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第113期 广州地铁运营线网变形监测技术讲解

2021-1-6 13:45
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【52监测网】第113期 广州地铁运营线网变形监测技术讲解


52监测网专家报告分享-第113期

《广州地铁运营线网变形监测技术讲解》
邢良平 广州地铁

内容介绍:

一、线网概况

目前已开通一、二、三、三北、四、五、六、七、八、九、十三、十四、知识城、二十一、广佛及APM线十六条线路,正线运营线路长度共计515km,覆盖广州所有城区。

广州地铁线网已开展的变形监测包括隧道、高架桥、建筑结构及其附属设施等。

变形监测工作按其实施特点,又可分为常规监测、加密监测、地保项目监测等。


二、监测目的

◇ 对正常运营的地铁线网实施定期监测,掌握其隧道、高架桥段、地面段以及车辆段附属建筑结构的动态变化,为判断各类结构、基础的安全状况提供依据;
◇ 对定期监测数据进行综合分析,总结其变形特点,预测隧道结构体变形趋势;
◇ 通过对监测数据的分析为地铁线网日常维修与新线建设提供宝贵的经验资料。
◇ 对有病害和周边工程施工影响的地铁线路实施加密或实时监测,能够及时分析病害发展情况,为判断结构的安全状况及下一步的处理措施提供依据。

三、参考技术标准

GB 50157-2013 《地铁设计规范》;
GB 50107-2010 《混凝土强度检验评定标准》;
GB 50446-2008 《盾构法隧道施工与验收规范》;
GB 50299-1999 《地下铁道工程施工及验收规范》(2003年版);
GB 50330-2013 《建筑边坡工程技术规范》;
TB/T 2820.2.2-1997 《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》;
TG/GW103-2010 《铁路桥隧建筑物维修规则》;
JGJT8-2007 《建筑变形测量规程》

监测参考执行的技术标准
GB50026-2007《工程测量规范》;
铁运[1999]146号《铁路桥隧建筑物大修维修规则》;
JTG D61-2005《公路圬工桥涵设计规范》;
GDY/QW-AZ-YJ-12.02《广州地铁桥隧专业应急预案》;
JS-GJ-01.01-2017-M1《广州地铁建筑结构设施维修规程》;
其他技术文件;

四、常规监测

◎ 监测项目及频率

隧道结构变形监测


桥梁结构变形监测


建筑物、网架、路基变形监测


◎ 监测仪器及精度

监测仪器及精度

◎ 监测方法简介

◇ 水准仪监测结构沉降-闭合或附合水准
◇全站仪监测隧道位移


◇ 全站仪监测隧道收敛


五、新技术应用

◎ 正线边坡预警系统

概况:2020年5月22日,广州地铁某区间3号洞口红线外侧发生滑坡,破坏地铁围网,未影响运营安全。为及时掌握边坡变形情况,在该边坡处建立北斗卫星自动化边坡监测预警系统,对边坡进行实时监控。


系统架构


设备参数


数据分析

由于卫星信号及解算精度影响,曲线走向表现出数据波动,监测数据在平面误差±2.5mm的精度范围内,满足预期数据要求。


倾斜监测8个监测点位监测数据实际监测精度为±0.2°内,经进行滑坡模拟,对部分传感器进行移动,图中也显示出有突变的情况发生,平台相应地采取报警措施,响应时间为2min左右。


传感器采集到降雨信息如下图所示,近一个月降雨频次较低,并无长时间跨度降雨,其中日降雨量最高为56mm,降雨对其他监测曲线未见影响。

气象数据曲线图

视频主要是配合其他监测数据报警时,对边坡进行查看,主要是洞口上方及线路侧,建议定期对视频遮挡植被进行清除,现阶段暂无法实现图像智能化比对功能。

视频画面

通过人为移动边坡倾斜仪,监测数据曲线发生明显突变,预警系统平台立即发出报警信息并通过短信发送给监控人员,实现了坡体异常变化的额预警功能,能如实反馈现场变化。


◎ 隧道三维激光扫描监测

三维激光扫描技术可获取现场隧道结构面的三维坐标数据,通过对三维点云数据的处理可重构隧道的三维模型,计算出各个管片的直径、椭变等指标信息。


技术优势
信息量丰富:一次作业能够获得隧道、道床、接触网、限界等测量成果,实测地铁沿线的几何尺寸、结构变形、病害信息、设备调查,制作高分辨率影像和全景漫游视频等丰富信息;
作业效率高:作业速度1-8km/h,在轨通之后即可同步开展质量检查、竣工验收和漫游巡检等;
全面覆盖:可谓建设期质量管理和竣工验收提供全面详实的资料,也可用于后续运营期的运营监测,实现全生命周期的高效监测;
无需照明:与采用相机技术比较,无需照明,方便实际的作业,自动采集、自动处理。

主要技术指标
收敛测量精度:盾构隧道直径测量精度可达±1-2mm,矿山法隧道弦长测量精度可达±2mm;
错台结算精度:环向错台解算精度1-2mm,径向错台解算精度2-4mm ;
激光影响与视频分辨率:隧道影像平均分辨率2mm/pixel,道床影像分辨率最高0.5mm/pixel,提供1080p高清漫游视频;

存在问题
影像分辨率还难以满足裂缝识别的需求。

应用示例
◇ 识别湿迹、滴漏、渗水、漏水等常见病害,包括类型、位置、走向等。


◇ 结合移动激光点云数据生成的隧道内壁影像、轨道道床影像,基于深度学习进行轨道扣件、隧道裂缝、隧道螺栓孔等附属物或病害进行检测。


◇ 轨旁设备调查,标绘支座轨旁关键设备的专题调查图。


◇ 钢环加固前,检测管片变形后真实状态,为预制钢管片提供精确尺寸,也可用于管片加载试验的数值模拟。


六、专项监测

◎ 概况

白沙河大桥位于广州市轨道交通六号线浔峰岗~河沙西入洞口区间,是一座连接白沙河两岸的新颖无推力式系杆拱桥。主跨采用150m的单肋系杆拱,两侧对称布置40m+40m边跨和次边跨,主桥全长310m。


◎ 监测目的

◇ 在地铁运营期间对大桥结构变形实施安全评估,能够为业主提供及时、可靠的信息用以评定白沙河大桥结构工程的安全性,并对可能发生的危及结构安全、地铁行车安全等的隐患或事故及时、准确的预报,以便及时采取有效措施,避免事故的发生;
◇ 评估的数据和资料能够使业主完全客观真实地了解大桥结构安全状态和质量程度,掌握大桥的关键性安全和质量指标,为后期地铁大桥的维护及新的大桥建设积累经验;
◇ 建立一套大桥结构状态评估与分析系统,通过对数据进行分析处理,及时发现结构现存的缺陷与质量衰变,并评估其在所处环境条件下的可能发展趋势及其对结构安全运营构成的可能潜在威胁,实现对该桥结构承载力、运营状况和性能退化的长期监测和评估,掌握桥梁的运营状态,并编制桥梁养护维修和加固建议。

◎ 监测内容

根据相关评估单位建议及参考同行业内类似项目,对白沙河大桥进行以下监测:
结构应力检测、白沙河大桥系杆及吊杆索力检测、结构变形检测、结构振动检测、徐变测量、温湿度监测。

◎ 测点布置

◇ 结构应力检测点布置
白沙河大桥选取12个断面进行应力监测,主梁断面各布设8个测点,拱肋、Y构及桥墩断面各布设4个测点,合计60个测点,详见下图。采用表面应变计固定在墩柱或主梁跨中的底部和顶部,来监测由于基础不均匀沉降而带来的应力变化。由于所监测桥梁对不均匀沉降更为敏感,需要加强沉降带来的应力变化测量,墩柱、盖梁及主梁应力测点布置的原则应以体现结构的内力控制断面,准确反映结构内力变化为宜。


◇ 索力监测点布置
本桥共有12根系杆,其中主跨系杆4根,边跨系杆8根,均选为测试系杆。共有43根吊杆,拟选取比较典型的7根进行测试,分别为主跨拱脚边各2根、1/4、1/2、3/4Lp吊杆索力,测试吊杆示意图见下图。传感器可通过螺母固定或粘贴的方式安装在结构表面。


◇ 变形监测、徐变监测点布置
主梁挠度布设7个测点;桥墩沉降布设6个测点;拱肋空间变位共布设5个测点;主梁纵向位移监测对两侧次边墩处伸缩缝进行监测,为增加数据对比性,每条伸缩缝设置2个测点,主桥共2条伸缩缝4个测点;本桥各类变形测点合计29个。


◇ 主梁结构振动监测点布置
根据白沙河大桥特点,选取主跨拱肋跨中、边跨与主跨主梁跨中和边墩、主墩墩顶布设8个加速度传感器,详见下图。传感器可通过螺母固定或粘贴的方式安装在结构表面。


◇ 温湿度监测点布置
为了掌握拱桥混凝土结构和钢结构的温度场分布,以期能研究桥梁的温度应力大小。对于桥梁结构来讲,钢管和管内混凝土的温度变化不同,所以需要分别监测钢管和混凝土的温度变化情况。考虑到引起桥梁应力的温度作用主要为季节温度变化和日照温度变化引起桥梁不同部位的温度差,但沿桥梁纵向方向的温度变化不大,因此,在桥梁结构关键部位共布置8个温度传感器。


七、地保监测

◎ 概况

项目大基坑围护结构地连墙槽壁加固外边线与3号线汉溪长隆站主体结构外边线的最小水平距离为2.5m,与3 号线汉溪-市桥区间隧道外边线的最小水平距离为3.7m。基坑围护结构外边线与换乘通道已有围护桩结构外边线的最小水平净距为0.2m

基坑与广州地铁三号线平面位置关系

项目大基坑与7号线车站1号风亭组结构已有围护桩结构外边线的最小水平净距为0.75m,基坑围护结构外边线与7号线车站2号风亭组结构外边线的最小水平距离为1.0m。非紧挨部分围护结构外边线与7号线主体结构外边线的最小水平距离为22.2m

长隆隧道与广州地铁三号线平面位置关系

◎ 外部作业影响等级

◇ 接近程度的判定标准


• 基坑与地铁3号线盾构隧道段最小距离约为2.5米,故接近程度为非常接近
• 基坑与地铁7号线车站及盾构隧道段最小距离约为22.2米,故接近程度为较接近。七号线附属结构为非常接近

◇ 明挖法外部作业的工程影响分区


• 基坑与三号线地铁盾构隧道距离在0.7h1以内区域为强烈影响区(本项目h1为20),为强烈影响区。
• 基坑与七号线地铁车站盾构隧道距离为22.2米,在0.7~1.0h1以内区域为显著影响区(本项目h1为20)。七号线附属结构为强烈影响区

◇ 外部作业影响等级的划分


• 3号线影响特级为特级
• 7号线车站区间影响特级为二级,7号线附属结构影响等级为特级

◎ 监测范围及监测项目

根据经评审通过的评估报告的内容和相关单位建议,对3号线、7号线车站、附属结构及隧道采取自动化监测系统+人工监测进行结构变形监测。

3号线监测范围:
• 3号线车站主体结构站厅层(人工监测);
• 3号线变形缝(自动监测+人工,主体与附属结构间);
• 换乘通道(人工监测);
• 3号线左右线盾构隧道(汉市区间自动化监测,全站仪+静力水准仪加密监测);
• 3号线主体结构轨行区(自动化监测);

监测项目:
• 车站段:人工监测项目为沉降(几何水准)、水平位移监测;
• 区间隧道段:隧道沉降;隧道水平位移;收敛;变形缝张开量、裂缝(如需);隧道断面尺寸;道床与轨道变位。

7号线监测范围:
• 7号线车站主体结构站厅层(人工监测);
• 7号线车站附属结构(1号风亭、2号风亭人工监测,地面风井口结构水平位移、沉降来替代车站内监测);
• 7号线变形缝(自动监测+人工,主体与附属结构间);
• 换乘通道(人工监测);
• 7号线左右线盾构隧道(汉南区间自动化监测);
• 7号线主体结构轨行区(自动化监测);

监测项目:
• 车站段:人工监测项目为沉降(几何水准)、水平位移监测;
• 区间隧道段:隧道沉降;隧道水平位移;收敛;变形缝张开量、裂缝(如需);隧道断面尺寸;道床与轨道变位。

《广州地铁运营线网变形监测技术讲解》
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