張居福

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

0 引言

隨著城市交通的快速發(fā)展，地鐵隧道施工規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法存在人力成本高、數(shù)據(jù)處理繁瑣、監(jiān)測(cè)效率低下等問(wèn)題，因此自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)引入高精度測(cè)量?jī)x器、數(shù)據(jù)處理軟件和智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化、高效化和精確化的監(jiān)測(cè)過(guò)程，應(yīng)用于地鐵隧道施工可以提高監(jiān)測(cè)效率、降低人力成本，并快速處理和分析大量數(shù)據(jù)，為地鐵隧道施工提供科學(xué)和可靠的監(jiān)測(cè)手段，以降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量，為地鐵隧道施工提供全面監(jiān)測(cè)保障。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備以及SmartMonitor 監(jiān)測(cè)軟件，這些組成部分相互配合，以實(shí)現(xiàn)地鐵隧道施工過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，具體內(nèi)容包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布置、地表沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警處理、隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測(cè)、建筑物沉降監(jiān)測(cè)以及周邊管線(xiàn)的沉降監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)管理包括監(jiān)測(cè)計(jì)劃制訂、設(shè)備管理和維護(hù)、數(shù)據(jù)采集和傳輸、監(jiān)測(cè)結(jié)果分析和報(bào)告編制等。

1 地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)主要依賴(lài)人工方法。雖然人工監(jiān)測(cè)操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟可靠，但存在時(shí)間短、監(jiān)測(cè)效率低、成本高和風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題。隨著技術(shù)發(fā)展，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中逐漸應(yīng)用。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)人值守監(jiān)控，并能快速高效地分析數(shù)據(jù)，解決了人工監(jiān)測(cè)問(wèn)題。

在國(guó)內(nèi)地鐵隧道工程監(jiān)測(cè)中，常用方法包括縱向、橫向和隧道直徑的收斂性變形監(jiān)測(cè)?？v向位移通常使用靜態(tài)水準(zhǔn)儀，它精度高、監(jiān)測(cè)范圍廣，但對(duì)小型監(jiān)測(cè)更適用，存在一定測(cè)量偏差。側(cè)向位移和內(nèi)部收斂性問(wèn)題則使用全站儀監(jiān)測(cè)，精度高，但在大尺度下可能受通視性等因素影響，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)全站儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備，以提高精度和滿(mǎn)足地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)需求。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用為地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)帶來(lái)了巨大的實(shí)際意義，克服了人工監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。但仍需要進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度和準(zhǔn)確性，以適應(yīng)不同監(jiān)測(cè)需求[1]。

2 地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是應(yīng)用于地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中的一套集成化的技術(shù)系統(tǒng)，通過(guò)融合高精度測(cè)量?jī)x器、數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，以及專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警處理。地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備、SmartMonitor 監(jiān)測(cè)軟件以及數(shù)據(jù)處理及分析，該系統(tǒng)主要的儀器設(shè)備具體見(jiàn)表1。

表1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要儀器設(shè)備

2.1 徠卡TS50 全站儀

徠卡TS50 全站儀是一種高精度的測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中。它利用激光技術(shù)和電子測(cè)角儀原理，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的三維空間測(cè)量和定位。徠卡TS50 全站儀具備快速測(cè)量、自動(dòng)追蹤、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽蓾M(mǎn)足地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)的高要求（見(jiàn)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(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，安裝在需要監(jiān)測(cè)的位置上，接收徠卡TS50全站儀發(fā)射的激光信號(hào)，并將反射信號(hào)返回給全站儀。通過(guò)測(cè)量反射光的時(shí)間和角度，可以確定反射棱鏡的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和測(cè)量。

2.3 計(jì)算機(jī)及其他設(shè)備

地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還需要配備計(jì)算機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備（見(jiàn)圖2），用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和傳輸。計(jì)算機(jī)作為該系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)來(lái)自全站儀和其他監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)處理和分析的功能[2]。此外，還包括數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器的控制單元等。

圖2 計(jì)算機(jī)及供電設(shè)備

2.4 SmartMonitor 監(jiān)測(cè)軟件

SmartMonitor 是一種專(zhuān)業(yè)的地鐵隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)軟件，用于地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析和可視化展示。該軟件具有友好的用戶(hù)界面和強(qiáng)大的功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形和位移，并提供趨勢(shì)分析、預(yù)警處理等功能。通過(guò)SmartMonitor 軟件，監(jiān)測(cè)人員可以快速獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。

2.5 數(shù)據(jù)處理及分析

在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理時(shí)，采用了多種工具和方法，包括Smart 分析系統(tǒng)、自編程序以及“科傻”軟件，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，采取了人工檢查和刪除異常信息的方式，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量。隨后，計(jì)算出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，并將其作為該周期監(jiān)測(cè)的最終結(jié)果。同時(shí)，為滿(mǎn)足施工隊(duì)的需求，還繪制了一幅折線(xiàn)圖，以清晰地展示地鐵隧道的動(dòng)態(tài)變化情況。

3 地鐵隧道施工中的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)是為了保證施工過(guò)程中的安全和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和修復(fù)。地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)的主要方面包括自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、地表沉降觀測(cè)、隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測(cè)、建筑物的沉降監(jiān)測(cè)以及周邊管線(xiàn)的沉降監(jiān)測(cè)。

3.1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置是地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵步驟，它確定了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量，以便獲取準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的問(wèn)題。在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)通常配備徠卡TS50 全站儀等設(shè)備，通過(guò)測(cè)量獲取地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形和位移數(shù)據(jù)。

在地鐵隧道施工監(jiān)測(cè)中，首要任務(wù)是確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，涉及設(shè)計(jì)圖紙和施工方案的使用。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)覆蓋隧道頂部、側(cè)墻、底板、周邊建筑物和地面等關(guān)鍵位置，以全面監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形和位移。確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和分布密度應(yīng)考慮監(jiān)測(cè)目標(biāo)和精度要求。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要安裝反射棱鏡，用于接收激光信號(hào)，反射棱鏡的布置應(yīng)確保通視關(guān)系，以確保激光信號(hào)的正常接收和測(cè)量。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸和處理的便捷性也是重要考慮因素。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)放置在便于數(shù)據(jù)傳輸和處理的位置，以確保及時(shí)獲取和分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)圖3。

圖3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

此外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置必須具備安全性和可靠性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)位于安全區(qū)域內(nèi)，確保安裝堅(jiān)固穩(wěn)定，避免受到施工活動(dòng)或自然因素的干擾。通過(guò)合理的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，可以實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)地鐵隧道施工過(guò)程，幫助監(jiān)測(cè)人員及時(shí)了解結(jié)構(gòu)的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施，確保施工的安全和質(zhì)量。此外，布置合理的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)還能提高監(jiān)測(cè)效率和可靠性，為地鐵隧道施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)和管理提供支持。

3.2 地表沉降觀測(cè)

地鐵隧道施工中的地表沉降監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的，它涉及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布置和靜態(tài)水準(zhǔn)測(cè)量等關(guān)鍵步驟。首先，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置需要根據(jù)地質(zhì)條件、地形特點(diǎn)和施工工藝選擇合適的位置，確保監(jiān)測(cè)覆蓋潛在受影響的區(qū)域，包括隧道頂部、側(cè)墻以及周?chē)ㄖ?。接著，采用靜態(tài)水準(zhǔn)測(cè)量方法，監(jiān)測(cè)人員在監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置水準(zhǔn)儀器，進(jìn)行定期測(cè)量，并記錄地表高程的變化。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)精確的處理和分析，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)地表沉降問(wèn)題。如果出現(xiàn)異常，監(jiān)測(cè)人員可以迅速發(fā)出預(yù)警并采取必要的措施，如增加監(jiān)測(cè)頻率、加固土體等，以保障地表的穩(wěn)定性和周邊建筑物的安全。因此，地表沉降觀測(cè)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(jiān)測(cè)保障，確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行。

3.3 隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測(cè)

地鐵隧道施工過(guò)程中，隧道周邊土體可能發(fā)生收斂和拱頂下沉現(xiàn)象。為了及時(shí)掌握隧道周邊土體的變形情況，可以布置收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)和拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)。收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)通常設(shè)置在隧道周邊的固定建筑物或地下管線(xiàn)上，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置變化來(lái)評(píng)估土體的收斂情況。拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)則設(shè)置在隧道拱頂上，用于測(cè)量拱頂?shù)南鲁亮縖3]。

3.4 建筑物的沉降監(jiān)測(cè)

在地鐵隧道施工過(guò)程中，周邊的建筑物可能發(fā)生沉降現(xiàn)象。為了保護(hù)周邊建筑物的安全，需要進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。在建筑物的沉降監(jiān)測(cè)中，通常會(huì)選擇重要的建筑物作為監(jiān)測(cè)目標(biāo)，設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以設(shè)置在建筑物的基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)上，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置變化來(lái)評(píng)估建筑物的沉降情況。常用的監(jiān)測(cè)方法包括靜態(tài)水準(zhǔn)儀測(cè)量、全站儀測(cè)量和傾斜儀測(cè)量等。

3.5 周邊管線(xiàn)的沉降監(jiān)測(cè)

地鐵隧道施工對(duì)周邊的管線(xiàn)（如水、電、燃?xì)獾龋┛赡墚a(chǎn)生影響，因此需要進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)以保證周邊管線(xiàn)的安全運(yùn)行。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可以選擇關(guān)鍵的管線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行定期測(cè)量。通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置變化，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線(xiàn)的沉降情況，并采取必要的措施進(jìn)行修復(fù)和調(diào)整。

4 地鐵隧道監(jiān)測(cè)管理

地鐵隧道監(jiān)測(cè)管理在地鐵隧道施工中扮演重要角色，包括制訂監(jiān)測(cè)方案、收集與分析數(shù)據(jù)、問(wèn)題處理與措施實(shí)施以及編制監(jiān)測(cè)報(bào)告。有效的監(jiān)測(cè)管理能夠確保施工安全性和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，提供有效的監(jiān)測(cè)保障。

首先施工前，需制訂詳細(xì)方案，明確監(jiān)測(cè)目標(biāo)、內(nèi)容、方法和頻率。方案應(yīng)考慮到地鐵隧道的特點(diǎn)和要求，確保監(jiān)測(cè)全面、準(zhǔn)確和及時(shí)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置、儀器選擇和數(shù)據(jù)處理方法等需科學(xué)確定，以確保有效實(shí)施監(jiān)測(cè)工作。其次，監(jiān)測(cè)人員需按方案要求定期收集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行準(zhǔn)確處理和分析。數(shù)據(jù)可通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)或人工測(cè)量進(jìn)場(chǎng)獲取。分析包括質(zhì)量評(píng)估、趨勢(shì)分析和異常識(shí)別，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。最后，對(duì)于異常情況或問(wèn)題，需及時(shí)進(jìn)行處理和解決。評(píng)估和分析問(wèn)題后，制訂相應(yīng)措施和計(jì)劃。此外，信息共享與溝通也很重要。與相關(guān)方建立良好的溝通渠道，及時(shí)共享監(jiān)測(cè)信息，以促進(jìn)問(wèn)題解決和決策制訂。定期評(píng)估監(jiān)測(cè)管理工作效果和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，可以?xún)?yōu)化監(jiān)測(cè)方案、數(shù)據(jù)處理和問(wèn)題處理流程。監(jiān)測(cè)管理人員應(yīng)接受培訓(xùn)，提升技術(shù)和管理能力，還需與設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行合作，以獲取技術(shù)支持和維護(hù)服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵隧道監(jiān)測(cè)管理在地鐵隧道施工中起著關(guān)鍵作用。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全程無(wú)人值守監(jiān)控，提高監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性。使用徠卡TS50 全站儀和反射棱鏡等設(shè)備，配合SmartMonitor 監(jiān)測(cè)軟件，可提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。布置自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)需覆蓋可能受影響的區(qū)域。地表沉降觀測(cè)和建筑物、管線(xiàn)沉降監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)管理的重要內(nèi)容?？茖W(xué)制訂監(jiān)測(cè)方案、準(zhǔn)確收集分析數(shù)據(jù)、及時(shí)處理問(wèn)題是監(jiān)測(cè)管理的關(guān)鍵。此外，信息共享、定期評(píng)估、技術(shù)培訓(xùn)也很重要。隨著地鐵隧道監(jiān)測(cè)技術(shù)和管理的不斷發(fā)展，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用也將提高其效率和可靠性。未來(lái)，技術(shù)創(chuàng)新將帶來(lái)更廣闊的發(fā)展前景，為城市地鐵建設(shè)提供強(qiáng)大保障。