自動化監測技術在地鐵中的應用分析

尚世強

（河北省廊坊市中鐵物探勘察有限公司，河北廊坊065000）

0 引言

隨著信息化時代的到來，人工智能為人們的生活帶來了極大的便利，基于各項科技手段的支持，我國自動化發展速度取得了很大的進步。自動化監測技術在地鐵施工及運營中發揮了重要的作用，不僅可以有效監控地鐵工程施工效果，提高安全性，也可以準確掌握地鐵運營時的各項參數，從而幫助相關技術人員及時發現地鐵存在的問題，避免安全事故的發生。

1 現階段自動化監測技術在地鐵中的應用現狀

結合實際情況來看，當前自動化監測技術在地鐵工程中應用愈加廣泛。現階段自動化監測技術在我國大部分城市的地鐵建設及運營方面均發揮了作用，但具體來看，地鐵工程建設方面自動化監測技術應用還有很大的發展空間，很多地區的地鐵工程建設項目監測活動仍以傳統方式為主，僅有小部分城市實際應用自動化監測技術保證地鐵等軌道交通項目建設質量，總體來看，在地鐵建設方面自動化技術應用還未普及[1]。

2 地鐵自動化監測系統的構成

2.1 數據采集及傳輸系統

通常自動化監測技術由兩部分組成，其一是進行數據采集及傳輸的系統，其二是自動化監測控制軟件部分，一般而言，數據采集及傳輸系統是由數據監測采集設備及傳輸設備構成，此部分對電力需求程度較高，在工作時需要穩定電力的支持，另外為了確保在相對復雜的環境下也能進行監測作業，可以應對干擾準確地收集數據，也需要及時優化更新設備，在數據采集系統中融入其他系統，強化信息收集能力，例如融入防雷系統，加強設備的自我保護能力，降低雷擊等意外因素的影響，從而確保地鐵工程建設或者監測地鐵運行過程中，可以更為精準地獲得數據，降低振動等因素對數據精確度的影響，從而為保證地鐵穩定奠定基礎[2]。

2.2 自動化監測控制軟件

組成地鐵自動化監測系統的除了數據采集及傳輸系統外便是自動化監測控制軟件部分，此部分內容由采集單元、傳感器控制部分和數據后處理部分構成，這些部分協力合作，穩定配合才能保證監測數據的準確性。其中自動化監測控制軟件的工作流程如下：采集單元和傳感器控制部分主要應用在地鐵現場的監測活動中，通過對地鐵現場的監測設備進行管控，然后借助傳輸數據采集部分的指令實現自動化數據信息采集，完成采集工作后，需要數據后處理部分進行后續的數據分析處理及存儲工作，以分析結果為基礎，生成需要的報表及圖表等，輔助相關人員分析地鐵情況。

3 自動化監測技術在地鐵中的實際應用

現階段自動化監測技術在地鐵修建及運營狀況監測中得到應用，尤其在地鐵修建過程中應用較為廣泛，在此以地鐵隧道施工中的自動化監測應用策略為例，探究自動化監測技術在地鐵中的具體應用。

3.1 監測項目實例

以某地鐵的5 號線為例，結合該地鐵建設具體情況，詳細分析智能型全站儀在地鐵中的具體應用，本次地鐵項目建設過程中，由于3 號線在5 號線的一期工程和二期工程較近，在建設5 號線過程中，需要保證3 號線可以實現正常運營。因此在確保5 號線正常施工時，需要采取有力措施監測3 號線的地鐵隧道變形情況，此時依靠人力難以保證監測效果，需要借助先進的自動化監測技術實現更為精準的監測。本次監測主要針對3 號線內隧道管片結構的沉降、道床沉降、水位情況等進行。

本次監測活動主要采用智能型全站儀進行監測，地鐵的隧道施工應用自動化監測技術時多采用徠卡TS30智能型全站儀，此設備可有效結合具體施工情況，自行調整焦距和正倒鏡，并及時采集記錄監測數據，此設備的應用為施工過程有效監測隧道情況發揮了重要作用。采用此設備進行監測時具體操作步驟如下：

表1 監測項目、方法及頻率統計

3.2 布設基準點

為了確保在建設5 號線時，有效預防各種行為活動對3 號線造成的影響，加強對3 號線在施工路段的各種情況監測力度是非常必要的。5 號線在建設過程中，會對周圍環境造成影響，可能由于施工的原因導致3 號線的管道及道床等出現沉降，這會影響3 號線的正常運轉，甚至會帶來安全隱患。同時，在地鐵軌道施工時應用自動化監測技術可以極大節省人力物力，還可以提高監測精準度。因此要大力推動自動化監測技術的應用，擴大在地鐵施工和地鐵運營狀態監測中的應用范圍，實現大規模自動化監測有良好的現實意義。結合上文實例，應用自動化監測技術監測地鐵建設情況及周圍環境變化時，需要先布設基準點，首先，應結合5 號線的實際施工情況和相關人員操作行為等探討3 號線中可能出現變形的位置，其次結合預測信息在可能存在變形的區域外一定范圍內布設監測基準點，一般情況下為了準確監測整體情況，保證監測效果，會設置3 個基準點。最后，安排具有實際操作經驗和豐富知識的人員定期檢查觀測監測基準點的穩定性，并有效維護基準點與置鏡點之間的距離，確保距離符合監測要求。另外，監測點的距離不能超過基準點與置鏡點之間的距離，滿足上述幾點要求，才能確保監測點獲得的信息更為符合實際，具有參考分析價值。

3.3 布設監測點

對于地鐵隧道施工過程中由于外部環境變化及人為因素導致的變形而言，布設監測點時，隧道監測斷面的監測距離應為5m，同時每個監測斷面需要布設5 個監測點，這些監測點分別負責監測不同情況，一個監測點負責監測拱頂沉降、2 個監測點負責監測道床沉降、2個負責監測水平位置變化。在實際監測時，由于智能型全站儀的三角形高程測量精度不足，很多監測數據可能存在偏差，無法精確地反映實際情況，所以需要在隧道中增設靜力水準監測系統，兩者同時進行監測，從而更為準確地保證效果。

3.4 分析監測數據

監測時，需要確保地鐵隧道變形的垂直位移和水平位移在1cm 以內，同時應設置相應參數，確保地鐵隧道變形超過0.3cm 系統就會報警提示，同時隧道變形的沉降速率需要保持在0.2cm/d 以內，對于道床而言，可以承受的最大沉降值為0.4cm，因此在設置報警參數時為了提高安全性，應設置警戒值為0.3cm。并確保相關報警系統保持靈敏度，在自動監測時，發現超出警戒值的現象時，自動進行報警。本次案例在實際監測時，道床沉降速率和沉降值均超出警戒值，相關人員將監測數值與靜力水準監測數值進行了比較，最后發現智能型全站儀監測系統更為準確。針對3 號線部分區域的變形情況，施工方組織了專家進行討論，舉辦了多次問題分析會和應對措施討論，最終制定科學、合理的沉降應對方案，對于變形較為嚴重區域采用了注漿加固方式，結合具體情況，合理充分地應用單液漿和雙液漿相結合的方式，以及拱部徑向注漿等方式，確保沉降區域內的沉降點短時間內隆起，保證隧道整體質量。

4 推動地鐵自動化監測技術實現大面積應用的目的

推動地鐵領域自動化監測技術大面積運用有以下幾方面優勢。第一，自動化監測技術實現了全天候自動監測，有效節約了人力物力。在監測地鐵運營過程中，自動化監測技術可以進行24h 的無間斷運行，且不會發生倦怠，只要保證設備完好、運行動力充足、設置合理便能切實執行命令，按照設定程序無間斷地對地鐵運行狀況進行監測和判斷，但傳統的人力監測方法則存在更多的影響因素，例如人為誤差、判斷不準確、態度倦怠等，相對于科技力量，會產生更多的負面影響。同時人力難以對監測數據實行高精準誤差，而運用自動化監測技術聯合現代測量設備，只要保證測量基準點精確度準確，便可以自動實時獲得誤差值極低的數值，有效地保證對地鐵運行狀況的管控。第二，在地鐵項目建設過程中，傳統方法利用人力操作設備確定修建方向以及隧道的橫向與縱向變形、管徑收斂變形等存在的誤差難以避免，幾乎每年都可以聽到由于人為因素等造成的進度停滯、返修等事故，而在地鐵建設過程應用自動化監測技術可以有效避免人為誤差出現，借助自動化監測儀器對工程進展進行24h 的實時監控，自動收集各項數據，并在最短時間內實現數據精確處理，并及時向下一步傳輸數據，便于最后的總結和分析。從而根據最終結果判斷建設進展情況，提高實時監測效率，有效提高地鐵建造速度，并節省人力成本。

5 結語

綜上所述，自動化監測技術對地鐵發展有重要作用，是維護軌道交通結構運營安全的重要手段。在此結合實際情況，探究自動化監測技術在地鐵中的應用現狀，分析促進自動化技術在地鐵中加強應用的策略，從而為進一步提高自動化監測研究水平做出貢獻。