自動化監測技術在運營地鐵隧道中的應用探討

文/梅攀 深圳市市政設計研究院有限公司 廣東深圳 518000

本文選取的例子是天津市某地鐵線路二期工程，其基坑附近有建成的地鐵隧道，為了保障地鐵線路的安全運行，在基坑開挖的過程中，必須對隧道進行實時監測。由于地鐵運行期間測量人員無法進入到隧道中，因此需采用無人值守、遠程監控的方式對隧道實時情況進行掌握。這就涉及到了自動化監測技術的應用。

1、自動化監測系統的構成

1.1 靜力水準自動化監測系統

靜力水準自動化監測系統主要利用的是連通器的原理實現對多點相對沉降的監測，通過相互連通且靜力平衡時的液面進行高程傳遞，屬于高精密液體系統測量儀器。靜力水準自動化監測系統通常由傳感器子系統、數據自動采集和傳輸子系統以及數據管理與分析子系統工程。

其中傳感器子系統包含了數個靜力水準儀，這是一種的電感調頻的總線型位移計，主要包括電感傳感器、液缸以及浮子等多個部件，可以對液缸內部水位變化進行實時測量，以此實現對位移量的掌握。

在實際應用的過程中，可以將靜力水準儀安裝在監測區域內的隧道壁上，采用專用的支架和配套工具進行固定，同時使用液體連接管和數據傳輸線連接起來。用戶可以利用公共網絡通過安裝的配套軟件對靜力水準自動化監測系統進行遠程控制，完成數據采集。監測系統可以將自身采集到的監測數據發送到信息中心，由數據管理和分析子系統完成相關處理工作。

1.2 全站儀自動化監測系統

靜力水準自動化監測系統只能對隧道結構的沉降變化進行監控，無法實現對隧道斷面變形情況的全面掌握，因此應該配合全站儀自動化監測系統對隧道變形情況進行全面監測。一般情況下，全站儀自動化監測系統主要包括測量機器人、電子手薄、反射棱鏡和自動控制軟件等幾部分。

其中測量機器人實際上就是的一個全站儀，為了保障測量效果，該儀器必須具備較高的測量進度和穩定的性能，且具備自動識別功能，操作人員只需瞄準棱鏡就，儀器就可以自動完成目標的鎖定、跟蹤和測量。此外，測量機器人還可以對多個目標進行持續和重復觀測，對于工作效率的提升具有十分重要作用。

電子手薄是一種自動控制軟件，可以通過無線藍牙和測量機器人進行連接，通過電子手薄可以對全站儀進行控制，并將獲得的測量結果輸入到儲存庫中進行整編分析。

反射棱鏡的主要作用是作為檢測標志，為了方便測量機器人自動搜索反射棱鏡，在安裝的過程中其反射面必須指向對對中觀測站。

2、監測數據分析

2.1 靜力水準自動化監測

一般情況下，精力水準自動化監測系統的采樣時間間隔設定為半個小時，由于其采集到的數量較大，因此為了便于分析，我們分別選擇了基坑施工前中后三個階段的部分監測數據進行分析，以此展現靜力水準自動化監測系統的實際測量效果。通過繪制時程曲線圖的方式可知，在基坑開挖前的準備階段，各監測點采集到的數據較為穩定，基本上未發生變化。但是隨著施工活動的不斷推進，隧道受到的擾動也在不斷加強，監測數據也開始出現小幅度的波動。

通過基坑開挖過程中靜力水準監測時程曲線圖可知，基坑開挖對隧道結構變形的影響較大，這是由于土方開挖是一個卸載的過程，開挖區的自然狀態發生了變化，土體也由靜止的土壓力狀態轉變為主動的土壓力狀態。雖然各個監測點都出現了不同幅度的沉降變化，但是整體上依舊呈現出較為平穩的趨勢，未出現較為顯著的波動。

通過對施工后期靜力水準監測時程曲線圖的分析可知，在基坑開挖施工的后期，土體的變化會逐漸趨于穩定，相應的各個監測點的時程曲線也會逐漸趨于平緩，并最終穩定在一個具體的數值。

通過實際應用，靜力水準測量存在較多的影響因素，如氣溫、氣壓、傳感器靈敏度、安裝情況等，因此為了保障測量的精確性，必須要做到操作規范，如此才能將測量誤差控制在可以接受的范圍內。

2.2 全站儀自動化監測數據分析

在對全站儀自動化監測系統實際測量效果進行數據監測分析的過程中，采用的是和上文相同的方法，即分別選取基坑開外前中后三個時段的部分監測數據分別繪制時程曲線圖。

根據基坑施工前期準備階段的監測時程曲線圖來看，相較于精力水準監測，全站儀采集到的數據明顯不夠平穩，導致這種情況的原因就在于測量誤差。靜力水準儀的測量精度要高于全站儀，因此在隧道未出現較大變形的情況下，全站儀很容易因偶然誤差的影響，導致其監測數據出現小幅度的波動。

通過對基坑開挖過程中全站儀監測時程曲線圖的分析可知，各個監測點都出現了不同幅度的位移變化，累計位移量最大可以達到4mm，數據波動較為劇烈。

通過對基坑施工后期全站儀監測時程曲線圖的分析，在基坑施工的后期，隨著土體的穩定，各個監測點的時程曲線也逐漸轉為平緩。

通過總體分析，全站儀自動化檢測系統應用過程中會受到多種因素的影響，具體包括全站儀本身精度、溫度、距離、光線等，為了將測量誤差控制在合理的范圍內，可以將強制對中裝置引入到監測系統中，或是采用精密測距模式。想要在此基礎上對測量精度進行進一步優化，可以采用距離差分、方位角差分等改正。

結語：

綜上所述，因具備高速便捷等優點，地鐵已經成為當前階段我國城市居民出行的重要方式之一，人對地鐵的需求也呈現出逐漸遞增的趨勢。因此地鐵已經成為我國基礎設施建設的重要項目。但是隨著基坑開挖深度的增加，地鐵隧道運營的安全也受到了一定的威脅，對地鐵運營的實時監測十分必要。自動化監測技術作為一種高效便捷的監測手段，得到了廣泛的應用。本文結合實例對自動化監測技術在運營地鐵隧道中的應用進行了簡要探究，希望能夠為地鐵線路的穩定運行提供一定的幫助。