張居福

（安徽省勘查技術院，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)模和復雜性不斷增加，自動化監(jiān)測技術的應用成為必然趨勢。傳統(tǒng)監(jiān)測方法存在人力成本高、數(shù)據(jù)處理繁瑣、監(jiān)測效率低下等問題，因此自動化監(jiān)測技術應運而生。自動化監(jiān)測技術引入高精度測量儀器、數(shù)據(jù)處理軟件和智能化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化、高效化和精確化的監(jiān)測過程，應用于地鐵隧道施工可以提高監(jiān)測效率、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和可靠的監(jiān)測手段，以降低施工風險，提高施工質量，為地鐵隧道施工提供全面監(jiān)測保障。

自動化監(jiān)測系統(tǒng)包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計算機及其他設備以及SmartMonitor 監(jiān)測軟件，這些組成部分相互配合，以實現(xiàn)地鐵隧道施工過程的自動化監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，具體內(nèi)容包括自動化監(jiān)測點的合理布置、地表沉降的實時監(jiān)測和預警處理、隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測、建筑物沉降監(jiān)測以及周邊管線的沉降監(jiān)測。監(jiān)測管理包括監(jiān)測計劃制訂、設備管理和維護、數(shù)據(jù)采集和傳輸、監(jiān)測結果分析和報告編制等。

1 地鐵隧道施工監(jiān)測現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)地鐵隧道施工監(jiān)測主要依賴人工方法。雖然人工監(jiān)測操作簡單、技術成熟可靠，但存在時間短、監(jiān)測效率低、成本高和風險大等問題。隨著技術發(fā)展，自動化監(jiān)測技術在地鐵隧道施工監(jiān)測中逐漸應用。自動化監(jiān)測實現(xiàn)了全程無人值守監(jiān)控，并能快速高效地分析數(shù)據(jù)，解決了人工監(jiān)測問題。

在國內(nèi)地鐵隧道工程監(jiān)測中，常用方法包括縱向、橫向和隧道直徑的收斂性變形監(jiān)測?？v向位移通常使用靜態(tài)水準儀，它精度高、監(jiān)測范圍廣，但對小型監(jiān)測更適用，存在一定測量偏差。側向位移和內(nèi)部收斂性問題則使用全站儀監(jiān)測，精度高，但在大尺度下可能受通視性等因素影響，需要進一步研究和改進全站儀等監(jiān)測設備，以提高精度和滿足地鐵隧道施工監(jiān)測需求。自動化監(jiān)測技術應用為地鐵隧道施工監(jiān)測帶來了巨大的實際意義，克服了人工監(jiān)測的問題。但仍需要進一步提高監(jiān)測設備的精度和準確性，以適應不同監(jiān)測需求[1]。

2 地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)

地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)是應用于地鐵隧道施工監(jiān)測中的一套集成化的技術系統(tǒng)，通過融合高精度測量儀器、數(shù)據(jù)采集和處理設備，以及專業(yè)監(jiān)測軟件，實現(xiàn)對地鐵隧道施工過程的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預警處理。地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)包括徠卡TS50 全站儀、反射棱鏡、計算機及其他設備、SmartMonitor 監(jiān)測軟件以及數(shù)據(jù)處理及分析，該系統(tǒng)主要的儀器設備具體見表1。

表1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的主要儀器設備

2.1 徠卡TS50 全站儀

徠卡TS50 全站儀是一種高精度的測量儀器，廣泛應用于地鐵隧道施工監(jiān)測中。它利用激光技術和電子測角儀原理，能夠實現(xiàn)高精度的三維空間測量和定位。徠卡TS50 全站儀具備快速測量、自動追蹤、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，可滿足地鐵隧道施工監(jiān)測的高要求（見圖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化監(jiān)測系統(tǒng)中的關鍵組成部分，安裝在需要監(jiān)測的位置上，接收徠卡TS50全站儀發(fā)射的激光信號，并將反射信號返回給全站儀。通過測量反射光的時間和角度，可以確定反射棱鏡的位置坐標，實現(xiàn)對地鐵隧道結構的監(jiān)測和測量。

2.3 計算機及其他設備

地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)還需要配備計算機及其他相關設備（見圖2），用于數(shù)據(jù)的存儲、處理和傳輸。計算機作為該系統(tǒng)的核心，負責接收和存儲來自全站儀和其他監(jiān)測設備的數(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)傳輸設備、數(shù)據(jù)存儲設備和監(jiān)測儀器的控制單元等。

圖2 計算機及供電設備

2.4 SmartMonitor 監(jiān)測軟件

SmartMonitor 是一種專業(yè)的地鐵隧道自動化監(jiān)測軟件，用于地鐵隧道施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理、分析和可視化展示。該軟件具有友好的用戶界面和強大的功能，能夠實時監(jiān)測地鐵隧道結構的變形和位移，并提供趨勢分析、預警處理等功能。通過SmartMonitor 軟件，監(jiān)測人員可以快速獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結果，并及時采取相應的處理措施。

2.5 數(shù)據(jù)處理及分析

在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析與處理時，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)的準確性和可靠性。在進行數(shù)據(jù)分析時，采取了人工檢查和刪除異常信息的方式，以確保數(shù)據(jù)的質量。隨后，計算出監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值，并將其作為該周期監(jiān)測的最終結果。同時，為滿足施工隊的需求，還繪制了一幅折線圖，以清晰地展示地鐵隧道的動態(tài)變化情況。

3 地鐵隧道施工中的自動化監(jiān)測

地鐵隧道施工監(jiān)測是為了保證施工過程中的安全和質量，及時發(fā)現(xiàn)和評估可能出現(xiàn)的問題，并采取相應的措施進行調整和修復。地鐵隧道施工監(jiān)測的主要方面包括自動化監(jiān)測點布置、地表沉降觀測、隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測、建筑物的沉降監(jiān)測以及周邊管線的沉降監(jiān)測。

3.1 自動化監(jiān)測點布置

自動化監(jiān)測點布置是地鐵隧道施工監(jiān)測中的關鍵步驟，它確定了監(jiān)測點的位置和數(shù)量，以便獲取準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)并及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題。在自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測點通常配備徠卡TS50 全站儀等設備，通過測量獲取地鐵隧道結構的變形和位移數(shù)據(jù)。

在地鐵隧道施工監(jiān)測中，首要任務是確定監(jiān)測點的位置，涉及設計圖紙和施工方案的使用。監(jiān)測點應覆蓋隧道頂部、側墻、底板、周邊建筑物和地面等關鍵位置，以全面監(jiān)測結構變形和位移。確定監(jiān)測點的數(shù)量和分布密度應考慮監(jiān)測目標和精度要求。每個監(jiān)測點需要安裝反射棱鏡，用于接收激光信號，反射棱鏡的布置應確保通視關系，以確保激光信號的正常接收和測量。在監(jiān)測點的布置過程中，數(shù)據(jù)傳輸和處理的便捷性也是重要考慮因素。監(jiān)測點應放置在便于數(shù)據(jù)傳輸和處理的位置，以確保及時獲取和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體見圖3。

圖3 自動化監(jiān)測點布置示意圖

此外，監(jiān)測點的布置必須具備安全性和可靠性。監(jiān)測點應位于安全區(qū)域內(nèi)，確保安裝堅固穩(wěn)定，避免受到施工活動或自然因素的干擾。通過合理的自動化監(jiān)測點布置，可以實現(xiàn)全面監(jiān)測地鐵隧道施工過程，幫助監(jiān)測人員及時了解結構的變化，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，確保施工的安全和質量。此外，布置合理的自動化監(jiān)測點還能提高監(jiān)測效率和可靠性，為地鐵隧道施工過程的監(jiān)測和管理提供支持。

3.2 地表沉降觀測

地鐵隧道施工中的地表沉降監(jiān)測是至關重要的，它涉及監(jiān)測點的合理布置和靜態(tài)水準測量等關鍵步驟。首先，監(jiān)測點的布置需要根據(jù)地質條件、地形特點和施工工藝選擇合適的位置，確保監(jiān)測覆蓋潛在受影響的區(qū)域，包括隧道頂部、側墻以及周圍建筑物。接著，采用靜態(tài)水準測量方法，監(jiān)測人員在監(jiān)測點設置水準儀器，進行定期測量，并記錄地表高程的變化。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過精確的處理和分析，有助于及時發(fā)現(xiàn)地表沉降問題。如果出現(xiàn)異常，監(jiān)測人員可以迅速發(fā)出預警并采取必要的措施，如增加監(jiān)測頻率、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)測保障，確保施工過程的順利進行。

3.3 隧道周邊收斂及拱頂下沉監(jiān)測

地鐵隧道施工過程中，隧道周邊土體可能發(fā)生收斂和拱頂下沉現(xiàn)象。為了及時掌握隧道周邊土體的變形情況，可以布置收斂監(jiān)測點和拱頂下沉監(jiān)測點。收斂監(jiān)測點通常設置在隧道周邊的固定建筑物或地下管線上，通過監(jiān)測點的位置變化來評估土體的收斂情況。拱頂下沉監(jiān)測點則設置在隧道拱頂上，用于測量拱頂?shù)南鲁亮縖3]。

3.4 建筑物的沉降監(jiān)測

在地鐵隧道施工過程中，周邊的建筑物可能發(fā)生沉降現(xiàn)象。為了保護周邊建筑物的安全，需要進行沉降監(jiān)測。在建筑物的沉降監(jiān)測中，通常會選擇重要的建筑物作為監(jiān)測目標，設置沉降監(jiān)測點進行實時測量。監(jiān)測點可以設置在建筑物的基礎或結構上，通過監(jiān)測點的位置變化來評估建筑物的沉降情況。常用的監(jiān)測方法包括靜態(tài)水準儀測量、全站儀測量和傾斜儀測量等。

3.5 周邊管線的沉降監(jiān)測

地鐵隧道施工對周邊的管線（如水、電、燃氣等）可能產(chǎn)生影響，因此需要進行沉降監(jiān)測以保證周邊管線的安全運行。在監(jiān)測過程中，可以選擇關鍵的管線進行監(jiān)測，設置沉降監(jiān)測點并進行定期測量。通過監(jiān)測點的位置變化，可以及時發(fā)現(xiàn)管線的沉降情況，并采取必要的措施進行修復和調整。

4 地鐵隧道監(jiān)測管理

地鐵隧道監(jiān)測管理在地鐵隧道施工中扮演重要角色，包括制訂監(jiān)測方案、收集與分析數(shù)據(jù)、問題處理與措施實施以及編制監(jiān)測報告。有效的監(jiān)測管理能夠確保施工安全性和質量，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，提供有效的監(jiān)測保障。

首先施工前，需制訂詳細方案，明確監(jiān)測目標、內(nèi)容、方法和頻率。方案應考慮到地鐵隧道的特點和要求，確保監(jiān)測全面、準確和及時。監(jiān)測點的布置、儀器選擇和數(shù)據(jù)處理方法等需科學確定，以確保有效實施監(jiān)測工作。其次，監(jiān)測人員需按方案要求定期收集數(shù)據(jù)，并進行準確處理和分析。數(shù)據(jù)可通過自動化系統(tǒng)或人工測量進場獲取。分析包括質量評估、趨勢分析和異常識別，及時發(fā)現(xiàn)施工問題和風險。最后，對于異常情況或問題，需及時進行處理和解決。評估和分析問題后，制訂相應措施和計劃。此外，信息共享與溝通也很重要。與相關方建立良好的溝通渠道，及時共享監(jiān)測信息，以促進問題解決和決策制訂。定期評估監(jiān)測管理工作效果和數(shù)據(jù)準確性，可以優(yōu)化監(jiān)測方案、數(shù)據(jù)處理和問題處理流程。監(jiān)測管理人員應接受培訓，提升技術和管理能力，還需與設備供應商進行合作，以獲取技術支持和維護服務。

5 結語

地鐵隧道監(jiān)測管理在地鐵隧道施工中起著關鍵作用。通過自動化監(jiān)測技術，實現(xiàn)全程無人值守監(jiān)控，提高監(jiān)測效率和準確性。使用徠卡TS50 全站儀和反射棱鏡等設備，配合SmartMonitor 監(jiān)測軟件，可提供可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。布置自動化監(jiān)測點時需覆蓋可能受影響的區(qū)域。地表沉降觀測和建筑物、管線沉降監(jiān)測是監(jiān)測管理的重要內(nèi)容。科學制訂監(jiān)測方案、準確收集分析數(shù)據(jù)、及時處理問題是監(jiān)測管理的關鍵。此外，信息共享、定期評估、技術培訓也很重要。隨著地鐵隧道監(jiān)測技術和管理的不斷發(fā)展，自動化監(jiān)測技術應用也將提高其效率和可靠性。未來，技術創(chuàng)新將帶來更廣闊的發(fā)展前景，為城市地鐵建設提供強大保障。