监测技术在运营地铁隧道中的应用

监测技术在运营地铁隧道中的应用

摘要：目前，我国城市交通系统压力较大，越来越多的私家车投入使用，为了

缓解交通压力，地铁建设力度逐渐加大。为了保证地铁线路的安全运营，通过采

取监测技术能够对地铁隧道情况进行实时监测，及时发现地铁隧道内变形情况，

从而确保地铁运行安全。

关键词：地铁隧道；运营；监测技术

引言：城市交通是城市经济发展的重要基础，地铁作为城市交通体系的组成

部分，客流量大，基础设施多，地铁隧道贯穿于城市地下主要的枢纽位置，其建

设运营质量对乘客安全及社会安定繁荣有着极大的影响。隧道是地铁的核心部分，在地铁运营管理中要加大对隧道部分的安全管理，采取自动化监测技术有利于提

高地铁运营的安全性和稳定性。

一、地铁隧道自动化监测的主要目的

1、确定施工参数

地铁项目是市政工程建设的重点项目，地铁项目规模庞大，大多数属于地下

施工，地下环境复杂，加上地质条件不明，给施工及隧道监测工作带来了极大的

困难。如果施工参数一旦发生偏差则会影响整条线路的施工质量。因此，必须明

确施工参数，将监测数据与设计理论相比较，制定和完善施工工艺及施工参数，

这样为下一步的施工奠定基础。

2、优化设计方案

设计方案是工程施工活动开展的依据与指导，地铁隧道设计方案直接决定了

地铁能否安全运行。所以，通过优化整个隧道工程的设计方案，规范作业步骤，

提高施工效率，将监测结果用语信息化反馈设计中，提高设计方案的科学与合理。

3、提升工艺水平

施工工艺水平是地铁隧道施工的质量保障，监测技术的应用能够及时发现施

工工艺存在的不足和缺陷，提醒施工人员及现场管理人员尽快修改施工方案。例如，如临近地铁基坑施工现场积极引进先进、信息化施工技术，对施工全过程中

周边环境进行监测，确保施工安全并提高施工工艺水平。

4、避免互相干扰

地铁运营期间无法进行人工监测，采用自动监测模式调控施工，实现全天候

实时监测。可以减少监测外业与地铁运营及维护工作的相互影响，保证监测开展

的正常性和及时性。可以灵活调整监测频率，不受行车和其他因素的影响。

二、自动化监测系统

1、静力水准自动化监测系统

静力水准自动化监测系统是一种利用连通器原理测量多点相对沉降的高精密

液位系统测量仪，它通过互相连通的且静力平衡时的液面来传递高程。整个监测

系统由传感器子系统、数据自动采集与传输子系统和数据管理与分析子系统构成。传感器子系统由多个静力水准仪组成。静力水准仪（连通液位沉降计）是一种电

感调频的总线型位移计，由电感传感器、液缸、浮子等部件组成，可测得任意时

刻液缸内水位变化情况，并输出位移量。静力水准仪灵敏度为0.01mm，测量精

度可达0.01mm。

静力水准仪采用专用支架及配套工具安装在监测区域内的隧道壁上，并使用

液体连接管和数据传输线连接起来。数据自动采集与传输功能由数据采集箱实现，它通过数据传输线与静力水准仪连接，可以对静力水准仪做前端的数据采集以及

将数据进行无线传输。监测数据发送至信息中心后，由数据管理与分析子系统自

动处理。用户在办公地点安装配套的软件后，可以通过公共网络远程控制静力水

准系统进行数据采集。

2、全站仪自动化监测系统

1）测量机器人。测量机器人即徕卡TCA2003全站仪，其标称精度为：测距

精度± （0.6mm＋1ppm×D），测角精度0.5″。该仪器不仅测量精度高、性能稳定，并且内置自动目标识别功能（ATR），操作人员只需粗略瞄准棱镜，仪器可以自

动搜索目标、精确照准目标、跟踪目标、自动测量、自动记录数据，在几秒内完

成一目标点的观测，像机器人一样对多个目标作持续和重复观测，并具有计算机

远程控制等优异的性能，这在很大程度上提高了监测的工作效率。

2）电子手簿。电子手簿（PDA ）内置自主开发的自动控制软件及相关监测数

据文件，并采用无线蓝牙与测量机器人连接，由PDA控制全站仪对基准点和监测

点逐点扫描、记录、计算及自校，并将测量结果发送至PDA入库存储或进行整编

分析。

3）反射棱镜。反射棱镜作为监测标志，利用膨胀螺丝固定在地铁隧道的道床、拱腰。安装时使棱镜反射面指向对中观测墩（即测站），以便测量机器人能自动

搜索反射棱镜。

4）自动控制软件。自动控制软件是运用C语言自主开发的基于Mobile操作

系统的测量软件。将该软件置于电子手簿中，设置端口后可通过无线蓝牙控制TCA2003全站仪，监测过程无需人工干预。

5）数据处理及分析。测量数据的处理分析，采用的是武汉大学测绘学院商用

平差软件——“科傻”系统。在数据处理时对测量数据进行人工干预，删除粗差数据，取平均值作为此时间段测量的最终值，并按规定的格式绘制位移曲线图、制

作监测报表，及时汇报隧道的变化情况。

三、自动化监测基准点及监测点布设

本案例隧道自动化监测的对象是沈阳地铁二号线中医药大学站至岐山路站左

线区间(保利大都汇基坑段)靠近基坑一侧隧道：涉及到的范围是中医药大学站至

岐山路站左线区间(K5+580～K5+740)地段，长度约160m。所使用的仪器是高精度

的徕卡全站仪(TCA2003．精度0．5″，l+lppm)。以此研究自动化监测基准点及监

测点布设情况如下：

1、监测基准点埋设

基准点须远离变形区，且保证其稳同性。基坑对应地铁里程范围K5+580～

K5+740，监测范围两端各延长20米，即监测范围K5+560～K5+760，长约200米。共设监测基准站2个，监测基准点7个，靠中医药大学方向的基准站布设基准点

3个，靠岐山路方向的基准站布设基准点4个，间距均约40m。每组基准点均在

变形区域外(最近基准点离监测区域约60—70m)，每组监测点与测站构成的角度

尽量大。根据现场条件，基准点一部分埋在隧道腰部，一部分在道床。埋设方法：用冲击钻在隧道结构体上钻孔，打入φ10的膨胀螺丝、安装徕卡棱镜。

2、基准站安装

安装时应保证稳定性和考虑位置选择的合理性。本案例中离第一个监测断面

约40m处即靠中医药大学方向安装1个基准站。在靠岐山路站方向离监测范围外40m处安装另1个基准站。基准站安装在隧道一侧靠近底部处。在隧道壁上按一

定尺寸钻孔。打入膨胀螺丝，安装固定仪器支座(具有足够的荷载、保证仪器安全

并满足设备限界要求)。数据通讯等附属设备安装在仪器固定支座或其附近。供电、