城市地下空间远程实时监测预警系统的应用

城市地下空间远程实时监测预警系统的应用

陈亮1

（1 - 西南交通大学四川成都610031）

摘要: 城市地下空间开发中工程安全日益受到重视，而通过合理的监测手段可以有效预测工程

的安全状况，减少事故发生的概率。本文就城市地下空间远程实时监测预警技术进行了概括性

探讨，介绍了实现此类技术的条件及若干关键技术，提出了相应的解决方案；并对城市地下空

间监测技术的发展作了展望。

关键字: 地下空间，实时监测，预警系统，关键技术

The Application of Remote Real-time Monitoring and Pre-warning Systems in Urban Underground Space Development

Chen Liang1

（1 – Southwest Jiaotong University Sichuan Chengdu 610031）

Abstract:The safety of geotechnical engineering in urban underground space

development is more and more important; the accident probability will be decreased by

using a reasonable monitoring measure which can effective predict the safety situation

of geotechnical engineering. This paper investigated the technology of remote real-time

monitoring and pre-warning systems, introduced how to achieve this system and some

key technology, given the relation solution; and the prospects of the geotechnical

engineering monitoring technology in urban underground space development are

proposed.

Key words: underground space, real-time monitoring, pre-warning systems,

key technology.

1前言

地下空间作为城市的重要资源，在发达国家得到了多方面的应用，随着我国经济的快速发展，城市地下空间的开发利用已经受到广泛重视，城市地下工程的兴建已经成为一种趋势。就地下铁路来看，我国从1965年开始修建地下铁道，至今已有北京、天津、上海、广州、深圳、南京等大城市建成部分地铁，目前地铁建设已步人快速发展阶段。然而，在地铁施工及运营过程中由于地层沉降等原因引起的人员伤亡、财产损失及环境破坏的问题也在频频发生。如2008年杭州地铁一号线坍塌事故造成21人死亡，直接经济损失1.5亿元人民币；2007年北京市海淀南路的地铁10号线工程苏州街车站东南出入口发生塌方事故导致6名施工者被埋等。

我国各地区地质条件多样且十分复杂，修建地下空间除了需要详细而又准确的地质勘察

和精密的设计之外，在施工过程中还要能及时处理遇到的各种难点问题和突发事件。信息科技的迅速发展，使得工程与信息技术相合，通过采用合理的监测措施可以使施工及运营期间工程出现事故的风险降至最低。

2监测手段及项目

适用于城市地下空间的监测手段可概分为直接几何方法、间接几何方法和物理方法，见表1。其中间接法中的巴赛特收敛系统（Bassett ConvergenceSystem）早期使用于矿山采矿坑道掘进的安全监测，由于一些地铁开挖与采矿坑道掘进类似，巴赛特收敛系统被延用于地铁隧道的安全监测中。巴赛特收敛系统由三大部分组成[1]：

●数据量测部分，包括若干组长、短杆件互相连接的电介质（EL）倾角传感器；

●数据采集部分，包括数据采集控制器和计算机；

●数据处理部分，包括采集控制、标定、计算分析与可视化软件等。

巴赛特收敛系统的一个突出优点是可在现场无人值守的情况下长期自动工作，另一特点是防潮防湿、抗电气干扰，此外，它能在烟雾条件下工作，对环境具有良好的适应能力。该系统用于测量隧道的收敛变形，要确定隧道的实际位移向量，必须与控制点资料相结合。由于传感器的制造及采集系统的开发等技术已经比较成熟，该类监测技术已经被广泛用于国内的各工程实践中，本次所介绍的远程实时监测预警系统也源于对巴赛特收敛系统的借鉴。

表1 监测手段概览

工程安全监测项目种类很多，具体到每个工程根据其工程类型、场地地质和施工情况监测项目有所不同。按监测物理量的类型一般可以分为变形监测、应力应变监测、渗流监测、温度监测和动态监测等。按监测变量分为原因量和效应量监测。原因量即环境参量，由于它们的变化引起建筑物性态的变化；效应量是构筑物对原因量变化而产生的响应[4]。表2列举了一些常规情况下的监测项目。针对具体工程可以通过数值模拟等方式选择结构中的危险点进行监测。

3实时监测预警系统结构及流程

3.1系统构成

在工程的安全监测中，及时收集和分析现场的监测数据是非常重要的。为了实现在任何时间甚至任何地点都可以对监测点进行数据采集，并根据分析的要求决定是否预警，组建远程实时监测预警系统建立是切实可行的措施，根据其运行特点可以将它分为以下几部分组成，如图1所示。

表2 常规监测项目

图1 实时监测预警系统结构图

具体介绍如下：

●传感系统

系统应用各种传感器，将被测量（应变、倾斜度等）转变成便于记录及再处理的电压或电流等信号。由于从传感器输出的电信号一般很弱，通常各种传感器都有与之匹配的信号放大器。其功能是将传感器输出的信号进行放大或转换。传感系统包括加速度计、应变计、位移计、钢筋计、土压力盒、测斜仪、信号放大器等。

●数据采集处理系统