自动化监测技术在运营地铁隧道中的应用探讨

文/梅攀 深圳市市政设计研究院有限公司 广东深圳 518000

本文选取的例子是天津市某地铁线路二期工程，其基坑附近有建成的地铁隧道，为了保障地铁线路的安全运行，在基坑开挖的过程中，必须对隧道进行实时监测。由于地铁运行期间测量人员无法进入到隧道中，因此需采用无人值守、远程监控的方式对隧道实时情况进行掌握。这就涉及到了自动化监测技术的应用。

1、自动化监测系统的构成

1.1 静力水准自动化监测系统

静力水准自动化监测系统主要利用的是连通器的原理实现对多点相对沉降的监测，通过相互连通且静力平衡时的液面进行高程传递，属于高精密液体系统测量仪器。静力水准自动化监测系统通常由传感器子系统、数据自动采集和传输子系统以及数据管理与分析子系统工程。

其中传感器子系统包含了数个静力水准仪，这是一种的电感调频的总线型位移计，主要包括电感传感器、液缸以及浮子等多个部件，可以对液缸内部水位变化进行实时测量，以此实现对位移量的掌握。

在实际应用的过程中，可以将静力水准仪安装在监测区域内的隧道壁上，采用专用的支架和配套工具进行固定，同时使用液体连接管和数据传输线连接起来。用户可以利用公共网络通过安装的配套软件对静力水准自动化监测系统进行远程控制，完成数据采集。监测系统可以将自身采集到的监测数据发送到信息中心，由数据管理和分析子系统完成相关处理工作。

1.2 全站仪自动化监测系统

静力水准自动化监测系统只能对隧道结构的沉降变化进行监控，无法实现对隧道断面变形情况的全面掌握，因此应该配合全站仪自动化监测系统对隧道变形情况进行全面监测。一般情况下，全站仪自动化监测系统主要包括测量机器人、电子手薄、反射棱镜和自动控制软件等几部分。

其中测量机器人实际上就是的一个全站仪，为了保障测量效果，该仪器必须具备较高的测量进度和稳定的性能，且具备自动识别功能，操作人员只需瞄准棱镜就，仪器就可以自动完成目标的锁定、跟踪和测量。此外，测量机器人还可以对多个目标进行持续和重复观测，对于工作效率的提升具有十分重要作用。

电子手薄是一种自动控制软件，可以通过无线蓝牙和测量机器人进行连接，通过电子手薄可以对全站仪进行控制，并将获得的测量结果输入到储存库中进行整编分析。

反射棱镜的主要作用是作为检测标志，为了方便测量机器人自动搜索反射棱镜，在安装的过程中其反射面必须指向对对中观测站。

2、监测数据分析

2.1 静力水准自动化监测

一般情况下，精力水准自动化监测系统的采样时间间隔设定为半个小时，由于其采集到的数量较大，因此为了便于分析，我们分别选择了基坑施工前中后三个阶段的部分监测数据进行分析，以此展现静力水准自动化监测系统的实际测量效果。通过绘制时程曲线图的方式可知，在基坑开挖前的准备阶段，各监测点采集到的数据较为稳定，基本上未发生变化。但是随着施工活动的不断推进，隧道受到的扰动也在不断加强，监测数据也开始出现小幅度的波动。

通过基坑开挖过程中静力水准监测时程曲线图可知，基坑开挖对隧道结构变形的影响较大，这是由于土方开挖是一个卸载的过程，开挖区的自然状态发生了变化，土体也由静止的土压力状态转变为主动的土压力状态。虽然各个监测点都出现了不同幅度的沉降变化，但是整体上依旧呈现出较为平稳的趋势，未出现较为显著的波动。

通过对施工后期静力水准监测时程曲线图的分析可知，在基坑开挖施工的后期，土体的变化会逐渐趋于稳定，相应的各个监测点的时程曲线也会逐渐趋于平缓，并最终稳定在一个具体的数值。

通过实际应用，静力水准测量存在较多的影响因素，如气温、气压、传感器灵敏度、安装情况等，因此为了保障测量的精确性，必须要做到操作规范，如此才能将测量误差控制在可以接受的范围内。

2.2 全站仪自动化监测数据分析

在对全站仪自动化监测系统实际测量效果进行数据监测分析的过程中，采用的是和上文相同的方法，即分别选取基坑开外前中后三个时段的部分监测数据分别绘制时程曲线图。

根据基坑施工前期准备阶段的监测时程曲线图来看，相较于精力水准监测，全站仪采集到的数据明显不够平稳，导致这种情况的原因就在于测量误差。静力水准仪的测量精度要高于全站仪，因此在隧道未出现较大变形的情况下，全站仪很容易因偶然误差的影响，导致其监测数据出现小幅度的波动。

通过对基坑开挖过程中全站仪监测时程曲线图的分析可知，各个监测点都出现了不同幅度的位移变化，累计位移量最大可以达到4mm，数据波动较为剧烈。

通过对基坑施工后期全站仪监测时程曲线图的分析，在基坑施工的后期，随着土体的稳定，各个监测点的时程曲线也逐渐转为平缓。

通过总体分析，全站仪自动化检测系统应用过程中会受到多种因素的影响，具体包括全站仪本身精度、温度、距离、光线等，为了将测量误差控制在合理的范围内，可以将强制对中装置引入到监测系统中，或是采用精密测距模式。想要在此基础上对测量精度进行进一步优化，可以采用距离差分、方位角差分等改正。

结语：

综上所述，因具备高速便捷等优点，地铁已经成为当前阶段我国城市居民出行的重要方式之一，人对地铁的需求也呈现出逐渐递增的趋势。因此地铁已经成为我国基础设施建设的重要项目。但是随着基坑开挖深度的增加，地铁隧道运营的安全也受到了一定的威胁，对地铁运营的实时监测十分必要。自动化监测技术作为一种高效便捷的监测手段，得到了广泛的应用。本文结合实例对自动化监测技术在运营地铁隧道中的应用进行了简要探究，希望能够为地铁线路的稳定运行提供一定的帮助。