,以对比施工影响区域和稳定区域的变化。

设置为20秒自动采集1次数据。

十、新技术展望

现场监测技术
1.分布式光纤光栅技术(对应力、温度实时监测,提前预测结构变形趋势,需要预埋);
(南京大学  施斌教授)
2.近景摄影测量技术(固定或移动,实现全覆盖)
(武汉大学 张祖勋院士)
3.地铁轨道沉降快速检测与CPIII控制网快速复测技术(车载)
(深圳大学 李清泉校长 国防科技大学于起峰院士(已调至深圳大学))
4.5G技术的推广带来数据传输速度加快,三维激光扫描有望实现实时监测

监测信息分析技术
1.与BIM技术结合,如能采用基坑、隧道、车站等的BIM模型作为监测数据的载体,能将监测数据与实际的监测对象、监测位置紧密结合进行展现,可以更直观地对监测数据进行把控。
2.与数值模拟技术结合,将监测到的参数实时输入数值模拟模型,实时反馈数值模拟结果,根据结果进行预警,提供综合预警能力和准确性。
3.进一步利用大数据技术和AI技术,从自动化监测预警的层次提升到智能监测预警的层次。

结束语

监测机器人技术、三维激光扫描技术、自动收敛监测技术均有各自的优缺点,采用单一的技术都难以完全满足监测的需要,只有将多种技术组合起来使用,才能发挥各种技术的优势,使监测成果更能客观实时反映隧道结构的变形情况,从而能更好地指导施工,保护地铁安全。也希望将来能有更多更先进更可靠的技术能应用到第地铁监测中来。

《深圳地铁隧道变形自动化监测技术应用与展望》
王天孝 深圳市市政设计研究院有限公司

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋
该文章已有0人参与评论

请发表评论

全部评论

亿呀~亿呀~
粉丝6 阅读199 回复0
上一篇:
第111期 沪通长江大桥主桥施工关键技术发布时间:2020-12-23
下一篇:
第113期 广州地铁运营线网变形监测技术讲解发布时间:2021-01-06
关注我们
自动化监测技术交流

客服电话:010-62978778

客服邮箱:admin@52jiance.cn

周一至周五 8:30-17:30

地址:北京海淀区金隅嘉华大厦c座1005

Powered by Discuz! X3.2@ 2001-2013 Comsenz Inc. 京ICP备16000992号-2 京公网安备 11010802022300号