沈杰　嚴小亮

【摘 要】本文結(jié)合地下工程的施工特點，闡述地下工程監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及地下工程監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用理論，介紹地下工程監(jiān)測系統(tǒng)的新技術(shù)類型，提出地下工程監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)的未來發(fā)展中要全面實現(xiàn)可視化管理，施工期的環(huán)境要實現(xiàn)全面自動化及智能化監(jiān)測，相關(guān)研究人員要敢于突破傳統(tǒng)的信息化反饋監(jiān)測技術(shù)，將新型的計算機智能技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測當中，徹底解決傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測精度不高的問題。

【關(guān)鍵詞】地下工程 監(jiān)測系統(tǒng) 運營期 施工人員 應(yīng)用進展

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）04C-0191-02

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市地下空間的總體規(guī)模和總量即將位居世界首位，部分規(guī)模較龐大的地下工程和基礎(chǔ)設(shè)施正在投建當中，受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。然而從實際的施工進程來看，地下工程的施工周期較長，運用的施工技術(shù)也較為復雜，不可預見的施工風險較多，可以說具有一定的施工難度。更重要的是，在施工期間會涉及開挖巖土體等風險較大工作，需要施工人員控制施工風險。因此，在地下工程的施工當中，施工人員必須利用監(jiān)測技術(shù)實時地獲取工程結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境的動態(tài)變化信息，提高施工的安全性。

一、地下工程的施工特點

區(qū)別于一般的地面工程建設(shè)，地下工程具有建設(shè)周期長、建設(shè)技術(shù)較為復雜以及工程繁多等建設(shè)特點。總體來說，地下工程的施工特點一般可劃分為以下幾點：

其一，投資巨大，建設(shè)周期較長。地下工程是一項龐大的工程建設(shè)項目，需要涉及多個工種、多個施工部門，且對施工技術(shù)的要求較高，因此地下工程項目的前期投資力度較大，需要高額的建設(shè)成本。另外，地下工程的建設(shè)需要進行多方面的策劃，保證實施施工的安全性以及實際運行的安全性，建成之后需要進行反復地試行，確定準確無誤后才可以使用，因此地下工程的建設(shè)周期較長。

其二，系統(tǒng)涉及的專業(yè)繁雜、各個工程接口之間較為復雜。建設(shè)地下工程需要工作人員綜合性地考慮實際可施的策劃方案，且需要綜合性地考慮策劃、建設(shè)、運營以及資源利用等環(huán)節(jié)之間的有效性聯(lián)系。項目管理所涉及的管理要素也是具有一定的復雜性，它不僅需要綜合性地考慮城市規(guī)劃、環(huán)保以及交通等部門之間的關(guān)系，還要盡可能地對其進行有效的協(xié)調(diào)。總體來說，管理的協(xié)調(diào)難度較大且工作環(huán)節(jié)較為復雜，會增加施工人員的監(jiān)測難度。

二、地下工程監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

在地下工程監(jiān)測技術(shù)的研究方面，除了一些比較常見的監(jiān)測技術(shù)，研究人員又進一步地對施工過程高低收縮混凝土和徐變特性展開了細致的監(jiān)測，積極地引用了智能材料，如鈦合金鉛、光纖等材料，極大程度上開創(chuàng)了監(jiān)測的新局面。另外，近年來部分研究人員采用聚偏二氟乙烯壓力膜的無線傳感系統(tǒng)，監(jiān)測地下工程的施工環(huán)境，并可以有效地監(jiān)測出工程主體結(jié)構(gòu)的預應(yīng)力構(gòu)件的張力及動力響應(yīng)程度。最重要的是，研究的新型地下工程監(jiān)測技術(shù)可以對地下工程大體積混凝土的澆筑溫度進行全方位的掌握及控制，施工人員可以結(jié)合具體的溫度監(jiān)測結(jié)果，對施工工藝進行合理的調(diào)整，進而降低混凝土的溫度值和預應(yīng)力的大小，避免混凝土結(jié)構(gòu)的表面出現(xiàn)裂縫的情況。

在地下工程監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用方面，施工人員利用各種監(jiān)測技術(shù)可以對地下工程的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及環(huán)境狀態(tài)進行有效的分析，并進行反饋施工。如利用地下工程監(jiān)測技術(shù)中的微震技術(shù)可以對巖體結(jié)構(gòu)的受力破壞過程進行全方位的監(jiān)測，避免出現(xiàn)施工風險；利用地震監(jiān)測技術(shù)可以有效地監(jiān)測隧道工程施工中的地質(zhì)災(zāi)害以及支護結(jié)構(gòu)體的損傷情況，避免出現(xiàn)嚴重的施工風險，能夠進一步地為邊坡工程提供相應(yīng)的安全保障。雖然從一定程度上來說，地下工程監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)，為施工過程提供了較大的安全保障，也有效提升了施工人員的工作效率，但是從實際的應(yīng)用來看，相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)會受到施工環(huán)境的制約，部分技術(shù)無法進行有效的應(yīng)用，仍舊需要研究人員不斷地對其進行完善和開發(fā)，進一步地確保施工的安全性。

三、地下工程監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用理論

（一）施工期監(jiān)測項目和測點布置情況

目前來看，地下工程的監(jiān)測系統(tǒng)和相關(guān)的技術(shù)主要監(jiān)測的對象就是施工期項目及測點布置。一般而言，對施工期項目實施監(jiān)測主要是為了確保地下工程的施工安全。且施工期地下工程的監(jiān)測項目主要包括對主體的監(jiān)測、對工程內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)測以及對周圍施工環(huán)境的監(jiān)測。另外，施工人員對施工期監(jiān)測測點的布置通常是需要根據(jù)地下工程的建設(shè)規(guī)范進行布置，或者采用三維數(shù)值的計算方法優(yōu)化對其的布置水平。在此監(jiān)測的過程中，施工人員需要事先模擬計算出地下工程的施工結(jié)構(gòu)及周圍環(huán)境的位移、應(yīng)力等方面的分布情況，優(yōu)化傳感器的布置。

（二）施工期監(jiān)測的安全控制指標

地下工程施工期檢測的安全控制指標，主要是指對施工期間的監(jiān)測項目設(shè)定相應(yīng)的報警值，一旦超過規(guī)定范圍的數(shù)值時，即表示工程的主體結(jié)構(gòu)或者施工環(huán)境周圍存在著施工風險，施工人員應(yīng)該立即終止施工。從目前的應(yīng)用來看，在地下工程的監(jiān)測中，所使用的安全控制指標包括允許傾斜量、允許應(yīng)力等方面的指標要求。一般來說，地下工程中的基坑工程會選擇把監(jiān)測項目累計的變化情況及速率值作為安全控制指標。然而，國內(nèi)施工期監(jiān)測的安全控制指標較缺乏合理性，在某些風險較高的地下工程中，取值較松，而在部分工程中取值較嚴，需要研究人員予以及時的解決。

（三）運營期監(jiān)測系統(tǒng)及布點設(shè)置情況

地下工程運營期監(jiān)測主要是指對工程主體結(jié)構(gòu)在投入使用后的情況進行監(jiān)測，大體上屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的范疇。大多數(shù)工作人員在做此項監(jiān)測工作的時候，都會選擇使用預埋傳感器或者無損傳感計技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)的內(nèi)部信息，具體對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的系統(tǒng)特性進行嚴謹?shù)姆治?，確定結(jié)構(gòu)內(nèi)是否發(fā)生損傷或者退化的情況。更重要的是，運營期的監(jiān)測系統(tǒng)可以對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、加速度以及腐蝕性能等多方面的因素進行全面的分析，評定結(jié)構(gòu)運行的實際狀態(tài)。另外，運營期的測點布置存在著多個自由度如何布置多個測點優(yōu)化的問題（測點的數(shù)量<自由度的數(shù)量），工作人員可以結(jié)合當前研發(fā)出來的優(yōu)化方法，如有效獨立法、遺傳算法等方法，優(yōu)化布點的設(shè)置。

四、當前地下工程監(jiān)測系統(tǒng)運用的新型技術(shù)

（一）運營期的健康監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)

運營期的健康監(jiān)測技術(shù)屬于新型的監(jiān)測技術(shù)類型，能夠有效地對施工材料的結(jié)構(gòu)性能加以評定，避免出現(xiàn)施工風險。一般來說，健康監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)主要包括幾下幾種類型：

其一，光纖光柵傳感器。從具體的應(yīng)用效果來看，光纖光柵傳感器具有測試精度高、抗干擾能力強、耐腐蝕性較高及耐久性較好等諸多應(yīng)用優(yōu)勢，儼然已經(jīng)成為當前地下工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要測試技術(shù)。另外，光纖光柵傳感器除了可以監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變力外，還可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)表面動力荷載、剪切力等擾動力，能夠有效地保證主體結(jié)構(gòu)的安全。

其二，光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)。同樣是利用光纖技術(shù)研發(fā)出來的監(jiān)測技術(shù)，主要包括光纖傳感系統(tǒng)、信號傳輸與采集以及數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測系統(tǒng)等三部分系統(tǒng)構(gòu)成。一般來說，施工人員通過利用光纖智能監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對地下工程施工現(xiàn)場進行遠程監(jiān)測的要求，進一步地確保施工的安全性。

（二）施工期的監(jiān)測控制系統(tǒng)技術(shù)

其一，基于4D BIM施工過程的監(jiān)測系統(tǒng)。一般來說，基于4D BIM施工過程的監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效地追蹤和分析施工的實際進度和工況，是項目監(jiān)控的重要部分。目前關(guān)于4D BIM施工過程的監(jiān)測主要體現(xiàn)于對施工自動化進程的監(jiān)控，如利用該系統(tǒng)技術(shù)，可以對已施工的點云模型進行自動登記，可以將照片完整的存于該系統(tǒng)當中，便于施工人員明確施工的實際情況，確保工程的安全性。

其二，智能傳感監(jiān)測系統(tǒng)。智能傳感器與傳統(tǒng)的傳感器具有較大的區(qū)別，其具有高強度的通信能力和數(shù)據(jù)處理能力，便于采集和分析施工數(shù)據(jù)。雖然該項新型技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，但是其的固定模塊化程度較低，實際應(yīng)用起來較有難度。

五、關(guān)于對地下工程監(jiān)測工作的未來展望

從目前的發(fā)展來看，地下工程逐漸向著超規(guī)?；?、綜合化的方向中發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)城市交通與城市間交通的地下化的互聯(lián)互通的要求。然而從一定程度上來說，這也表明施工環(huán)境會向著更加復雜化的環(huán)境中發(fā)展，因此在未來的施工工作中，施工期會對監(jiān)測控制工作提出更高的要求。結(jié)合上述的相關(guān)內(nèi)容，筆者認為地下工程監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢可具體概括為以下幾點：其一，基于施工風險總體管理的需求，要求監(jiān)測系統(tǒng)及技術(shù)要實現(xiàn)全面信息化和數(shù)字化的要求，也就是說全面實現(xiàn)可視化的管理要求。其二，基于施工環(huán)境的發(fā)展需求，要求對施工期的環(huán)境實現(xiàn)全面自動化及智能化的監(jiān)測要求。其三，基于預測施工風險的管理需求，要求相關(guān)研究人員要敢于突破傳統(tǒng)的信息化反饋監(jiān)測技術(shù)，將新型的計算機智能技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測當中，如3D激光掃描技術(shù)、FEM技術(shù)等，徹底解決傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測精度不高的問題。

綜上所述，地下工程的施工周期較長且施工難度較大，在實際施工的過程中易出現(xiàn)施工風險。為此，相關(guān)人員必須全面地掌握和了解地下工程監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，并將其積極地應(yīng)用于地下工程的施工當中。希望相關(guān)人員可以結(jié)合筆者闡述的地下工程監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢及當前所面臨的挑戰(zhàn)，進一步地完善監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用價值。

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【作者簡介】沈 杰（1984— ），男，甘肅天水人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院講師，工程師，研究方向：隧道及城軌地下工程的施工與維護；嚴小亮（1983— ），男，廣西玉林人，柳州城市職業(yè)學院助理講師，工程師，研究方向：暖通等建筑設(shè)備的設(shè)計及施工等。

（責編 王 一）