自动化监测技术在运营地铁隧道中的应用

屈城

（北京中交桥宇科技有限公司，北京 100000）

0 引言

自动化监测技术在地铁隧道运营期中的应用是保障地铁运行安全、提升监控效率的关键一环。随着城市地铁网络的不断扩张和发展，地铁隧道作为重要组成部分，其运营安全和稳定性备受关注。针对这一问题，使用自动化监测技术对地铁隧道进行实时监测，确保隧道环境和设备运行状态的安全稳定，已经成为地铁运营管理中不可忽视的重要部分。

1 地铁隧道中自动化监测技术的组成结构

1.1 全站仪

全站仪是一种高精度测量仪器，能够通过测量仪的拍照功能获取相关数据，包括地铁隧道中的位移、变形、裂缝等信息。通过仔细测量和分析这些参数，可以对隧道结构状态进行监测和评估。

全站仪具备测量和定位功能，可以测量隧道各个点的空间坐标和水平垂直方向的变化。全站仪还可以通过拍摄点云图像的方式，获取隧道内部的三维图像，提供更详细的监测数据。

全站仪可以用于测量隧道施工的准确性和精度，以及运营期间隧道结构的稳定性。全站仪的应用可以大幅度减少测量的工作量，提高监测效率和精确性。

1.2 监测软件

监测软件是地铁隧道自动化监测系统的核心部分，其可以接收全站仪和其他监测仪器的数据，并进行数据处理和分析。监测软件能够对隧道结构的变形、位移等参数进行实时监测和分析，并生成相关的监测报告，辅助工程管理和决策。通过建立数据模型和统计分析，监测软件可以分析隧道结构在不同工况下的变化趋势和风险。

监测软件具备数据可视化和报告生成的功能，可以通过图表、曲线和动画等方式展示监测数据的变化趋势和分析结果。监测软件还能够做出实时警告和提醒，使工作人员能够及时采取相应的措施。

1.3 计算机设备

高性能计算机是地铁隧道自动化监测系统的核心设备之一，其具备强大的数据处理能力，能够快速处理大量的监测数据。计算机设备需要具备良好的稳定性和数据安全性，以保证监测系统的正常运行。大量的监测数据需要进行存储和备份，方便后续的数据分析和查询，因此计算机设备需要提供大容量的数据存储和管理功能。计算机设备还需要具备数据加密和权限管理的功能，确保监测数据的安全性。计算机设备通过网络连接或无线通信，与全站仪和其他监测仪器进行数据传输和通信，实现数据的实时传输和共享，保证监测系统的运行和数据的交流[1]。

2 运营地铁隧道自动化监测内容

2.1 隧道结构监测

地铁隧道运营期间需要进行持续的监测和评估，以确保隧道的安全性和稳定性。自动化监测技术在地铁隧道运营中起到关键作用，其能够实时获取并分析隧道运行状态的各项指标。通过安装传感器和监测设备，自动化监测技术可以实时监测地铁隧道的位移和变形情况。使用全站仪或激光扫描仪等设备，可以获取隧道内部结构的三维数据，通过对比分析和模型预测，识别隧道结构的变化与变形。自动化监测技术可以实时监测地铁隧道的裂缝情况。通过光纤传感器或无线传感器等监测设备，可以精准地检测和记录隧道结构裂缝的位置、长度和宽度等参数，实现对裂缝状态的实时监测。

此外，自动化监测技术可以通过水位传感器等设备实时监测地下水位的变化，地下水位的稳定对于隧道的稳定性和排水系统的正常运行而言至关重要。

2.2 环境监测

地铁隧道的温湿度变化会对隧道结构和设备运行产生影响。自动化监测技术可以实时监测隧道温湿度的变化趋势，通过传感器和监测设备获取相关数据，并进行告警和控制，确保隧道环境的稳定性。地铁隧道中可能存在氧气浓度不足或有害气体超标的情况，对此，自动化监测技术可以使用气体传感器等设备，实时监测地铁隧道中氧气含量和有害气体浓度，并及时发出预警信息，确保乘客和工作人员的安全。

2.3 设备监测

第一，通风系统在地铁隧道运营中起着重要作用。自动化监测技术可以实时监测通风设备的运行状态和风量数据，及时发现通风系统的故障和异常，保障车站和车辆区域的空气质量。

第二，地铁隧道的照明系统需要稳定运行，以保证乘客和工作人员的安全。自动化监测技术可以监测照明设备的亮度、耗电量和故障状态等，及时发现照明系统的问题，并采取相应的措施进行修复。

第三，地铁隧道的排水系统是地铁运营的重要组成部分。自动化监测技术可以实时监测排水系统的运行情况，包括泵站、管道和水位等信息[2]。传感器和监测设备可以检测泵站的运行状态、水位的变化以及管道的堵塞情况，及时发现问题并提醒相关人员进行维护和修复。

2.4 运行监测

自动化监测技术可以通过列车位置信息系统、轨道接触传感器等设备实时监测地铁隧道列车的位置和速度。通过获取准确的列车位置信息，可以实现运营计划的优化，确保地铁隧道正常安全运行。在地铁隧道运营中，乘客的密度直接关系到乘客的流线和运行安全。

自动化监测技术可以通过乘客计数器、视频监控等设备实时监测车站和列车的乘客密度，并根据监测数据进行合理的调度，提高地铁隧道运营的效率和安全性。地铁隧道运营需要大量的电力供应，自动化监测技术可以实时监测地铁隧道的电力供应和能耗情况，包括变电站和供电设备的运行状态以及能耗数据。通过监测和分析相关数据，可以有效管理电力供应和能源消耗，降低能源成本和环境影响[3]。

3 自动化监测技术在运营地铁隧道中的应用

3.1 确定合理的监测范围及监测项目

自动化监测技术在地铁隧道运营中的应用，对于确定合理的监测范围和监测项目具有重要意义。随着地铁隧道的运营，其结构和地质条件可能受到各种因素的影响，因此监测技术的应用能够及时发现问题并进行相应的处理，保障地铁隧道的安全和稳定运行。

首先，自动化监测技术可以帮助确定合理的监测范围。通过传感器和数据采集设备，可以实现对地铁隧道结构、地质情况、车辆运行状态等多个方面的监测。如此可以全面了解运营隧道的情况，确定需要进行监测的范围，确保监测的全面性和准确性。

其次，自动化监测技术能够确定合理的监测项目。监测项目的选择直接关系到监测效果和成本效益。自动化监测技术可以根据地铁隧道的实际情况，确定需要监测的项目，比如地表沉降、结构变形、裂缝情况等，针对性地进行监测和分析，及时掌握隧道的运行状态。

本文项目的基坑靠近地铁侧桩对应位置向两端延伸20m，直接影响范围为K12+802—K12+882。在直接影响范围内，每10m 布设一个监测断面，共布设9个断面；延伸区每10m 布设一个断面，共计4 个断面；区间共布设13 个监测断面。地铁运营线路自动监测项目包括：道床（轨）沉降和水平位移监测，隧道主体结构沉降、水平位移和净空变化监测。

3.2 科学合理布设自动化监测断面和监测点

随着城市地铁网络的不断扩张和运营负荷的增加，保障地铁隧道的安全运营成为一项重要的任务。在这种情况下，科学、合理布设自动化监测断面和监测点是至关重要的。

首先，科学合理布设自动化监测断面和监测点可以有效提高对地铁隧道结构和设备状态的监测能力。通过合理布设监测断面，可以全面覆盖隧道内的结构和设备，并及时发现潜在的安全隐患。通过布设监测点可以实现对关键部位的精准监测，为运营管理提供及时、准确的数据支持。

其次，科学合理布设自动化监测断面和监测点可以提高监测系统的运行效率和管理水平。通过合理布设监测断面和监测点，可以降低监测系统的运行成本，减少人力物力的浪费，提高系统的运行效率。科学合理的布设可以使监测数据更加集中和易于管理，便于及时处理和分析数据，提高管理决策的科学性和准确性[4]。

3.3 结合现场情况灵活设置工作基站及校核点

随着地铁网络的不断扩展和运营里程的增加，安全和效率成了越来越重要的问题。

首先，通过监测隧道内部的变化，可以及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的预防措施，保障乘客和地铁设施的安全。自动化监测技术还可以帮助运营方对隧道的使用情况进行分析，合理安排维护计划，降低维护成本，提高运营效率。

其次，结合现场情况灵活设置工作基站和校核点可以更好地适应不同地段的运营需求。不同隧道地质条件、使用状况和周边环境都可能对监测系统的设置提出不同要求。灵活设置工作基站和校核点可以根据当地的实际情况进行调整，保证监测系统的准确性和适用性。如此，监测系统就可以更好地为地铁运营提供有针对性的数据支持，促进地铁运营的安全和稳定[5]。

3.4 监测地铁隧道的安全

在安全保障方面，自动化监测技术在地铁运营中起着重要的作用。自动化监测技术可以对地铁隧道内的环境参数进行实时监测。这些参数包括温度、湿度、氧气浓度等，通过及时掌握隧道环境的变化和异常，可以保障乘客和工作人员的安全。例如，如果隧道内出现可疑的烟雾或者异常温度升高，自动化监测系统将能够及时发出警报，让相关人员能够迅速采取措施。

除了对环境参数的监测，自动化监测技术还可以实时监测地铁隧道中的设备运行状态。通过安装传感器和监测设备，可以监测风扇、排水系统、火灾报警系统等设备的工作状态。一旦发现故障，自动化监测系统将立即发出警报，并且通知相关人员进行维修。这样可以确保隧道设备的正常运行，提高地铁运营的安全性。自动化监测技术还可以提供突发事件的实时监测和应急响应。

3.5 合理选择通信方式

地铁隧道作为现代城市交通系统的重要组成部分，其安全运营直接关系到广大市民的出行安全和便利。为了确保地铁隧道的安全运营，自动化监测技术被广泛应用于隧道内部设施和设备的运行状态监测，以及环境数据的采集与传输。然而，在应用自动化监测技术时，合理选择通信方式显得尤为重要。地铁隧道环境相对封闭，通信信号受到隧道结构、深度和材料等因素的影响。在选择合理的通信方式时，需要考虑到隧道内部的通信环境，以保证监测数据的准确传输和及时反馈。

一般而言，隧道内部会采用有线通信和无线通信两种方式，并根据实际情况进行选择和组合应用。有线通信稳定可靠，适用于固定监测点和重要设备，但难以应用于地铁隧道的整体监测，因为隧道的长度和复杂性会带来布线和维护难题。而无线通信具有灵活性强、布设成本低的特点，适用于隧道内部环境数据的采集和传输，但对信号覆盖、干扰抗性和安全性要求较高。

自动化监测技术在地铁隧道运营中，通信方式的选择也要结合隧道内部监测设备的特点和要求。例如，对于振动监测设备和烟雾传感器等设备，需要选择信号稳定、传输距离远的通信方式以保证其实时响应和可靠性。而对于温湿度监测设备和视频监控设备，则可以考虑采用无线通信，以满足布设灵活性和成本控制的要求。

4 结语

综上所述，自动化监测技术在地铁隧道运营期中的应用不容忽视。通过确定合理的监测范围，布设自动化监测断面和监测点，灵活设置工作基站及校核点以及选择适宜的通信方式，可以实时监测隧道环境和设备运行状态，保障乘客和工作人员的安全。随着自动化监测技术的不断发展，地铁隧道的安全性和稳定性将得到更好的保障，为城市交通运输的可持续发展作出贡献。