自動化監(jiān)測技術(shù)在運營地鐵隧道中的應(yīng)用

屈城

（北京中交橋宇科技有限公司，北京 100000）

0 引言

自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道運營期中的應(yīng)用是保障地鐵運行安全、提升監(jiān)控效率的關(guān)鍵一環(huán)。隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷擴張和發(fā)展，地鐵隧道作為重要組成部分，其運營安全和穩(wěn)定性備受關(guān)注。針對這一問題，使用自動化監(jiān)測技術(shù)對地鐵隧道進行實時監(jiān)測，確保隧道環(huán)境和設(shè)備運行狀態(tài)的安全穩(wěn)定，已經(jīng)成為地鐵運營管理中不可忽視的重要部分。

1 地鐵隧道中自動化監(jiān)測技術(shù)的組成結(jié)構(gòu)

1.1 全站儀

全站儀是一種高精度測量儀器，能夠通過測量儀的拍照功能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，包括地鐵隧道中的位移、變形、裂縫等信息。通過仔細測量和分析這些參數(shù)，可以對隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行監(jiān)測和評估。

全站儀具備測量和定位功能，可以測量隧道各個點的空間坐標和水平垂直方向的變化。全站儀還可以通過拍攝點云圖像的方式，獲取隧道內(nèi)部的三維圖像，提供更詳細的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

全站儀可以用于測量隧道施工的準確性和精度，以及運營期間隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。全站儀的應(yīng)用可以大幅度減少測量的工作量，提高監(jiān)測效率和精確性。

1.2 監(jiān)測軟件

監(jiān)測軟件是地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，其可以接收全站儀和其他監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理和分析。監(jiān)測軟件能夠?qū)λ淼澜Y(jié)構(gòu)的變形、位移等參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，并生成相關(guān)的監(jiān)測報告，輔助工程管理和決策。通過建立數(shù)據(jù)模型和統(tǒng)計分析，監(jiān)測軟件可以分析隧道結(jié)構(gòu)在不同工況下的變化趨勢和風險。

監(jiān)測軟件具備數(shù)據(jù)可視化和報告生成的功能，可以通過圖表、曲線和動畫等方式展示監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢和分析結(jié)果。監(jiān)測軟件還能夠做出實時警告和提醒，使工作人員能夠及時采取相應(yīng)的措施。

1.3 計算機設(shè)備

高性能計算機是地鐵隧道自動化監(jiān)測系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速處理大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。計算機設(shè)備需要具備良好的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)安全性，以保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行。大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要進行存儲和備份，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和查詢，因此計算機設(shè)備需要提供大容量的數(shù)據(jù)存儲和管理功能。計算機設(shè)備還需要具備數(shù)據(jù)加密和權(quán)限管理的功能，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全性。計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接或無線通信，與全站儀和其他監(jiān)測儀器進行數(shù)據(jù)傳輸和通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享，保證監(jiān)測系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)的交流[1]。

2 運營地鐵隧道自動化監(jiān)測內(nèi)容

2.1 隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測

地鐵隧道運營期間需要進行持續(xù)的監(jiān)測和評估，以確保隧道的安全性和穩(wěn)定性。自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道運營中起到關(guān)鍵作用，其能夠?qū)崟r獲取并分析隧道運行狀態(tài)的各項指標。通過安裝傳感器和監(jiān)測設(shè)備，自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測地鐵隧道的位移和變形情況。使用全站儀或激光掃描儀等設(shè)備，可以獲取隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，通過對比分析和模型預(yù)測，識別隧道結(jié)構(gòu)的變化與變形。自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測地鐵隧道的裂縫情況。通過光纖傳感器或無線傳感器等監(jiān)測設(shè)備，可以精準地檢測和記錄隧道結(jié)構(gòu)裂縫的位置、長度和寬度等參數(shù)，實現(xiàn)對裂縫狀態(tài)的實時監(jiān)測。

此外，自動化監(jiān)測技術(shù)可以通過水位傳感器等設(shè)備實時監(jiān)測地下水位的變化，地下水位的穩(wěn)定對于隧道的穩(wěn)定性和排水系統(tǒng)的正常運行而言至關(guān)重要。

2.2 環(huán)境監(jiān)測

地鐵隧道的溫濕度變化會對隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備運行產(chǎn)生影響。自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測隧道溫濕度的變化趨勢，通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行告警和控制，確保隧道環(huán)境的穩(wěn)定性。地鐵隧道中可能存在氧氣濃度不足或有害氣體超標的情況，對此，自動化監(jiān)測技術(shù)可以使用氣體傳感器等設(shè)備，實時監(jiān)測地鐵隧道中氧氣含量和有害氣體濃度，并及時發(fā)出預(yù)警信息，確保乘客和工作人員的安全。

2.3 設(shè)備監(jiān)測

第一，通風系統(tǒng)在地鐵隧道運營中起著重要作用。自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測通風設(shè)備的運行狀態(tài)和風量數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)的故障和異常，保障車站和車輛區(qū)域的空氣質(zhì)量。

第二，地鐵隧道的照明系統(tǒng)需要穩(wěn)定運行，以保證乘客和工作人員的安全。自動化監(jiān)測技術(shù)可以監(jiān)測照明設(shè)備的亮度、耗電量和故障狀態(tài)等，及時發(fā)現(xiàn)照明系統(tǒng)的問題，并采取相應(yīng)的措施進行修復(fù)。

第三，地鐵隧道的排水系統(tǒng)是地鐵運營的重要組成部分。自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測排水系統(tǒng)的運行情況，包括泵站、管道和水位等信息[2]。傳感器和監(jiān)測設(shè)備可以檢測泵站的運行狀態(tài)、水位的變化以及管道的堵塞情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并提醒相關(guān)人員進行維護和修復(fù)。

2.4 運行監(jiān)測

自動化監(jiān)測技術(shù)可以通過列車位置信息系統(tǒng)、軌道接觸傳感器等設(shè)備實時監(jiān)測地鐵隧道列車的位置和速度。通過獲取準確的列車位置信息，可以實現(xiàn)運營計劃的優(yōu)化，確保地鐵隧道正常安全運行。在地鐵隧道運營中，乘客的密度直接關(guān)系到乘客的流線和運行安全。

自動化監(jiān)測技術(shù)可以通過乘客計數(shù)器、視頻監(jiān)控等設(shè)備實時監(jiān)測車站和列車的乘客密度，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行合理的調(diào)度，提高地鐵隧道運營的效率和安全性。地鐵隧道運營需要大量的電力供應(yīng)，自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測地鐵隧道的電力供應(yīng)和能耗情況，包括變電站和供電設(shè)備的運行狀態(tài)以及能耗數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，可以有效管理電力供應(yīng)和能源消耗，降低能源成本和環(huán)境影響[3]。

3 自動化監(jiān)測技術(shù)在運營地鐵隧道中的應(yīng)用

3.1 確定合理的監(jiān)測范圍及監(jiān)測項目

自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道運營中的應(yīng)用，對于確定合理的監(jiān)測范圍和監(jiān)測項目具有重要意義。隨著地鐵隧道的運營，其結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件可能受到各種因素的影響，因此監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并進行相應(yīng)的處理，保障地鐵隧道的安全和穩(wěn)定運行。

首先，自動化監(jiān)測技術(shù)可以幫助確定合理的監(jiān)測范圍。通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以實現(xiàn)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)、地質(zhì)情況、車輛運行狀態(tài)等多個方面的監(jiān)測。如此可以全面了解運營隧道的情況，確定需要進行監(jiān)測的范圍，確保監(jiān)測的全面性和準確性。

其次，自動化監(jiān)測技術(shù)能夠確定合理的監(jiān)測項目。監(jiān)測項目的選擇直接關(guān)系到監(jiān)測效果和成本效益。自動化監(jiān)測技術(shù)可以根據(jù)地鐵隧道的實際情況，確定需要監(jiān)測的項目，比如地表沉降、結(jié)構(gòu)變形、裂縫情況等，針對性地進行監(jiān)測和分析，及時掌握隧道的運行狀態(tài)。

本文項目的基坑靠近地鐵側(cè)樁對應(yīng)位置向兩端延伸20m，直接影響范圍為K12+802—K12+882。在直接影響范圍內(nèi)，每10m 布設(shè)一個監(jiān)測斷面，共布設(shè)9個斷面；延伸區(qū)每10m 布設(shè)一個斷面，共計4 個斷面；區(qū)間共布設(shè)13 個監(jiān)測斷面。地鐵運營線路自動監(jiān)測項目包括：道床（軌）沉降和水平位移監(jiān)測，隧道主體結(jié)構(gòu)沉降、水平位移和凈空變化監(jiān)測。

3.2 科學合理布設(shè)自動化監(jiān)測斷面和監(jiān)測點

隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷擴張和運營負荷的增加，保障地鐵隧道的安全運營成為一項重要的任務(wù)。在這種情況下，科學、合理布設(shè)自動化監(jiān)測斷面和監(jiān)測點是至關(guān)重要的。

首先，科學合理布設(shè)自動化監(jiān)測斷面和監(jiān)測點可以有效提高對地鐵隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測能力。通過合理布設(shè)監(jiān)測斷面，可以全面覆蓋隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。通過布設(shè)監(jiān)測點可以實現(xiàn)對關(guān)鍵部位的精準監(jiān)測，為運營管理提供及時、準確的數(shù)據(jù)支持。

其次，科學合理布設(shè)自動化監(jiān)測斷面和監(jiān)測點可以提高監(jiān)測系統(tǒng)的運行效率和管理水平。通過合理布設(shè)監(jiān)測斷面和監(jiān)測點，可以降低監(jiān)測系統(tǒng)的運行成本，減少人力物力的浪費，提高系統(tǒng)的運行效率。科學合理的布設(shè)可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加集中和易于管理，便于及時處理和分析數(shù)據(jù)，提高管理決策的科學性和準確性[4]。

3.3 結(jié)合現(xiàn)場情況靈活設(shè)置工作基站及校核點

隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷擴展和運營里程的增加，安全和效率成了越來越重要的問題。

首先，通過監(jiān)測隧道內(nèi)部的變化，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，保障乘客和地鐵設(shè)施的安全。自動化監(jiān)測技術(shù)還可以幫助運營方對隧道的使用情況進行分析，合理安排維護計劃，降低維護成本，提高運營效率。

其次，結(jié)合現(xiàn)場情況靈活設(shè)置工作基站和校核點可以更好地適應(yīng)不同地段的運營需求。不同隧道地質(zhì)條件、使用狀況和周邊環(huán)境都可能對監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置提出不同要求。靈活設(shè)置工作基站和校核點可以根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行調(diào)整，保證監(jiān)測系統(tǒng)的準確性和適用性。如此，監(jiān)測系統(tǒng)就可以更好地為地鐵運營提供有針對性的數(shù)據(jù)支持，促進地鐵運營的安全和穩(wěn)定[5]。

3.4 監(jiān)測地鐵隧道的安全

在安全保障方面，自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵運營中起著重要的作用。自動化監(jiān)測技術(shù)可以對地鐵隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測。這些參數(shù)包括溫度、濕度、氧氣濃度等，通過及時掌握隧道環(huán)境的變化和異常，可以保障乘客和工作人員的安全。例如，如果隧道內(nèi)出現(xiàn)可疑的煙霧或者異常溫度升高，自動化監(jiān)測系統(tǒng)將能夠及時發(fā)出警報，讓相關(guān)人員能夠迅速采取措施。

除了對環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，自動化監(jiān)測技術(shù)還可以實時監(jiān)測地鐵隧道中的設(shè)備運行狀態(tài)。通過安裝傳感器和監(jiān)測設(shè)備，可以監(jiān)測風扇、排水系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)等設(shè)備的工作狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)故障，自動化監(jiān)測系統(tǒng)將立即發(fā)出警報，并且通知相關(guān)人員進行維修。這樣可以確保隧道設(shè)備的正常運行，提高地鐵運營的安全性。自動化監(jiān)測技術(shù)還可以提供突發(fā)事件的實時監(jiān)測和應(yīng)急響應(yīng)。

3.5 合理選擇通信方式

地鐵隧道作為現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，其安全運營直接關(guān)系到廣大市民的出行安全和便利。為了確保地鐵隧道的安全運營，自動化監(jiān)測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于隧道內(nèi)部設(shè)施和設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)測，以及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與傳輸。然而，在應(yīng)用自動化監(jiān)測技術(shù)時，合理選擇通信方式顯得尤為重要。地鐵隧道環(huán)境相對封閉，通信信號受到隧道結(jié)構(gòu)、深度和材料等因素的影響。在選擇合理的通信方式時，需要考慮到隧道內(nèi)部的通信環(huán)境，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確傳輸和及時反饋。

一般而言，隧道內(nèi)部會采用有線通信和無線通信兩種方式，并根據(jù)實際情況進行選擇和組合應(yīng)用。有線通信穩(wěn)定可靠，適用于固定監(jiān)測點和重要設(shè)備，但難以應(yīng)用于地鐵隧道的整體監(jiān)測，因為隧道的長度和復(fù)雜性會帶來布線和維護難題。而無線通信具有靈活性強、布設(shè)成本低的特點，適用于隧道內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和傳輸，但對信號覆蓋、干擾抗性和安全性要求較高。

自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道運營中，通信方式的選擇也要結(jié)合隧道內(nèi)部監(jiān)測設(shè)備的特點和要求。例如，對于振動監(jiān)測設(shè)備和煙霧傳感器等設(shè)備，需要選擇信號穩(wěn)定、傳輸距離遠的通信方式以保證其實時響應(yīng)和可靠性。而對于溫濕度監(jiān)測設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備，則可以考慮采用無線通信，以滿足布設(shè)靈活性和成本控制的要求。

4 結(jié)語

綜上所述，自動化監(jiān)測技術(shù)在地鐵隧道運營期中的應(yīng)用不容忽視。通過確定合理的監(jiān)測范圍，布設(shè)自動化監(jiān)測斷面和監(jiān)測點，靈活設(shè)置工作基站及校核點以及選擇適宜的通信方式，可以實時監(jiān)測隧道環(huán)境和設(shè)備運行狀態(tài)，保障乘客和工作人員的安全。隨著自動化監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵隧道的安全性和穩(wěn)定性將得到更好的保障，為城市交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展作出貢獻。