地鐵自動化監測應用技術

謝武伸 王睿

摘要：近年來，我國的交通行業有了很大進展，地鐵工程建設越來越多，其自動化監測技術有了很大進展。本文首先分析了自動化監測概述，其次探討了施工方案，然后就地鐵自動化監測應用技術進行研究，最后論述了注意事項，以供參考。

關鍵詞：城市主干道;地鐵工程;自動化監測

引言

隨著城市建設不斷加快，鄰近運營鐵路隧道的施工越來越多，不可避免對運營鐵路隧道造成一定影響;鐵路隧道的結構比較復雜，周邊施工極易對其產生影響，如果不能全天候進行監控量測很難及時預警，而隧道一旦發生大的坍塌事故將會造成巨大災難和社會影響，傳統的人工測量已不適用運營鐵路隧道的監測，自動化實時監測技術逐步被使用。

1自動化監測概述

現代基坑監測采用自動化手段，基于物聯網、5G通信和大數據等技術的自動化監測系統，通過在基坑作業現場安裝傳感器等，并將傳感器現場采集到的數據回傳至計算中心，檢測技術人員可以通過計算機后臺操作實現對基坑作業過程中基坑結構和受力情況的實時監測和判斷。相比傳統人工檢測，自動化監測系統降低了人工勞動量，同時保證了檢測人員的安全和檢測數據的精確。自動化監測系統對基坑進行不間斷地數據采集和分析，排除了傳統檢測方法受制于時間和空間的限制，使檢測數據精準，能夠及時發現基坑安全隱患和破壞趨勢，便于及時執行相應對策。

2施工方案

（1）基準點、站測點和監測點的布設。西安地鐵1號線已運營，在檢測中需要采用自動化檢測方式，監測區間隧道結構水平及垂直方向的位移。采用自動全站儀、柔性測斜儀、裂縫計等設備與軟件系統相結合，建立結構形變自動檢測系統，對區間隧道的管片、頂板以及道床等三維變形值進行檢測。（2）設備布設。將基準邊設置在穩定位置，使其與變形區具有足夠的距離。變形區檢測過程中，整個監測網的基準點要布置在變形區兩側，且數量大于8個。各基準點交錯分散布置，保證基準點之間有一定的角度和距離。布置工作基站時，先制作全站儀托架，將其安裝在隧道管片側壁上，高度保證距離隧道底約1.2m。為保證設備安裝后運行穩定，埋設完成后，定期對元器件設備進行檢修。

3地鐵自動化監測應用技術

3.1自動化監測系統

采用測量機器人自動化監測系統進行變形監測，具有自動測量、處理、發送、預警、控制等功能。每個測量周期完成后，系統自動上傳測量成果，如果出現需要報警的情況，上傳的數據通過云端服務期設置的報警值自動預警并發送各方，另外此系統還具有數據實時對比等智能化功能，可一目了然觀看實時變形趨勢。現場監測設備及監測點位安裝調試后，將采集好的初始值發送到全站儀并設置好觀測間隔時間，全站儀通過網絡接收命令自動觀測現場埋設的棱鏡，觀測數據經過全站儀自動處理后通過網絡發送到對應計算機系統，經過計算機監測成果分析系統復核無誤后，直接把最終成果推送各參建單位，如有預警或異常情況，計算機會通過短信方式發送各方，避免了人為操作，保證監測數據的真實性。

3.2監測報警值（閾值）確定

（1）直接根據固定閾值進行預警：1）對具體工程進行極限狀態的應力應變計算，根據計算結果選取安全前提下的建議值;2）從監測對象對應的相關規范、規程中選取其安全閾值;3）工程類比，參考和汲取以往類似工程受力變形規律和成敗經驗。（2）根據數學模型對歷史監測數據分析建模并對未來發展趨勢進行定量預測，根據定量預測的數據大小進行預警預報。其中，在使用監測數據進行分析和預報時，必須先對監測數據進行預處理，預處理的主要方法有：粗差的檢驗和剔除、局部缺失數據插補處理、監測數據平滑濾波處理等。監測數據經過預處理后，通過回歸分析，找尋其變化規律模型，如目前較常用的有時間序列分析模型、灰色系統分析模型、Kalman濾波模型、人工神經網絡模型、支持向量機等，從而利用這些模型對監測數據的發展趨勢進行預測。根據監測數據的大小和變化趨勢，確定閾值并據此預警預報。

3.3監測周期及頻率

（1）內部監測周期及頻率。

各監測對象的每一個監測項目實施分工前監測、過程監測和工后監測3個階段進行。工前監測：主要采集初始數據，在工程施工前完成。初始數據采集時每個測點監測3次。過程監測：風險工程監測項目一般按普通頻率監測，重點風險工程和重要施工階段、重要工程部位或監測數據達到預警狀態時，增加監測頻率;過程監測一直持續至監測部位主體結構混凝土施工強度達到設計值。工后監測：對重要結構部位進行工后監測，頻率為每月1～2次，在工程竣工試運行后結束。（2）監測頻率。確定檢測頻率時，在系統能準確反映被測量目標變化情況的前提下進行設置調整。監測范圍：西咸客運站人行天橋橋樁施工影響范圍。監測周期：監測工作應從影響范圍內基坑施工前測定監測項目的初始值開始，直至工程建設全部完成，預計監測周期為9個月。監測階段及頻率：施工期間4次/d，施工結束后一個月1次/3d。備注：施工結束后延長監測1個月，數據收斂后停止監測;軌道靜態幾何形位、結構裂縫監測頻率為1次/3d。出現下列情況之一時，應加強監測，提高監測頻率，及時向業主及相關單位報告監測結果。①監測數據達到警戒值。②監測數據變化量較大或速率加快。③隧道內大量涌水、長時間連續降雨。④施工范圍內附近地面荷載突然增大或超過設計限值。⑤周邊地面出現突然較大沉降或嚴重開裂。⑥出現其他影響區間及周邊環境安全的異常情況。

4注意事項

1）現場施工前完成點位布設及初始值采集。監測點位置需根據設計圖紙及要求進行埋設，遠離火車及其他設備并做好點位的錨固、防護及標識工作，防止監測點位脫落、侵限。2）自動化監測系統所使用的儀器設備及連接設施必須保證在有效期內，所有儀器在使用前必須進行全面檢查，確保能在監測過程中正常使用，當出現粗差或被遮擋時，通過自動化遠程控制終端預先設置的重復測量，進行二次測量或多次測量。3）在監測過程中準備可以隨時更換的儀器設備，如現場儀器不能正常監測時，能夠進行設備更換，確保自動化監測順利進行。4）全站儀安裝完成后，必須做好固定防護及現場標識工作，不得私自動用或調整儀器;儀器調試完成后，必須關閉激光，防止自動監測時激光紅線引發火車司機啟動制動流程等。5）增加溫度、氣壓感應器，對監測數據進行補償修正，確保監測數據的準確性。

結語

綜上所述，地鐵自動化監測施工應用以高配置的人員及設備投入為基礎，以先進的監測方法為手段獲取了高質量的監測成果。在檢測中實施動態檢測，對地鐵結構的整體以及局部的形變情況進行精準把握，掌握其變化規律，便于采取針對性的應對措施，保障了地鐵的結構安全，此技術的應用也為后續類似項目的施工監測積累了經驗。

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