尚世強(qiáng)

（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(shí)代的到來(lái)，人工智能為人們的生活帶來(lái)了極大的便利，基于各項(xiàng)科技手段的支持，我國(guó)自動(dòng)化發(fā)展速度取得了很大的進(jìn)步。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵施工及運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮了重要的作用，不僅可以有效監(jiān)控地鐵工程施工效果，提高安全性，也可以準(zhǔn)確掌握地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，從而幫助相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)地鐵存在的問(wèn)題，避免安全事故的發(fā)生。

1 現(xiàn)階段自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用現(xiàn)狀

結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，當(dāng)前自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵工程中應(yīng)用愈加廣泛?，F(xiàn)階段自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)大部分城市的地鐵建設(shè)及運(yùn)營(yíng)方面均發(fā)揮了作用，但具體來(lái)看，地鐵工程建設(shè)方面自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間，很多地區(qū)的地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)活動(dòng)仍以傳統(tǒng)方式為主，僅有小部分城市實(shí)際應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)保證地鐵等軌道交通項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，總體來(lái)看，在地鐵建設(shè)方面自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用還未普及[1]。

2 地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)

通常自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)由兩部分組成，其一是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)南到y(tǒng)，其二是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制軟件部分，一般而言，數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集設(shè)備及傳輸設(shè)備構(gòu)成，此部分對(duì)電力需求程度較高，在工作時(shí)需要穩(wěn)定電力的支持，另外為了確保在相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境下也能進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)，可以應(yīng)對(duì)干擾準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)，也需要及時(shí)優(yōu)化更新設(shè)備，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中融入其他系統(tǒng)，強(qiáng)化信息收集能力，例如融入防雷系統(tǒng)，加強(qiáng)設(shè)備的自我保護(hù)能力，降低雷擊等意外因素的影響，從而確保地鐵工程建設(shè)或者監(jiān)測(cè)地鐵運(yùn)行過(guò)程中，可以更為精準(zhǔn)地獲得數(shù)據(jù)，降低振動(dòng)等因素對(duì)數(shù)據(jù)精確度的影響，從而為保證地鐵穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)[2]。

2.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制軟件

組成地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的除了數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)外便是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制軟件部分，此部分內(nèi)容由采集單元、傳感器控制部分和數(shù)據(jù)后處理部分構(gòu)成，這些部分協(xié)力合作，穩(wěn)定配合才能保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(yīng)用在地鐵現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，通過(guò)對(duì)地鐵現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管控，然后借助傳輸數(shù)據(jù)采集部分的指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)信息采集，完成采集工作后，需要數(shù)據(jù)后處理部分進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理及存儲(chǔ)工作，以分析結(jié)果為基礎(chǔ)，生成需要的報(bào)表及圖表等，輔助相關(guān)人員分析地鐵情況。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵中的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)階段自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵修建及運(yùn)營(yíng)狀況監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用，尤其在地鐵修建過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛，在此以地鐵隧道施工中的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)應(yīng)用策略為例，探究自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵中的具體應(yīng)用。

3.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)例

以某地鐵的5 號(hào)線為例，結(jié)合該地鐵建設(shè)具體情況，詳細(xì)分析智能型全站儀在地鐵中的具體應(yīng)用，本次地鐵項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，由于3 號(hào)線在5 號(hào)線的一期工程和二期工程較近，在建設(shè)5 號(hào)線過(guò)程中，需要保證3 號(hào)線可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)營(yíng)。因此在確保5 號(hào)線正常施工時(shí)，需要采取有力措施監(jiān)測(cè)3 號(hào)線的地鐵隧道變形情況，此時(shí)依靠人力難以保證監(jiān)測(cè)效果，需要借助先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)主要針對(duì)3 號(hào)線內(nèi)隧道管片結(jié)構(gòu)的沉降、道床沉降、水位情況等進(jìn)行。

本次監(jiān)測(cè)活動(dòng)主要采用智能型全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，地鐵的隧道施工應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)多采用徠卡TS30智能型全站儀，此設(shè)備可有效結(jié)合具體施工情況，自行調(diào)整焦距和正倒鏡，并及時(shí)采集記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，此設(shè)備的應(yīng)用為施工過(guò)程有效監(jiān)測(cè)隧道情況發(fā)揮了重要作用。采用此設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)具體操作步驟如下：

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、方法及頻率統(tǒng)計(jì)

3.2 布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)

為了確保在建設(shè)5 號(hào)線時(shí)，有效預(yù)防各種行為活動(dòng)對(duì)3 號(hào)線造成的影響，加強(qiáng)對(duì)3 號(hào)線在施工路段的各種情況監(jiān)測(cè)力度是非常必要的。5 號(hào)線在建設(shè)過(guò)程中，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響，可能由于施工的原因?qū)е? 號(hào)線的管道及道床等出現(xiàn)沉降，這會(huì)影響3 號(hào)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至?xí)?lái)安全隱患。同時(shí)，在地鐵軌道施工時(shí)應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)可以極大節(jié)省人力物力，還可以提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度。因此要大力推動(dòng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大在地鐵施工和地鐵運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化監(jiān)測(cè)有良好的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合上文實(shí)例，應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)地鐵建設(shè)情況及周圍環(huán)境變化時(shí)，需要先布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，首先，應(yīng)結(jié)合5 號(hào)線的實(shí)際施工情況和相關(guān)人員操作行為等探討3 號(hào)線中可能出現(xiàn)變形的位置，其次結(jié)合預(yù)測(cè)信息在可能存在變形的區(qū)域外一定范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，一般情況下為了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)整體情況，保證監(jiān)測(cè)效果，會(huì)設(shè)置3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。最后，安排具有實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和豐富知識(shí)的人員定期檢查觀測(cè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，并有效維護(hù)基準(zhǔn)點(diǎn)與置鏡點(diǎn)之間的距離，確保距離符合監(jiān)測(cè)要求。另外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離不能超過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)與置鏡點(diǎn)之間的距離，滿足上述幾點(diǎn)要求，才能確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的信息更為符合實(shí)際，具有參考分析價(jià)值。

3.3 布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

對(duì)于地鐵隧道施工過(guò)程中由于外部環(huán)境變化及人為因素導(dǎo)致的變形而言，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，隧道監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)距離應(yīng)為5m，同時(shí)每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面需要布設(shè)5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)不同情況，一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)拱頂沉降、2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)道床沉降、2個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)水平位置變化。在實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，由于智能型全站儀的三角形高程測(cè)量精度不足，很多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能存在偏差，無(wú)法精確地反映實(shí)際情況，所以需要在隧道中增設(shè)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，兩者同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而更為準(zhǔn)確地保證效果。

3.4 分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)時(shí)，需要確保地鐵隧道變形的垂直位移和水平位移在1cm 以內(nèi)，同時(shí)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，確保地鐵隧道變形超過(guò)0.3cm 系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警提示，同時(shí)隧道變形的沉降速率需要保持在0.2cm/d 以內(nèi)，對(duì)于道床而言，可以承受的最大沉降值為0.4cm，因此在設(shè)置報(bào)警參數(shù)時(shí)為了提高安全性，應(yīng)設(shè)置警戒值為0.3cm。并確保相關(guān)報(bào)警系統(tǒng)保持靈敏度，在自動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)超出警戒值的現(xiàn)象時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。本次案例在實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，道床沉降速率和沉降值均超出警戒值，相關(guān)人員將監(jiān)測(cè)數(shù)值與靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行了比較，最后發(fā)現(xiàn)智能型全站儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更為準(zhǔn)確。針對(duì)3 號(hào)線部分區(qū)域的變形情況，施工方組織了專家進(jìn)行討論，舉辦了多次問(wèn)題分析會(huì)和應(yīng)對(duì)措施討論，最終制定科學(xué)、合理的沉降應(yīng)對(duì)方案，對(duì)于變形較為嚴(yán)重區(qū)域采用了注漿加固方式，結(jié)合具體情況，合理充分地應(yīng)用單液漿和雙液漿相結(jié)合的方式，以及拱部徑向注漿等方式，確保沉降區(qū)域內(nèi)的沉降點(diǎn)短時(shí)間內(nèi)隆起，保證隧道整體質(zhì)量。

4 推動(dòng)地鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積應(yīng)用的目的

推動(dòng)地鐵領(lǐng)域自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)大面積運(yùn)用有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。第一，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全天候自動(dòng)監(jiān)測(cè)，有效節(jié)約了人力物力。在監(jiān)測(cè)地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)可以進(jìn)行24h 的無(wú)間斷運(yùn)行，且不會(huì)發(fā)生倦怠，只要保證設(shè)備完好、運(yùn)行動(dòng)力充足、設(shè)置合理便能切實(shí)執(zhí)行命令，按照設(shè)定程序無(wú)間斷地對(duì)地鐵運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷，但傳統(tǒng)的人力監(jiān)測(cè)方法則存在更多的影響因素，例如人為誤差、判斷不準(zhǔn)確、態(tài)度倦怠等，相對(duì)于科技力量，會(huì)產(chǎn)生更多的負(fù)面影響。同時(shí)人力難以對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)行高精準(zhǔn)誤差，而運(yùn)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)聯(lián)合現(xiàn)代測(cè)量設(shè)備，只要保證測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)精確度準(zhǔn)確，便可以自動(dòng)實(shí)時(shí)獲得誤差值極低的數(shù)值，有效地保證對(duì)地鐵運(yùn)行狀況的管控。第二，在地鐵項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，傳統(tǒng)方法利用人力操作設(shè)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(tīng)到由于人為因素等造成的進(jìn)度停滯、返修等事故，而在地鐵建設(shè)過(guò)程應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)可以有效避免人為誤差出現(xiàn)，借助自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器對(duì)工程進(jìn)展進(jìn)行24h 的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精確處理，并及時(shí)向下一步傳輸數(shù)據(jù)，便于最后的總結(jié)和分析。從而根據(jù)最終結(jié)果判斷建設(shè)進(jìn)展情況，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效率，有效提高地鐵建造速度，并節(jié)省人力成本。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)地鐵發(fā)展有重要作用，是維護(hù)軌道交通結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全的重要手段。在此結(jié)合實(shí)際情況，探究自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)在地鐵中加強(qiáng)應(yīng)用的策略，從而為進(jìn)一步提高自動(dòng)化監(jiān)測(cè)研究水平做出貢獻(xiàn)。