211088780_自动化监测技术在地铁保护区工程中的应用研究

Value Engineering
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—作者简介:高帅（1987-），男，北京人，
高级工程师，硕士，主要从事城市轨道交通工程测量新技术和新方法的应用和研究工作。

0引言
地铁因其速度快、
能耗低、运量大、污染少等特点，成为城市的重要交通工具。

地铁的建成极大地拉动了沿线的经济发展，
使得大量非地铁工程项目投入建设。

这些项目的建设施工会对既有地铁隧道结构产生影响，
为了便于观测影响是否可控，
按现行规范规定距离开挖基坑边线50m 范围内的地铁隧道称为地铁保护区。

在沿线非地铁工程施工过程中对地铁保护区监测成为确保地铁结构和车辆运行安全的重要手段。

地铁保护区监测不仅要确保监测数据可靠性，
更要保证监测结果能及时、
快速地传递到施工方手中，使其掌握地铁隧道实时变形情况，
从而指导施工。

对于这样的需求，传统监测方法不具备实时性，测量结束后数据处理、分析
周期长，不能及时反馈变形情况，
已无法满足日益增长的快速施工和不断提高运营维护效率的要求。

而自动化监测系统以其高效、快速、实时的监测方式，已经成为地铁运营
维护监测的一个重要手段。

本文以某地铁保护区自动化监测工程项目为例，
介绍了监测系统的构成与运行、监测网布设等内容，
监测数据准确反映了开挖施工对地铁的影响规律，有效保证了地铁的结构和运营安全，
适宜在类似项目中推广应用。

1自动化监测系统介绍
自动化监测系统主要包括三大部分，
分别为数据采集子系统、
数据分析处理子系统和成果Web 发布子系统。

系统采用的基本原理为：
由自动化监测系统通过网络无限通讯技术实现对仪器的程序化控制，
进行各监测点三维信息的数据采集、
数据传输、数据存储，以此获取监测对象的物理信息，
并与初始信息进行对比求得监测对象相关变形指标的绝对变形量，
基本原理如图1所示。

自动化监测技术在地铁保护区工程中的应用研究
Application of Automatic Monitoring Technology in Metro Protected Area
高帅①②GAO Shuai ;任干①②REN Gan ;马全明①②MA Quan-ming
（①北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京100101；②城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，
北京100101）（①Beijing Urban Construction Exploration &Surveying Design Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100101，China ；②Beijing Key Laboratory of Deep Foundation Pit Geotechnical Engineering of Rail Transit ，Beijing 100101，China ）摘要:随着城市地铁运营线路的快速增加，
临近地铁的深大基坑项目也不断增多，这些基坑施工造成地铁产生较大的变形和位移，严重威胁地铁的安全。

传统的人工监测方法已不能满足地铁监测周期短、时效性强的要求，而自动化监测可实时提供稳定可靠的
高精度动态监测数据，是目前的研究方向和趋势。

本文以某地铁保护区工程项目为例，
介绍了自动化监测系统的构成与运行、监测网布设等内容，监测数据准确反映了基坑开挖对地铁的影响规律，验证了该方法的可行性及可靠性，有效保证了地铁的结构和运营安
全，
适宜在类似项目中推广应用。

Abstract:With the rapid increase of subway operating lines,the number of deep and large foundation pit projects is also increasing.The construction of foundation pit causes large deformation and displacement of subway,which seriously threatens the safety of subway.Traditional manual monitoring methods can no longer meet the requirements of short monitoring period and strong timeliness,while automatic monitoring can provide stable and reliable high-precision dynamic monitoring data in real time,which is the current research direction and trend.Taking a metro protection area as an example,this paper introduces the composition and operation of automatic monitoring system and the layout of monitoring network.The monitoring data accurately reflect the influence law of foundation pit excavation on subway,and verify the feasibility and reliability of automatic monitoring method.It effectively ensures the safety of subway structure and operation,and is suitable for promotion and application in similar projects.
关键词:自动化监测；
地铁保护区；数据分析Key words:automatic monitoring ；metro protected area ；data analysis
中图分类号:U231
文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）10-131-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.10.042图1自动化监测系统基本结构原理图
SQL 数据库
客户端自动化测控系统
网络串口通讯
CDMA/GPRS/3
服务器
TM30/TS30/TCRA1201+
基准点1基准点2
基准点n
监测点1监测点2监测点3
监测点n
…
…
基准网监测网
通讯模块参数设置
数据采集数据处理数据存储数据分析预测预报短信报警成果输出
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价值工程
2工程概况
某项目建设用地位于该市机电学院主楼南侧、
第一食堂东侧，
属于该市轨道交通1号线在建盾构区间轨道交通安全控制区范围内。

该项目拟建一栋体育馆（框架结构，地上2层）
，设置有地下一层车库，地下结构边线与轨道交通1号线区间隧道结构边线最小水平净距为11.68m ，局部位于轨道交通安全控制区范围内。

该项目基坑开挖深度约5.4m ，邻近地铁侧采用PCMW 工法桩+斜抛撑的支护形
式，
桩长13.2m 。

其余三侧采用放坡+锚喷的支护形式，围护结构与轨道交通区间隧道最小水平净距为10.02m ，
基坑局部位于轨道交通安全控制区范围内。

3监测网点的布设3.1监测控制点布设
监测控制点作为变形监测的起始依据，
其稳定可靠十分重要。

一般需距离影响区50m 外
（根据既有项目经验，引用长期结构沉降监测点，高程采用最近一期成果）。

影响
区域车站和区间隧道通视条件较好，
每条隧道安置一台全站仪即可覆盖整个测区，控制网宜构成闭合或附和水准网，监测控制点布设示意图见图2。

3.2监测点布设
依据相关文件的要求，隧道上行线、下行线每6m 布设
一个断面
（延伸段10m 一断面），拱顶、拱腰两侧各布设一点，
道床布设2点，每个断面共5个点。

各观测点用连接件配小规格反射棱镜，
用膨胀螺丝及云石胶锚固于监测位置的侧壁及道床的混凝土中，棱镜反射面指向测站点。

（图3、
图4）4监测频率及报警值
4.1监测频率
（表1）4.2监测报警值（表2）5监测数据处理与分析
根据施工进度情况，按照既定监测频率开展监测工
作，
共获得87期监测成果，经对监测成果进行处理得到上下行隧道竖向位移及水平位移变化曲线如图5、图6、
图7、
图8。

经对监测数据进行分析可以看出：
项目河道围堰抽水施工后，由于局部围堰位于轨道交通安全保护区范围内，
受围堰堆土荷载的影响，
下部的区间隧道略有沉降，围堰施工阶段，
隧道轻微下沉，竖向最大值为S11-2，-1.71mm ，水平最大值为S3-4，
2.62mm ；基坑开挖阶段由于开挖卸载，基坑底部发生一定的隆起变形，基坑侧壁发生侧向位移，
带动邻近的区间隧道产生一定的附加变形。

竖向位移最大变形为X12-4，
-2.91mm ，水平位移最大变形为S5-4，
3.52mm 。

结构回筑阶段基坑回填及上部结构荷载的增加，
导致项目范围内地层产生一定的附加沉降量。

后期河道恢复后，临时围堰的拆除导致隧道上方附加荷
载减小，隧道轻微上浮，最大竖向位移为3.06mm ，
最大水平位移为3.42mm ，
均未超过控制值，符合相应设计与
规范要求。

图4隧道内自动化监测点实景图
表1各阶段监测频率统计表
监测方式
施工阶段
监测频率备注
自动化监测
施工前
桩基施工、河道围堰施工阶段
开挖阶段
施工完成，后期稳定性监测阶段
采集3次初始值1次/2~3天1~2次/天1次/半个月
表2监测报警值统计表
监测类型序号监测项目变化速率预警值控制值自动化监测
12
隧道竖向位移隧道水平位移
±2mm ±2mm
±5mm ±5mm
±10mm ±10mm
图2自动化监测控制点布设示意图
监测点
基准点组
监测点
工作基点
基准点组
图3隧道内监测断面示意图
轨道盾构
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Value Engineering
6结语
本文以某地铁保护区工程项目为例，
介绍了自动化监测系统的构成与运行、监测网布设等内容，经对监测数据处理与分析可以看出，
自动化监测技术手段在地铁保护区施工中的应用，不但能够保证监测数据的真实可靠，同时
因其高效、
快速、实时的监测方式，更能保证监测结果及时、快速地传递到施工方手中，
使其掌握地铁隧道实时变形情况，从而指导施工，
该技术已经成为地铁运营维护监测的一个重要手段。

真实高效地反映了地铁线路周边工程开挖施工对隧道的影响规律，
有效保证了地铁的结构和运营安全，适宜在类似项目中推广应用。

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19-23.
图5
上行隧道竖向位移变化曲线图
图6
上行隧道水平位移变化曲线图
图7下行隧道竖向位移变化曲线图
图8下行隧道水平位移变化曲线图
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