浅谈地铁隧道自动化监测技术

浅谈地铁隧道自动化监测技术

摘要：地铁即地下铁道，是在各城市地底下修建隧道和铺架轨道，通过电力快

车实现乘客输送的公共交通系统。地铁隧道是大型地下建设项目，客流大、基础

设施多，对各项指标要求较高。伴随经济发展和社会进步，最近几年正大规模修

建地铁隧道。通常来讲，地铁隧道修建在管道密集、地质复杂且贯穿城市主要枢

纽的位置，因此其安全性和稳定性不容小觑。本文主要就地铁隧道自动化监测技

术展开了分析。

关键词：地铁；隧道；自动化监测技术

1地铁隧道施工监测现状

现阶段，我国的隧道施工监测以人工测量为主，该种测量方法的优势在于简单、技术成熟可靠，然而人工测量弊病颇多，如时效性差、监测效率低、成本较高、危险性较大。利用自动化监测技术实现地铁隧道施工监测是地铁隧道施工监

测发展的大势所趋，在自动化监测技术支持下，地铁隧道监测可实现无人值守全

时段监测，并能够快速有效的实现相关数据的初步分析，因而于解决人工测量弊

病有着强的现实意义。国内地铁隧道施工中的监测对象主要为隧道纵向变形监测、隧道横向变形监测和隧道管径收敛变形监测。其中，隧道纵向变形监测利用电子

水平尺系统和静力水准系统完成。静力水准系统监测的精准性较高、可监测范围

较大，是当前地铁隧道纵向变形监测过程中最常使用的监测技术。电子水平尺系

统适用于小范围的监测，可能存在一定的误差。至于隧道横向变形监测和隧道管

径收敛变形监测通常利用全站仪，然而有目标识别功能的全站仪可能会受到通视

因素影响精准度，进而在较大范围监测中应用可能难以满足精准度方面的要求。

2地铁隧道自动化监测的主要目的

（1）确定施工参数。地铁工程是国家投资的重点工程，若施工参数出现错误或误差偏大则直接导致工程质量不达标。将监测数据与设计理论值相比较以判断

前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，为后期施工信息化操作提供了可靠的帮助。（2）优化设计方案。设计是地铁工

程的总指导，对隧道进行优化设计可引导施工单位采取最优化设计方案，简化整

体工程作业的步骤，提高项目施工的效率。将现场监测结果用于信息化反馈优化

设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。（3）提升工艺水平。良好的工艺流程是施工质量的保证，地铁隧道监测可及时发现工艺方案存在的不足，提醒作业人员尽快修改方案。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。

3地铁隧道自动化监测系统

地铁监测信息管理系统是在ORACLE数据库的基础上，用DELPHI程序语言、

按B/S、C/S方式开发，能够实现监测数据的及时传输，为保证基坑和隧道安全提

供强有力的措施，可以保证监理、施工、业主能够通过互联网直接查询监测数据，及时掌握监测对象的变化情况。系统按照三个层次开发：用户使用层、数据管理层、数据采集层，可以实现快速数据处理、数据无线传输，为信息化施工提供更

好的保证。

3.1徕卡TS30全站仪

通常情况下，地铁隧道施工自动化监测采取徕卡TS30全站仪，其测量精度为：距离测量±（0.6mm+1ppmxD）mm，角度测量0.5”，同时可借助专业Smart监测

系统来确定目标和没置参数。该自动监测仪器实现了焦距调节、正倒镜临测、数

据记录的自动化，还具有自动辨别目标和对准作用，此过程只要工作人员大致瞄

准即可，其会自动明确目标并对准，无需人为调节焦距和精确对准，显著提升了

自动监测的效率。

3.2反射棱镜及计算机设备

地铁隧道中，反射棱镜安装于轨道床道、拱顶等位置，反射面可对准工作基站，因而有利于配合徕卡TS30全站仪自动识别监测目标。计算机设备与徕卡

TS30全站仪相连，依赖专业监测系统实现自动化监测，利用电缆设备、电源设备、存储等进行数据的存储和分析并最终形成相应的监测报告。

3.3Smart监测软件

通常情况下，Smart监测软件和徕卡TS30全站仪相配套进行地铁隧道施工的

自动化监测，同时将数据储存在SQL数据库之中，可按初始设置时间和周期进行

对应监测。除此之外，可结合具体要求增加各循环，若是某台设备进行监测，则

各循环时间不可重叠，尽量确保循环起始时问在另一循环停止时间后。

3.4数据处理分析

Smart分析系统配合自身编写程序可形成通用的“科傻软件”，在实际的数据分析处理过程中，可人为删减异常信息，选平均值作为周期监测最终结果，再利用

监测结果制定偏移折现图即可以形成监测报告并反映地铁隧道的实际变化。

3.5用户使用层功能

该系统组成部分是为用户提供各项操作功能的平台，有助于工程人员对地铁

施工的自动化调控，及时处理隧道工程建设和运营期间面临的问题。用户使用功

能包括：监测数据报警提示系统、测点查询系统、数据查询系统、图形查询系统、短信提示系统、分析提示系统等，用户操作时可根据实际需要调整功能模块，更

好地服务于项目施工。

4地铁隧道施工中的自动化监测

4.1设立监测位置

（1）设立监测位置。所谓的监测截面，是指测量点隧道的正交横截面，在此截面上设立多个监测节点。这就需要监测截面在地铁隧道中是平均分布的。该市

地铁修建工程结合设计要求，受监测隧道总长500米，平均l0米划分监测截面，

总计30个监测截面。另外，各截面设立5个监测节点，主要放置在拱顶、两个

拱腰和两个道床沉降位置。（2）设立基准点。受监测区域总共划分了4个基准点，相应放置在偏离变化区的大、小里程方向，分别两个。（3）徕卡TS30全站

仪安装点。通常来讲，徕卡TS30全站仪安装里程是YK7+205，后视里程约

YK7+316。

4.2监测方式

徕卡TS30全站仪组装在地铁隧道中，以EDGE／GPRS／CDMA信息链和配有

监测系统的电脑相连，通过电脑对监测仪器进行控制，并且按照事先设置的工作

周期，自动监测各节点和较差计算分析。测量的数据会存放到SQL数据库之中，

若监测时发生偏差较大或节点棱镜被遮盖等问题，系统会自动记录该测量点，并

继续监测之后的节点，在监测周期结束后，再反过去监测异常位置。除此之外，

借助监测分析软件，在每个循环起始时，通过基准点反复推测测量位置坐标，再