自动化监测技术在地铁隧道施工中的应用分析

张居福

（安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031）

0 引言

随着城市交通的快速发展，地铁隧道施工规模和复杂性不断增加，自动化监测技术的应用成为必然趋势。传统监测方法存在人力成本高、数据处理繁琐、监测效率低下等问题，因此自动化监测技术应运而生。自动化监测技术引入高精度测量仪器、数据处理软件和智能化监测系统，实现智能化、高效化和精确化的监测过程，应用于地铁隧道施工可以提高监测效率、降低人力成本，并快速处理和分析大量数据，为地铁隧道施工提供科学和可靠的监测手段，以降低施工风险，提高施工质量，为地铁隧道施工提供全面监测保障。

自动化监测系统包括徕卡TS50 全站仪、反射棱镜、计算机及其他设备以及SmartMonitor 监测软件，这些组成部分相互配合，以实现地铁隧道施工过程的自动化监测和数据处理，具体内容包括自动化监测点的合理布置、地表沉降的实时监测和预警处理、隧道周边收敛及拱顶下沉监测、建筑物沉降监测以及周边管线的沉降监测。监测管理包括监测计划制订、设备管理和维护、数据采集和传输、监测结果分析和报告编制等。

1 地铁隧道施工监测现状

目前，国内地铁隧道施工监测主要依赖人工方法。虽然人工监测操作简单、技术成熟可靠，但存在时间短、监测效率低、成本高和风险大等问题。随着技术发展，自动化监测技术在地铁隧道施工监测中逐渐应用。自动化监测实现了全程无人值守监控，并能快速高效地分析数据，解决了人工监测问题。

在国内地铁隧道工程监测中，常用方法包括纵向、横向和隧道直径的收敛性变形监测。纵向位移通常使用静态水准仪，它精度高、监测范围广，但对小型监测更适用，存在一定测量偏差。侧向位移和内部收敛性问题则使用全站仪监测，精度高，但在大尺度下可能受通视性等因素影响，需要进一步研究和改进全站仪等监测设备，以提高精度和满足地铁隧道施工监测需求。自动化监测技术应用为地铁隧道施工监测带来了巨大的实际意义，克服了人工监测的问题。但仍需要进一步提高监测设备的精度和准确性，以适应不同监测需求[1]。

2 地铁隧道自动化监测系统

地铁隧道自动化监测系统是应用于地铁隧道施工监测中的一套集成化的技术系统，通过融合高精度测量仪器、数据采集和处理设备，以及专业监测软件，实现对地铁隧道施工过程的实时监测、数据分析和预警处理。地铁隧道自动化监测系统包括徕卡TS50 全站仪、反射棱镜、计算机及其他设备、SmartMonitor 监测软件以及数据处理及分析，该系统主要的仪器设备具体见表1。

表1 自动化监测系统的主要仪器设备

2.1 徕卡TS50 全站仪

徕卡TS50 全站仪是一种高精度的测量仪器，广泛应用于地铁隧道施工监测中。它利用激光技术和电子测角仪原理，能够实现高精度的三维空间测量和定位。徕卡TS50 全站仪具备快速测量、自动追踪、远程数据传输等功能，可满足地铁隧道施工监测的高要求（见图1）。

图1 徕卡TS50 全站仪

2.2 反射棱镜

反射棱镜是地铁隧道自动化监测系统中的关键组成部分，安装在需要监测的位置上，接收徕卡TS50全站仪发射的激光信号，并将反射信号返回给全站仪。通过测量反射光的时间和角度，可以确定反射棱镜的位置坐标，实现对地铁隧道结构的监测和测量。

2.3 计算机及其他设备

地铁隧道自动化监测系统还需要配备计算机及其他相关设备（见图2），用于数据的存储、处理和传输。计算机作为该系统的核心，负责接收和存储来自全站仪和其他监测设备的数据，并提供数据处理和分析的功能[2]。此外，还包括数据传输设备、数据存储设备和监测仪器的控制单元等。

图2 计算机及供电设备

2.4 SmartMonitor 监测软件

SmartMonitor 是一种专业的地铁隧道自动化监测软件，用于地铁隧道施工监测数据的处理、分析和可视化展示。该软件具有友好的用户界面和强大的功能，能够实时监测地铁隧道结构的变形和位移，并提供趋势分析、预警处理等功能。通过SmartMonitor 软件，监测人员可以快速获取监测数据的分析结果，并及时采取相应的处理措施。

2.5 数据处理及分析

在对监测数据进行分析与处理时，采用了多种工具和方法，包括Smart 分析系统、自编程序以及“科傻”软件，以确保数据的准确性和可靠性。在进行数据分析时，采取了人工检查和删除异常信息的方式，以确保数据的质量。随后，计算出监测数据的平均值，并将其作为该周期监测的最终结果。同时，为满足施工队的需求，还绘制了一幅折线图，以清晰地展示地铁隧道的动态变化情况。

3 地铁隧道施工中的自动化监测

地铁隧道施工监测是为了保证施工过程中的安全和质量，及时发现和评估可能出现的问题，并采取相应的措施进行调整和修复。地铁隧道施工监测的主要方面包括自动化监测点布置、地表沉降观测、隧道周边收敛及拱顶下沉监测、建筑物的沉降监测以及周边管线的沉降监测。

3.1 自动化监测点布置

自动化监测点布置是地铁隧道施工监测中的关键步骤，它确定了监测点的位置和数量，以便获取准确的监测数据并及时发现施工过程中的问题。在自动化监测系统中，监测点通常配备徕卡TS50 全站仪等设备，通过测量获取地铁隧道结构的变形和位移数据。

在地铁隧道施工监测中，首要任务是确定监测点的位置，涉及设计图纸和施工方案的使用。监测点应覆盖隧道顶部、侧墙、底板、周边建筑物和地面等关键位置，以全面监测结构变形和位移。确定监测点的数量和分布密度应考虑监测目标和精度要求。每个监测点需要安装反射棱镜，用于接收激光信号，反射棱镜的布置应确保通视关系，以确保激光信号的正常接收和测量。在监测点的布置过程中，数据传输和处理的便捷性也是重要考虑因素。监测点应放置在便于数据传输和处理的位置，以确保及时获取和分析监测数据，具体见图3。

图3 自动化监测点布置示意图

此外，监测点的布置必须具备安全性和可靠性。监测点应位于安全区域内，确保安装坚固稳定，避免受到施工活动或自然因素的干扰。通过合理的自动化监测点布置，可以实现全面监测地铁隧道施工过程，帮助监测人员及时了解结构的变化，及时发现问题并采取措施，确保施工的安全和质量。此外，布置合理的自动化监测点还能提高监测效率和可靠性，为地铁隧道施工过程的监测和管理提供支持。

3.2 地表沉降观测

地铁隧道施工中的地表沉降监测是至关重要的，它涉及监测点的合理布置和静态水准测量等关键步骤。首先，监测点的布置需要根据地质条件、地形特点和施工工艺选择合适的位置，确保监测覆盖潜在受影响的区域，包括隧道顶部、侧墙以及周围建筑物。接着，采用静态水准测量方法，监测人员在监测点设置水准仪器，进行定期测量，并记录地表高程的变化。这些监测数据经过精确的处理和分析，有助于及时发现地表沉降问题。如果出现异常，监测人员可以迅速发出预警并采取必要的措施，如增加监测频率、加固土体等，以保障地表的稳定性和周边建筑物的安全。因此，地表沉降观测在地铁隧道施工中扮演着不可或缺的角色，为施工提供了可靠的监测保障，确保施工过程的顺利进行。

3.3 隧道周边收敛及拱顶下沉监测

地铁隧道施工过程中，隧道周边土体可能发生收敛和拱顶下沉现象。为了及时掌握隧道周边土体的变形情况，可以布置收敛监测点和拱顶下沉监测点。收敛监测点通常设置在隧道周边的固定建筑物或地下管线上，通过监测点的位置变化来评估土体的收敛情况。拱顶下沉监测点则设置在隧道拱顶上，用于测量拱顶的下沉量[3]。

3.4 建筑物的沉降监测

在地铁隧道施工过程中，周边的建筑物可能发生沉降现象。为了保护周边建筑物的安全，需要进行沉降监测。在建筑物的沉降监测中，通常会选择重要的建筑物作为监测目标，设置沉降监测点进行实时测量。监测点可以设置在建筑物的基础或结构上，通过监测点的位置变化来评估建筑物的沉降情况。常用的监测方法包括静态水准仪测量、全站仪测量和倾斜仪测量等。

3.5 周边管线的沉降监测

地铁隧道施工对周边的管线（如水、电、燃气等）可能产生影响，因此需要进行沉降监测以保证周边管线的安全运行。在监测过程中，可以选择关键的管线进行监测，设置沉降监测点并进行定期测量。通过监测点的位置变化，可以及时发现管线的沉降情况，并采取必要的措施进行修复和调整。

4 地铁隧道监测管理

地铁隧道监测管理在地铁隧道施工中扮演重要角色，包括制订监测方案、收集与分析数据、问题处理与措施实施以及编制监测报告。有效的监测管理能够确保施工安全性和质量，及时发现并解决问题，提供有效的监测保障。

首先施工前，需制订详细方案，明确监测目标、内容、方法和频率。方案应考虑到地铁隧道的特点和要求，确保监测全面、准确和及时。监测点的布置、仪器选择和数据处理方法等需科学确定，以确保有效实施监测工作。其次，监测人员需按方案要求定期收集数据，并进行准确处理和分析。数据可通过自动化系统或人工测量进场获取。分析包括质量评估、趋势分析和异常识别，及时发现施工问题和风险。最后，对于异常情况或问题，需及时进行处理和解决。评估和分析问题后，制订相应措施和计划。此外，信息共享与沟通也很重要。与相关方建立良好的沟通渠道，及时共享监测信息，以促进问题解决和决策制订。定期评估监测管理工作效果和数据准确性，可以优化监测方案、数据处理和问题处理流程。监测管理人员应接受培训，提升技术和管理能力，还需与设备供应商进行合作，以获取技术支持和维护服务。

5 结语

地铁隧道监测管理在地铁隧道施工中起着关键作用。通过自动化监测技术，实现全程无人值守监控，提高监测效率和准确性。使用徕卡TS50 全站仪和反射棱镜等设备，配合SmartMonitor 监测软件，可提供可靠的监测数据。布置自动化监测点时需覆盖可能受影响的区域。地表沉降观测和建筑物、管线沉降监测是监测管理的重要内容。科学制订监测方案、准确收集分析数据、及时处理问题是监测管理的关键。此外，信息共享、定期评估、技术培训也很重要。随着地铁隧道监测技术和管理的不断发展，自动化监测技术应用也将提高其效率和可靠性。未来，技术创新将带来更广阔的发展前景，为城市地铁建设提供强大保障。