自動化監測技術在地鐵隧道施工中的應用分析

張居福

（安徽省勘查技術院，安徽 合肥 230031）

0 引言

隨著城市交通的快速發展，地鐵隧道施工規模和復雜性不斷增加，自動化監測技術的應用成為必然趨勢。傳統監測方法存在人力成本高、數據處理繁瑣、監測效率低下等問題，因此自動化監測技術應運而生。自動化監測技術引入高精度測量儀器、數據處理軟件和智能化監測系統，實現智能化、高效化和精確化的監測過程，應用于地鐵隧道施工可以提高監測效率、降低人力成本，并快速處理和分析大量數據，為地鐵隧道施工提供科學和可靠的監測手段，以降低施工風險，提高施工質量，為地鐵隧道施工提供全面監測保障。

自動化監測系統包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計算機及其他設備以及SmartMonitor 監測軟件，這些組成部分相互配合，以實現地鐵隧道施工過程的自動化監測和數據處理，具體內容包括自動化監測點的合理布置、地表沉降的實時監測和預警處理、隧道周邊收斂及拱頂下沉監測、建筑物沉降監測以及周邊管線的沉降監測。監測管理包括監測計劃制訂、設備管理和維護、數據采集和傳輸、監測結果分析和報告編制等。

1 地鐵隧道施工監測現狀

目前，國內地鐵隧道施工監測主要依賴人工方法。雖然人工監測操作簡單、技術成熟可靠，但存在時間短、監測效率低、成本高和風險大等問題。隨著技術發展，自動化監測技術在地鐵隧道施工監測中逐漸應用。自動化監測實現了全程無人值守監控，并能快速高效地分析數據，解決了人工監測問題。

在國內地鐵隧道工程監測中，常用方法包括縱向、橫向和隧道直徑的收斂性變形監測。縱向位移通常使用靜態水準儀，它精度高、監測范圍廣，但對小型監測更適用，存在一定測量偏差。側向位移和內部收斂性問題則使用全站儀監測，精度高，但在大尺度下可能受通視性等因素影響，需要進一步研究和改進全站儀等監測設備，以提高精度和滿足地鐵隧道施工監測需求。自動化監測技術應用為地鐵隧道施工監測帶來了巨大的實際意義，克服了人工監測的問題。但仍需要進一步提高監測設備的精度和準確性，以適應不同監測需求[1]。

2 地鐵隧道自動化監測系統

地鐵隧道自動化監測系統是應用于地鐵隧道施工監測中的一套集成化的技術系統，通過融合高精度測量儀器、數據采集和處理設備，以及專業監測軟件，實現對地鐵隧道施工過程的實時監測、數據分析和預警處理。地鐵隧道自動化監測系統包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計算機及其他設備、SmartMonitor 監測軟件以及數據處理及分析，該系統主要的儀器設備具體見表1。

表1 自動化監測系統的主要儀器設備

2.1 徠卡TS50 全站儀

徠卡TS50 全站儀是一種高精度的測量儀器，廣泛應用于地鐵隧道施工監測中。它利用激光技術和電子測角儀原理，能夠實現高精度的三維空間測量和定位。徠卡TS50 全站儀具備快速測量、自動追蹤、遠程數據傳輸等功能，可滿足地鐵隧道施工監測的高要求（見圖1）。

圖1 徠卡TS50 全站儀

2.2 反射棱鏡

反射棱鏡是地鐵隧道自動化監測系統中的關鍵組成部分，安裝在需要監測的位置上，接收徠卡TS50全站儀發射的激光信號，并將反射信號返回給全站儀。通過測量反射光的時間和角度，可以確定反射棱鏡的位置坐標，實現對地鐵隧道結構的監測和測量。

2.3 計算機及其他設備

地鐵隧道自動化監測系統還需要配備計算機及其他相關設備（見圖2），用于數據的存儲、處理和傳輸。計算機作為該系統的核心，負責接收和存儲來自全站儀和其他監測設備的數據，并提供數據處理和分析的功能[2]。此外，還包括數據傳輸設備、數據存儲設備和監測儀器的控制單元等。

圖2 計算機及供電設備

2.4 SmartMonitor 監測軟件

SmartMonitor 是一種專業的地鐵隧道自動化監測軟件，用于地鐵隧道施工監測數據的處理、分析和可視化展示。該軟件具有友好的用戶界面和強大的功能，能夠實時監測地鐵隧道結構的變形和位移，并提供趨勢分析、預警處理等功能。通過SmartMonitor 軟件，監測人員可以快速獲取監測數據的分析結果，并及時采取相應的處理措施。

2.5 數據處理及分析

在對監測數據進行分析與處理時，采用了多種工具和方法，包括Smart 分析系統、自編程序以及“科傻”軟件，以確保數據的準確性和可靠性。在進行數據分析時，采取了人工檢查和刪除異常信息的方式，以確保數據的質量。隨后，計算出監測數據的平均值，并將其作為該周期監測的最終結果。同時，為滿足施工隊的需求，還繪制了一幅折線圖，以清晰地展示地鐵隧道的動態變化情況。

3 地鐵隧道施工中的自動化監測

地鐵隧道施工監測是為了保證施工過程中的安全和質量，及時發現和評估可能出現的問題，并采取相應的措施進行調整和修復。地鐵隧道施工監測的主要方面包括自動化監測點布置、地表沉降觀測、隧道周邊收斂及拱頂下沉監測、建筑物的沉降監測以及周邊管線的沉降監測。

3.1 自動化監測點布置

自動化監測點布置是地鐵隧道施工監測中的關鍵步驟，它確定了監測點的位置和數量，以便獲取準確的監測數據并及時發現施工過程中的問題。在自動化監測系統中，監測點通常配備徠卡TS50 全站儀等設備，通過測量獲取地鐵隧道結構的變形和位移數據。

在地鐵隧道施工監測中，首要任務是確定監測點的位置，涉及設計圖紙和施工方案的使用。監測點應覆蓋隧道頂部、側墻、底板、周邊建筑物和地面等關鍵位置，以全面監測結構變形和位移。確定監測點的數量和分布密度應考慮監測目標和精度要求。每個監測點需要安裝反射棱鏡，用于接收激光信號，反射棱鏡的布置應確保通視關系，以確保激光信號的正常接收和測量。在監測點的布置過程中，數據傳輸和處理的便捷性也是重要考慮因素。監測點應放置在便于數據傳輸和處理的位置，以確保及時獲取和分析監測數據，具體見圖3。

圖3 自動化監測點布置示意圖

此外，監測點的布置必須具備安全性和可靠性。監測點應位于安全區域內，確保安裝堅固穩定，避免受到施工活動或自然因素的干擾。通過合理的自動化監測點布置，可以實現全面監測地鐵隧道施工過程，幫助監測人員及時了解結構的變化，及時發現問題并采取措施，確保施工的安全和質量。此外，布置合理的自動化監測點還能提高監測效率和可靠性，為地鐵隧道施工過程的監測和管理提供支持。

3.2 地表沉降觀測

地鐵隧道施工中的地表沉降監測是至關重要的，它涉及監測點的合理布置和靜態水準測量等關鍵步驟。首先，監測點的布置需要根據地質條件、地形特點和施工工藝選擇合適的位置，確保監測覆蓋潛在受影響的區域，包括隧道頂部、側墻以及周圍建筑物。接著，采用靜態水準測量方法，監測人員在監測點設置水準儀器，進行定期測量，并記錄地表高程的變化。這些監測數據經過精確的處理和分析，有助于及時發現地表沉降問題。如果出現異常，監測人員可以迅速發出預警并采取必要的措施，如增加監測頻率、加固土體等，以保障地表的穩定性和周邊建筑物的安全。因此，地表沉降觀測在地鐵隧道施工中扮演著不可或缺的角色，為施工提供了可靠的監測保障，確保施工過程的順利進行。

3.3 隧道周邊收斂及拱頂下沉監測

地鐵隧道施工過程中，隧道周邊土體可能發生收斂和拱頂下沉現象。為了及時掌握隧道周邊土體的變形情況，可以布置收斂監測點和拱頂下沉監測點。收斂監測點通常設置在隧道周邊的固定建筑物或地下管線上，通過監測點的位置變化來評估土體的收斂情況。拱頂下沉監測點則設置在隧道拱頂上，用于測量拱頂的下沉量[3]。

3.4 建筑物的沉降監測

在地鐵隧道施工過程中，周邊的建筑物可能發生沉降現象。為了保護周邊建筑物的安全，需要進行沉降監測。在建筑物的沉降監測中，通常會選擇重要的建筑物作為監測目標，設置沉降監測點進行實時測量。監測點可以設置在建筑物的基礎或結構上，通過監測點的位置變化來評估建筑物的沉降情況。常用的監測方法包括靜態水準儀測量、全站儀測量和傾斜儀測量等。

3.5 周邊管線的沉降監測

地鐵隧道施工對周邊的管線（如水、電、燃氣等）可能產生影響，因此需要進行沉降監測以保證周邊管線的安全運行。在監測過程中，可以選擇關鍵的管線進行監測，設置沉降監測點并進行定期測量。通過監測點的位置變化，可以及時發現管線的沉降情況，并采取必要的措施進行修復和調整。

4 地鐵隧道監測管理

地鐵隧道監測管理在地鐵隧道施工中扮演重要角色，包括制訂監測方案、收集與分析數據、問題處理與措施實施以及編制監測報告。有效的監測管理能夠確保施工安全性和質量，及時發現并解決問題，提供有效的監測保障。

首先施工前，需制訂詳細方案，明確監測目標、內容、方法和頻率。方案應考慮到地鐵隧道的特點和要求，確保監測全面、準確和及時。監測點的布置、儀器選擇和數據處理方法等需科學確定，以確保有效實施監測工作。其次，監測人員需按方案要求定期收集數據，并進行準確處理和分析。數據可通過自動化系統或人工測量進場獲取。分析包括質量評估、趨勢分析和異常識別，及時發現施工問題和風險。最后，對于異常情況或問題，需及時進行處理和解決。評估和分析問題后，制訂相應措施和計劃。此外，信息共享與溝通也很重要。與相關方建立良好的溝通渠道，及時共享監測信息，以促進問題解決和決策制訂。定期評估監測管理工作效果和數據準確性，可以優化監測方案、數據處理和問題處理流程。監測管理人員應接受培訓，提升技術和管理能力，還需與設備供應商進行合作，以獲取技術支持和維護服務。

5 結語

地鐵隧道監測管理在地鐵隧道施工中起著關鍵作用。通過自動化監測技術，實現全程無人值守監控，提高監測效率和準確性。使用徠卡TS50 全站儀和反射棱鏡等設備，配合SmartMonitor 監測軟件，可提供可靠的監測數據。布置自動化監測點時需覆蓋可能受影響的區域。地表沉降觀測和建筑物、管線沉降監測是監測管理的重要內容。科學制訂監測方案、準確收集分析數據、及時處理問題是監測管理的關鍵。此外，信息共享、定期評估、技術培訓也很重要。隨著地鐵隧道監測技術和管理的不斷發展，自動化監測技術應用也將提高其效率和可靠性。未來，技術創新將帶來更廣闊的發展前景，為城市地鐵建設提供強大保障。