CA在地铁结构变形监测.ppt

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1、2021/1/18 1 目 录 1. 变形监测系统的技术要求 2. 监测系统技术方案的选择 3. 原理创新 多重实时差分技术 4. 自动变形监测系统的构成 5. 研究解决的主要问题 6. 基坑开挖与地铁结构变形的相关性 7. 变形监测系统测量精度评估 8. 结语 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 2 1.变形监测系统的技术要求 全自动、无人值守； 在列车运行时，系统可以自动进行 24小 时连续监测 ； 实时提供变形点全方位变形信息 三 维坐标； 变形点三维坐标的监测精度优于 1毫米； 远程监控管理、自动变形预报。 非 地 铁 施

2、 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 3 2. 监测系统技术方案的选择 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 测量机器人 -TCA自动全站仪 主要性能 : 自动照准 ATR模式 锁定跟踪 Lock模式 用户编程 GeoCom GeoBasic 联机控制 Online模式 Remote模式 2021/1/18 4 2. 监测系统技术方案的选择 自动照准 ATR功能原理 （ Automatic Target Recognition） 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报

3、告 2021/1/18 5 2. 监测系统技术方案的选择 主要机型 徕卡 TCA 2003 1800 测角精度 ： 0.5 1.0 测距精度 : 1+1ppm 1+2ppm 自动照准 (ATR)测程 : 1000米 (中等能见度 ) 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 6 3.原理创新 多重实时差分技术 极座标法测量原理 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 数学模型 2021/1/18 7 3.原理创新 多重实时差分技术 多重实时差分技术 （ MRDiff） Multiple Real-

4、time Difference 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 提高测量精度的有效途径 基准点 1、 2、 （基） 变形点 1 、 2、 ( 变 ) 观测值： (基 )、 (变 ) 真值： (基 )。、 (变 )。 观测方程 ： (基 ) =(基 )。 +（ 综合误差 ） (1) (变 ) =(变 )。 +（ 综合误差 ） (2) (1)-(2)整理后可得： 归算方程： (变 )。 =(变 ) - (基 ) - (基 )。 2021/1/18 8 4.自动变形监测系统的构成 自动变形监测系统的组成框图 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变

5、形 监 测 中 间 成 果 报 告 X Y 2021/1/18 9 4.自动变形监测系统的构成 全站仪观测站 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 10 4.自动变形监测系统的构成 基准点和变形点 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 11 4.自动变形监测系统的构成 变形点景观 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 变 形 点 景 观 2021/1/18 12 4.自动变形监测系统的构成 监测系统软件 ADMS简介 非 地 铁

6、施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 自动化 智能化 开放性 通用性 互动性 2021/1/18 13 5.研究解决的主要问题 运行配置方案的优化 大气环境影响的分析与处理 测量技术难点的解决方案 迂障碍（如车遮挡） 重复测量时间延迟功能 小视场功能的应用 消除隧道内气流变化的影响 列车在行驶中地基 振动影响的监测与分析 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 14 5.研究解决的主要问题 远程监控方案的优化 基于地铁内部 OTN网的有线通讯 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间

7、 成 果 报 告 OTN网 因特网 远程监控 计算机 计算机 中继站 2021/1/18 15 5.研究解决的主要问题 基于 ADSL网络快车的有线通讯 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 ADSL 调制器 计算机 中继站 远程监控 计算机 因特网 站长室 直拨电话 2021/1/18 16 5.研究解决的主要问题 基于 GSM移动通讯的 GPRS无线通讯 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 计算机 中继站 2021/1/18 17 6.基坑开挖与地铁结构变形的相关性 基坑开挖进程与地铁结构 变形的状态对比

8、 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 18 -2 -1 0 1 2 3 4 5 8 月1 4 8 月1 7 8 月2 3 8 月2 7 8 月3 0 9 月3 9 月6 9 月7 9 月1 5 9 月2 6 1 0 月3 1 0 月1 5 1 0 月2 1 1 0 月3 0 位移量( m m ) D54 D53 D52 D51 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 -1 0 1 2 3 4 5 8月14 8月17 8月23 8月27 8月30 9月3 9月6 9月7 9月15 9月26 1

9、0月3 10月15 10月21 10月30 位移量(mm) D44 D43 D42 D41 2021/1/18 19 6.基坑开挖与地铁结构变形的相关性 与美国 SINCO自动数字测斜管 所测数据的比较 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 -2 0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 深度( m ) 位移量( m m ) 9 月1 3 日( 1 2 m ) 9 月1 0 日( 1 2 m ) 9 月6 日( 1 2 m ) 9 月3 日( 1 0 m ) 8 月3 0 日( 8 . 8 m ) 8

10、月2 7 日( 8 . 8 m ) 8 月2 3 日( 6 . 3 m ) 8 月1 7 日( 3 . 7 m ) 8 月9 日( 2 m ) 2号测斜管观测数据的位移图 2021/1/18 20 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 0 1 2 3 4 5 6 7 8 8 月9 日( 2 m ) 8 月1 7 日( 3 . 7 m ) 8 月2 3 日( 6 . 3 m ) 8 月2 7 日( 8 . 8 m ) 8 月3 0 日( 8 . 8 m ) 9 月3 日( 1 0 m ) 9 月6 日( 1 2 m ) 9 月1 0 日( 1 2 m )

11、 9 月1 3 日( 1 2 m ) 位移量( m m ) 8 . 5 米深度 2号测斜管 在 8.5m深度处观测的位移图 D34 D44 2021/1/18 21 起始方位角的差分改正 起始方位角的变化 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 6.基坑开挖与地铁结构变形的相关性 2021/1/18 22 2021/1/18 23 起始方位角的差分改正简况 未加差分改正的原始变形量趋势图 已加差分改正的变形量趋势图 已加差分改正的变形量折线图 2021/1/18 24 7 .变形监测系统 测量精度评估 本底测量数据的精度 Mx 0.48mm、 My 0.

12、10mm、 Mz 0.38mm。 TCA全站仪测量精度 仪器的精度指标 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2003 标称精度 0.5 1mm 1ppm 1800 1.0 1mm 2ppm 厂家提供的测试结果 ： 采用自动测量系统的测量精度在 200米 以内 TCA2003 0.5mm以内 TCA1800 1.0mm以内 在 200米以外的精度取决于大气状态及采用 的测量方案 。 2021/1/18 25 7 .变形监测系统 测量精度评估 TCA全站仪的测量精度试验 与双频激光干涉测量平台的对比测试 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监

13、 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 26 7 .变形监测系统 测量精度评估 TCA全站仪与测微平台的对比测试 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 在室外 约 200m的距离 上 ATR分别在 X、 Y方向上 的线性锯齿型误差为 0.19mm和 0.16mm。 Y方向转化为 角度误差 为 0.24。 坐标测量精度 可达到 0.2mm。 2021/1/18 27 7 .变形监测系统 测量精度评估 监测系统理论精度分析 按极坐标公式求各变形点的三维坐标： 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 0 PP

14、 0 PZPP 0 PZPP ZhZ YHs i nDY XHc o sDX 1 PPP 1 PPP 1 PPP ZZZ YYY XXX 各变形点相对于第一周期的变形量为： 2021/1/18 28 7 .变形监测系统 测量精度评估 极坐标差分三维坐标测量的精度估算公式： 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2 h 2 Z 2Hz P 22 P 2 DP 22 Y 2Hz P 22 P 2 DP 22 X PP P PP P PP mm ) m (Hzc o sDmHzs i nm ) m (Hzs i nDmHzc o sm 选取 TCA全站仪的

15、ATR角度测量精度为 0.24 ； 距离测量精度为 0.2mm， 并输入其它关相数据， 可估算出精度如下表： 2021/1/18 29 自动极坐标多重实时差分测量理论精度估计 （单位： mm） 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 30 8.结 语 实现在地铁正常运营情况下，全自动、无人值 守、 24小时连续监测； 实时提供变形点三维坐标，达到亚毫米级精度； 实现远程监控管理，为保障地铁安全运营提供 有效监测手段； 系统的可靠性分析、实时变形预报 有待进一步完善。 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成

16、果 报 告 填补国内地铁监测领域的空白， 达国际同类系统的先进水平！ 2021/1/18 31 致 谢 谢谢专家领导的光临指导！ 祝大家元旦快乐身体健康！ 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 32 大气环境影响 全站仪在不同温、湿度条件下的气象改正值 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 0 5 10 15 20 25 15 20 25 30 35 ppm 60% 70% 80% 2021/1/18 33 障碍影响 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报

17、 告 2021/1/18 34 气流影响 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 2021/1/18 35 振动影响 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 表 4 8月 14日至 9月 6日全站仪竖轴的最大倾斜量及其方向 表 5 9月 7日至 10月 30日全站仪竖轴的最大倾斜量及其方向 9月 7 日 9月 15 日 9月 26 日 10月 3 日 10月 15日 10月 21日 10月 30日 最大倾 斜量 () 2. 9 4. 2 6. 3 6. 3 8. 4 10. 9 11. 0 倾斜量 方向 ( .)

18、266.2 356 222.22 50 244.51 52 265.52 29 226.25 09 218.4 231 224.0 708 8月 14 日 8月 17 日 8月 23 日 8月 27 日 8月 30 日 9月 3 日 9月 6 日 最大倾 斜量 () 1. 4 2. 1 2 . 3 0. 5 2. 5 2. 9 2. 7 倾斜量 方向 ( . ) 270.5 415 311.29 08 303.37 41 302.24 19 298.13 25 294.2 735 270.2 233 2021/1/18 36 相关示意图 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测

19、中 间 成 果 报 告 负一层 售票厅 负二层 站 台 X Z 变形点 棱 镜 2号测斜管 X方向变化曲线 2021/1/18 37 小视场功能 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 望远镜正常视场角为 1 33 对于 100米的距离视场直径为 2.7米 视场角为 1 33 变为 86 100米 2.5厘米 2.7 米 望远镜小视场角为 86 对于 100米的距离视场直径为 2.5厘米 2021/1/18 38 非 地 铁 施 工 时 地 铁 结 构 变 形 监 测 中 间 成 果 报 告 优化运行配置 运行配置方案是由 定时器 和 点组 的定义来完 成，如何制定要根据基坑开挖的进程以及对监 控的 实际需要 合理全面优化来选定。 采集本底数据；监视开挖过程； 监视稳定过程；其他特别需要。 一个周期；一个测回（测量次数）； 单面或双面； 2021/1/18 39 组成框图 2021/1/18 40 方位角变化 基准点 变形点