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轨道交通地下结构安全监测与管养系统的实现 颜永逸;翁顺;李鹏辉;朱宏平;曾铁梅;陈世杰;温凯伦 【摘要】轨道交通地下结构在全寿命周期内因地质条件、列车运营、地面建筑物 施工等因素会发生过大沉降、变形、裂缝、渗漏水等病害.本文针对武汉市轨道交 通地下结构特点和病害类型,研发了基于 B/S(Browser/Sever)的轨道交通地下结构 安全监测与管养系统.该系统利用无线网络对地铁隧道结构自动进行数据采集与传 输,综合监测数据,实时掌握结构受力状况,对异常情况及时预警,减少突发性事故的发 生;采用基于 Java 的 Jess 专家系统,可根据结构性能及其退化趋势提供日常管养建 议,实现对运营线路管理养护信息的集成、共享和智能决策,确保轨道交通地下结构 在运营期的安全与稳定. 【期刊名称】《土木工程与管理学报》 【年(卷),期】2018(035)004 【总页数】6 页(P152-157) 【关键词】轨道交通地下结构;监测系统;Jess 专家系统;管理养护;B/S 【作者】颜永逸;翁顺;李鹏辉;朱宏平;曾铁梅;陈世杰;温凯伦 【作者单位】华中科技大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074;华中科技大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074;华中科技大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074;华中科技大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074;武汉地铁集团 有限公司,湖北 武汉 430030;武汉地铁集团有限公司,湖北 武汉 430030;华中科技 大学 土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074 【正文语种】中 文 【中图分类】U231+.92 城市轨道交通作为一种速度快、运量大的公共交通系统，为缓解大城市地上交通拥 堵、运载能力不足等问题提供了有效的解决方法[1]。地质条件、列车运营、地面 建筑物施工、地下隧道结构自身负荷等因素使轨道交通地下结构在运营期内会发生 过大沉降、变形、裂缝、渗漏水等病害，如未及时发现并采取相应措施，很可能威 胁轨道交通地下结构的运营安全，给公众的生命财产安全造成损失[2 ～5]。 传统的人工监测方式存在着效率低、工序复杂、人工费贵、不及时、时间难控制等 诸多问题[6]。因此 ，本文设计了一种基于无线网络的轨道交通地下结构安全监测 与管养系统。该系统利用无线网络技术 ，将传感器采集的数据实时地、自动地传输 至监测平台 ，并结合 WebGIS 技术实现数据的可视化管理。它能实时掌握结构的 沉降、变形、及受力状态 ，并根据预定阈值进行预警；同时利用 Jess 专家系统构 建了轨道交通地下结构运营期养护与维修技术措施相应的知识库、推理机、规则库 ， 综合监测结果和结构性能变化趋势 ，给出日常养护建议 ，能有效地确保轨道交通地 下结构的运营安全。 1 监测系统设计 1.1 监测对象及内容 本系统以武汉市轨道交通三号线工程王家湾至宗关区间(以下简称王宗区间)跨江段 作为监测对象 ，监测区间选取该工程跨江段右线空推段 ，里程起 自右 DK11+157 至右 DK11+369 ，并往两边稍微延伸。由于该段同时覆盖暗挖段-空推段、空推段 -盾构段两处交界面，成孔工法覆盖全，同时该监测区间处于跨江段内，其在运营 期的病害情况相对突出 ，具有很特殊的工程意义和代表性。 根据 GB 50911-2013 《轨道交通工程监测技术规范》及监测区间的具体情况，将 隧道结构的沉降、轨道沉降、管片的加速度响应以及管片接缝处的应变作为监测内 容。由于管片刚度远远大于变形缝的刚度，可以通过倾角的变化计算管片的相对位 移差异和沉降差异，所以加入倾角传感器用来观测隧道结构管片在垂直两个方向的 双轴倾斜角度。 1.2 监测系统架构 为了满足监测系统能够长期的、自动的、远程的采集监测数据，系统设计为四个层 次：数据采集层、数据传输层、监测中心数据与应用层及用户界面层，如图 1 所 示。数据采集层按照预定的频率采集各个传感器监测点的数据，然后通过数据传输 层利用 TCP/IP 协议进行转换。转换后的监测数据通过公用无线通讯网络传输至监 测中心数据与应用层。该层部署了轨道交通地下结构安全监测与管养系统软件 ，系 统软件采用基于 B/S 架构的 Web 技术，即浏览器、Web 服务器、数据库服务器 组成的架构模式。监测数据传输到该层后存储于中心数据库服务器中，用户可以通 过内网或者外网的方式使用浏览器访问系统软件。 图 1 系统架构 1.3 数据采集层 1.3.1 TM50 全站仪 沉降监测设备采用徕卡 TM50 全 自动全站仪 ，采用其官方的 GeoMos 软件进