分析自動化監測技術在地鐵運營監測中的運用

郭勇

【摘 要】地鐵工程是現代城市的生命線，在其運營期間，加強對結構變形數據的監測，可以清楚地掌握地鐵運營的后隧道結構、車輛載荷及線路等情況，進而為地鐵安全提供決策依據。基于此，論文針對自動化監測技術在地鐵運營監測中的運用研究，將從武漢市軌道交通二號線工程概況入手，結合本項目運營監測工作的內容，以漢口火車站到范湖站區為例，對其監測數據展開分析和探究。希望論文的研究能為自動化監測技術的數據準確性提供全面參考性建議。

【Abstract】The subway engineering is the lifeline of modern city. In the period of operation， strengthening the monitoring of the deformation data structure can clearly grasp the tunnel structure， vehicle load and line conditions， and provide decision-making basis for the safety of subway. Based on this， this paper studies the use of automatic monitoring technology in metro operation monitoring. It starts from the general situation of Wuhan Rail Transit Line No. 2， combining the contents of operation monitoring work of this project， and taking Hankou Railway Station to Fan Lake Station as an example， analyzes and researches on the monitoring data. It is hoped that the research of this paper can provide a comprehensive reference for the accuracy of the automatic monitoring technology.

【關鍵詞】自動化監測技術；地鐵運營；監測數據；線路沉降

【Keywords】 automatic monitoring technology； subway operation； monitoring data； line settlement

【中圖分類號】TU2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0191-03

1 引言

地鐵是城市重要的交通設施之一。由于不同結構類型的底層，具有不同的敏感性與沉降率。在地鐵實際運用的過程中，不同水文地質條件的地層，其固結沉降量不同，因此達到沉降的要求和所需要的時間也具有差異性，導致隧道橫縱向土層分布不均勻，進而產生差異性沉降。另外，運營列車的離心與振動作用，可能使地鐵結構發生變形，地鐵周邊的抽水、鉆探作業、埋設電纜、架設電力等活動，也會危機到地鐵的運營安全。因此，為了時刻對地鐵結構與狀態進行判斷，必須在地鐵的運營期間開展變形監測，通過數據與力學方向的分析，保證問題的及時發現。因此，加強自動化監測技術在地鐵運營監測中的運用研究具有重要作用。

2 武漢市軌道交通二號線工程概況

目前，我國許多城市已經開通了地鐵運營，地鐵也逐漸成為人們最常用的交通工具。然然，地鐵隧道在運營使用的過程中，很容易受到周邊施工的影響。為了避免周邊情況對地鐵隧道造成威脅，本文以武漢市軌道交通二號線工程作為研究對象。

武漢市軌道交通二號線工程，其全長距離為27.73km，全線采用了地下線路方式。該工程總線路的起點位于漢口，終點位于魯巷[1]。起點與終點之間共設立了20多個車站，其中最小的車站間距長度約為0.92km，最長的車站間距為3.4km。根據我國工程運營監測服務相關標準和要求，該工程的監測時間為三年，于2016年5月份監測完畢。在此監測期間，監測的內容包括：全線軌道沉降監測、水平位移觀測、隧道斷面變形監測、傾斜監測、房屋監測等。其監測完成情況為：沉降監測共7次、收斂監測4次、水平位移監測4次。根據業主的各項要求，監測工作已基本完成。

3 本項目運營監測內容介紹

本項目的運營監測包括以下內容：

①線路沉降監測。沉降監測點的監測距離為30m，監測點為隧道道床面位置，其中漢口到范湖區間共監測15次，監測結果穩定，但累計沉降及沉降范圍較大，根據外業施測技術要求，確定沉降監測警戒值[2]。

②平面監測。監測距離為50m，其中漢口到范湖區間穩定，監測警戒值按照2mm計算，當沉降量超出警戒值，要與相關部門協商并采取必要措施。

③收斂監測。平均120m設一處監測點，漢口到范湖區間監測成果為：監測斷面ZDK4+943，上部收斂測線位置平均為11.4mm，下部平均為7mm。其監測精度要求為：測距取位0.1mm，角度0.1″，監測警戒值為5mm。

④房屋監測。由于受到周邊建筑施工的影響，對房屋幅度下沉情況進行監測，監測結果為各區段監測點處于穩定狀態。

⑤出入段線與試車線監測。監測次數為7次，監測點位于地鐵左右鋼軌頂部，監測距離為40m。監測與試車線相近的區段，結果出現了明顯下沉，沉降量不超過3.8mm。

4 監測數據分析——以漢口火車站到范湖站區為例

4.1 沉降監測

沉降監測，主要應用于建筑物的運營期間。在地鐵運營監測中，沉降監測可以通過對地鐵站點位的監視與觀測，明確其變形情況。然后，根據地鐵站的地基情況與性質，為針對性防范措施提供依據，進而保證地鐵的正常與安全運營。常用的沉降監測方法包括：垂直位移監測、水平位移監測、傾斜觀測等。在沉降監測工作結束后，可形成沉降監測報告。以漢口火車站到范湖站區為例，左線共進行沉降監測15次，右線14次。鋪軌后，第四次監測點被破壞，經過點位埋設后，該區段左線樁近60個，以此進行隧道管片和道床監測。其中，左線變化較大的區段變化趨勢如圖1所示，從該趨勢圖可看出：從2013年11月開始左線出現局部沉降，其余位置少量沉降，且沉降量較大。截止到2014年3月，左線沉降量大幅度增加，并出現上浮和跳躍現象，沉降量最大值為-36mm。2014年4月，左線沉降量持續增加，但速度有所變緩，最大沉降量值達到-44.7mm[3]。2014年5月到7月，左線沉降區域趨于穩定。2014年7月到2015年4月，左線未出現沉降，且處于穩定狀態，最大沉降值為-41.6mm。2015年4月，左線局部出現下沉。endprint

右線變化較大的區段變化趨勢如圖2所示。從沉降檢測成果來看，右線在2013年5月開始進行監測，與左線變化趨勢基本保持一致。2013年11月開始，右線的沉降范圍稍大于左線，其沉降量值為-10.6mm。截止到2014年3月，右線區域的沉降區域也出現跳躍性，其累計沉降量最大值為-38.3mm。2014年4月到7月，在進行加密沉降監測后，右線的沉降范圍持續增大，且速率逐漸減少。此時，右線的變化情況較大，其沉降量最大值達到-45.2mm。2014年5月到7月，右線的沉降范圍出現增大的趨勢，并于7月份開始持續下沉，現象較為穩定。直到2015年4月，右線的沉降量最大值達到-41.6mm。

經監測可知，漢口到范湖車站區間，在同一線路和時段，都存在不均勻的沉降現象。在同一時段，左右線的變化區域與變化趨勢保持一致。其中，右線沉降參數略高。因此，應當加強對右線區域的監測，進而保證地鐵安全運行。

4.2 平面監測

平面監測一般是在平面監測網中進行的。平面監測網，是指精度要求較高、監測范圍較小的專用控制網。平面監測是工程外部變形監測中的重要基準，能夠對外部變形監測產生直接影響。平面監測的準確性，能夠在一定程度上影響工程及其運營中的可靠性與經濟性。為了使地鐵運營達到經濟最佳、安全最佳的狀態，對地鐵站進行平面檢測，是工程師必須解決的問題。漢口到范湖車站區間，共進行平面監測9次。其中，左線5次、右線4次。左線監測具體時間分別為：2013.09.24、2014.02.28、2014.05.16、2015.01.04、2016.05.17。右線監測具體時間為2013.09.07、2014.04.16、2015.01.05、2016.04.27。此車站區間的左線樁位數量為12個，右線樁位數量為12個。區間左線最大位移點位于YDK4+728測站，其邊長累計最大置鏡點為YDK5+670測站，橫向的偏移值為-7.85mm，其角度累計值為-28″。右線橫向最大位移帶內為YDK4+728測站，橫向偏移值為-7.85mm，在邊長累計方面，最大置鏡點為YDK5+670測站，角度累計差值為-11″。

4.3 收斂監測

收斂監測一般應用于隧道型的施工領域，滿足地鐵運營性質。收斂監測一般包括三種方法，分別為：收斂儀測量法、相對位移觀測法、絕對三維位移觀測法、巴塞特收斂系統法、無反射棱鏡自動跟蹤法、自動化全站儀動態監測法等。本文采用的是相對位移觀測法。漢口到范湖火車站的左右收斂監測各為4次。其中，左線的4次監測具體時間依次為：2013.09.24、2014.02.26、2015.01.05、2016.05.18。右線的4次監測的具體時間依次為2014.04.15、2015.01.04、2016.04.26。該區間監測斷面的左右線各為8個人，監測斷面點位齊全，且監測點位齊全[6]。從左右線的變化量及變化范圍來看，左線變化量略大，其部分的斷面監測超過了預警值5mm。

4.4 房屋監測

房屋監測是針對工程質量進行檢測的一種技術方法，主要應用于房屋的質量檢測中，也適用于地鐵運營質量的測量。對地鐵運營情況的監測，主要是對地鐵結構進行測定。比如受損構件、結構承載力、構建裂縫、結構斷點、建筑材料異常等，通過房屋監測中的實施動態化監控，確定地鐵運營相關構件中的安全度，在形成地鐵相關結構質量檢測評估后，可為處理建議提供依據。房屋監測的范圍，主要是在循江區域的建筑物，其監測次數為7次，2013年與2014年每年各提交成果兩次。2013年8月到2014年9月，中循區域的沉降監測點位由于受到周邊建筑影響，出現不同幅度下沉。從2014年9月開始到2015年10月份，施工處于完成階段，監測點狀態保持穩定。其中，西馬后路的部分監測點變化幅度為33.6mm，且部分監測累計超出預警值。對于常青區段，其臨近試車線一側，不同幅度出現下沉情況。對于可以監測到的部位，截止到

2015年，累計沉降量范圍為35.3mm，其余的沉降監測點位變化小。

5 結語

為了實現準確實時的自動化測量，本文以自動化監測技術在地鐵運營監測中的運用為主要研究內容，以漢口火車站到范湖站區間為例，從沉降監測、平面監測、收斂監測、房屋監測等監測數據方面展開系統探究。研究結果表明，現階段，武漢市軌道交通二號線工程在沉降監測、平面監測等方面取得了一定成果，為地鐵安全運營提供了技術保障。在未來，還需進一步加強對自動化監測技術在地鐵運營監測中的運用研究，為實現地鐵結構全生命周期的安全監控提供借鑒，進而確保地鐵的安全運行。

【參考文獻】

【1】錢七虎. 隧道工程建設地質預報及信息化技術的主要進展及發展方向[J]. 隧道建設， 2017， 37（3）：251-263.

【2】吳石軍. 基于智能型全站儀的地鐵隧道變形自動化監測技術及應用[J]. 鐵道勘察， 2017， 43（2）：7-10.

【3】王梅. 濕陷性黃土地區下穿隧道深基坑上跨運營地鐵盾構隧道自動化監測技術[J]. 建筑安全， 2016， 31（10）：56-58.

[4]陳克強，陳嘉龍.零距離下穿既有運營車站淺埋暗挖礦山法雙線隧道施工關鍵技術[J].水利水電施工，2016，23（05）：34-40.

[5]張旭生，劉振宇，莫中生.基于TCA2003的自動監測系統在地鐵保護中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016，26（06）：130-132.

[6]吳昊.復雜地層淺埋暗挖地鐵區間隧道近距離下穿地下商業街設計及施工關鍵技術[J].隧道建設，2016，32（08）：988-996.endprint