地铁自动化监测应用技术

谢武伸 王睿

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，地铁工程建设越来越多，其自动化监测技术有了很大进展。本文首先分析了自动化监测概述，其次探讨了施工方案，然后就地铁自动化监测应用技术进行研究，最后论述了注意事项，以供参考。

关键词：城市主干道;地铁工程;自动化监测

引言

随着城市建设不断加快，邻近运营铁路隧道的施工越来越多，不可避免对运营铁路隧道造成一定影响;铁路隧道的结构比较复杂，周边施工极易对其产生影响，如果不能全天候进行监控量测很难及时预警，而隧道一旦发生大的坍塌事故将会造成巨大灾难和社会影响，传统的人工测量已不适用运营铁路隧道的监测，自动化实时监测技术逐步被使用。

1自动化监测概述

现代基坑监测采用自动化手段，基于物联网、5G通信和大数据等技术的自动化监测系统，通过在基坑作业现场安装传感器等，并将传感器现场采集到的数据回传至计算中心，检测技术人员可以通过计算机后台操作实现对基坑作业过程中基坑结构和受力情况的实时监测和判断。相比传统人工检测，自动化监测系统降低了人工劳动量，同时保证了检测人员的安全和检测数据的精确。自动化监测系统对基坑进行不间断地数据采集和分析，排除了传统检测方法受制于时间和空间的限制，使检测数据精准，能够及时发现基坑安全隐患和破坏趋势，便于及时执行相应对策。

2施工方案

（1）基准点、站测点和监测点的布设。西安地铁1号线已运营，在检测中需要采用自动化检测方式，监测区间隧道结构水平及垂直方向的位移。采用自动全站仪、柔性测斜仪、裂缝计等设备与软件系统相结合，建立结构形变自动检测系统，对区间隧道的管片、顶板以及道床等三维变形值进行检测。（2）设备布设。将基准边设置在稳定位置，使其与变形区具有足够的距离。变形区检测过程中，整个监测网的基准点要布置在变形区两侧，且数量大于8个。各基准点交错分散布置，保证基准点之间有一定的角度和距离。布置工作基站时，先制作全站仪托架，将其安装在隧道管片侧壁上，高度保证距离隧道底约1.2m。为保证设备安装后运行稳定，埋设完成后，定期对元器件设备进行检修。

3地铁自动化监测应用技术

3.1自动化监测系统

采用测量机器人自动化监测系统进行变形监测，具有自动测量、处理、发送、预警、控制等功能。每个测量周期完成后，系统自动上传测量成果，如果出现需要报警的情况，上传的数据通过云端服务期设置的报警值自动预警并发送各方，另外此系统还具有数据实时对比等智能化功能，可一目了然观看实时变形趋势。现场监测设备及监测点位安装调试后，将采集好的初始值发送到全站仪并设置好观测间隔时间，全站仪通过网络接收命令自动观测现场埋设的棱镜，观测数据经过全站仪自动处理后通过网络发送到对应计算机系统，经过计算机监测成果分析系统复核无误后，直接把最终成果推送各参建单位，如有预警或异常情况，计算机会通过短信方式发送各方，避免了人为操作，保证监测数据的真实性。

3.2监测报警值（阈值）确定

（1）直接根据固定阈值进行预警：1）对具体工程进行极限状态的应力应变计算，根据计算结果选取安全前提下的建议值;2）从监测对象对应的相关规范、规程中选取其安全阈值;3）工程类比，参考和汲取以往类似工程受力变形规律和成败经验。（2）根据数学模型对历史监测数据分析建模并对未来发展趨势进行定量预测，根据定量预测的数据大小进行预警预报。其中，在使用监测数据进行分析和预报时，必须先对监测数据进行预处理，预处理的主要方法有：粗差的检验和剔除、局部缺失数据插补处理、监测数据平滑滤波处理等。监测数据经过预处理后，通过回归分析，找寻其变化规律模型，如目前较常用的有时间序列分析模型、灰色系统分析模型、Kalman滤波模型、人工神经网络模型、支持向量机等，从而利用这些模型对监测数据的发展趋势进行预测。根据监测数据的大小和变化趋势，确定阈值并据此预警预报。

3.3监测周期及频率

（1）内部监测周期及频率。

各监测对象的每一个监测项目实施分工前监测、过程监测和工后监测3个阶段进行。工前监测：主要采集初始数据，在工程施工前完成。初始数据采集时每个测点监测3次。过程监测：风险工程监测项目一般按普通频率监测，重点风险工程和重要施工阶段、重要工程部位或监测数据达到预警状态时，增加监测频率;过程监测一直持续至监测部位主体结构混凝土施工强度达到设计值。工后监测：对重要结构部位进行工后监测，频率为每月1～2次，在工程竣工试运行后结束。（2）监测频率。确定检测频率时，在系统能准确反映被测量目标变化情况的前提下进行设置调整。监测范围：西咸客运站人行天桥桥桩施工影响范围。监测周期：监测工作应从影响范围内基坑施工前测定监测项目的初始值开始，直至工程建设全部完成，预计监测周期为9个月。监测阶段及频率：施工期间4次/d，施工结束后一个月1次/3d。备注：施工结束后延长监测1个月，数据收敛后停止监测;轨道静态几何形位、结构裂缝监测频率为1次/3d。出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，及时向业主及相关单位报告监测结果。①监测数据达到警戒值。②监测数据变化量较大或速率加快。③隧道内大量涌水、长时间连续降雨。④施工范围内附近地面荷载突然增大或超过设计限值。⑤周边地面出现突然较大沉降或严重开裂。⑥出现其他影响区间及周边环境安全的异常情况。

4注意事项

1）现场施工前完成点位布设及初始值采集。监测点位置需根据设计图纸及要求进行埋设，远离火车及其他设备并做好点位的锚固、防护及标识工作，防止监测点位脱落、侵限。2）自动化监测系统所使用的仪器设备及连接设施必须保证在有效期内，所有仪器在使用前必须进行全面检查，确保能在监测过程中正常使用，当出现粗差或被遮挡时，通过自动化远程控制终端预先设置的重复测量，进行二次测量或多次测量。3）在监测过程中准备可以随时更换的仪器设备，如现场仪器不能正常监测时，能够进行设备更换，确保自动化监测顺利进行。4）全站仪安装完成后，必须做好固定防护及现场标识工作，不得私自动用或调整仪器;仪器调试完成后，必须关闭激光，防止自动监测时激光红线引发火车司机启动制动流程等。5）增加温度、气压感应器，对监测数据进行补偿修正，确保监测数据的准确性。

结语

综上所述，地铁自动化监测施工应用以高配置的人员及设备投入为基础，以先进的监测方法为手段获取了高质量的监测成果。在检测中实施动态检测，对地铁结构的整体以及局部的形变情况进行精准把握，掌握其变化规律，便于采取针对性的应对措施，保障了地铁的结构安全，此技术的应用也为后续类似项目的施工监测积累了经验。

参考文献

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