童雷
浙江华东测绘与工程安全技术有限公司
摘 要：当前，交通问题已成为社会经济发展的主要制约因素，发挥政府公共服务职能、缓解交通压力是首要任务。铁路工程是国家投资的市政工程，在社会交通运行中发挥着重要作用。在轨道交通建设过程中，运营管理的重点是加强地铁隧道的日常监控，而自动监控技术是目前隧道运营管理中的一项先进技术。
关键词：自动化；监测技术；运营地铁隧道
引 言
目前，中国许多城市已经开始运营地铁，成为人们生活中最方便的公共交通工具。铁路建设对促进城市经济发展具有重要意义。随着城市立体化向高海拔发展，高层建筑越来越多，尤其是高层和超高层建筑，对地铁隧道的影响更大。为保障地铁隧道安全运营，相关法律法规规定，在地铁隧道内50米地下空间施工期间，应监测地铁隧道的安全运营状况。同时，地铁运营中的变形具有长期缓变、瞬间突变、难以补救、危害极大的特点，其周围环境和结构变形对地铁安全运营的影响越来越明显。
自动监测是一种受人为影响小、自动化程度高的测量方法。通过专业的软件开发，可以连续自动测量数据，生成实时报告并给出预警，大大提高了监控效率。在地铁隧道中采用自动监控技术，可以在不影响地铁正常运营的情况下，实时监控隧道的安全运行并作出决策分析。
1 自动化监测系统的构成
1.1 静力水准自动化监测系统
静力水准自动监测系统主要利用通信设备的原理监测多点的相对沉降，通过静平衡液位的连接来传输高度。它是一种高精度的液体系统测量仪器。监控系统一般包括三个部分：传感器子系统、数据自动采集与传输子系统、数据管理与分析子系统。
其中，传感器子系统包括若干个静力水准仪，是一种感应频率调制的总线式位移计，主要由传感器、液压缸、浮子等组成。它可以实时测量液压缸内水位的变化，掌握位移的变化。
在实际应用中，静态水准仪可以安装在监测区域的隧道壁上，用专用支架和工具固定，并通过液体管与数据传输线连接。用户可以利用公网远程控制静态液位自动监控系统，通过辅助软件完成数据采集。数据管理和分析子系统可以对数据进行处理，并将收集到的监测数据发送到信息中心。
1.2 全站仪自动化监测系统
静力水准自动监测系统只能监测隧道结构的沉降变化，不能全面了解隧道断面的变形情况，应配合全站仪自动监测系统进行综合监测。一般来说，全站仪自动监测系统主要包括测量机器人、电子手持、反射棱镜和自动控制软件。
测量机器人其实就是一个全站仪。为保证测量效果，仪器的测试进度和性能稳定，并具有自动识别功能。操作人员可以自动完成锁定、跟踪、测量等功能。此外，测量机器人可以连续重复观察多个目标，对提高工作效率具有重要意义。
电子手薄是一款自动控制软件，通过无线蓝牙连接测量机器人，可以通过手册控制全站仪，并将测量结果输入知识库进行整理分析。
反射棱镜的主要功能是检测标记。为了便于测量机器人自动搜索反射棱镜，安装时其反射面必须指向中间观测点。
2 自动化监测技术在地铁运营隧道的运用要点
2.1 确定合理的监测范围及监测项目
如某房地产基坑位于地铁运营隧道旁，地下四层，长78 m，宽87 m，深19.5 m，明挖暗盖施工。基坑地铁侧采用双排钢筋混凝土灌注桩和预应力锚索联合支护体系，其余部分采用单排混凝土桩和预应力锚索联合支护体系。基坑与地铁隧道的相关性如下：
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图2 房地产基坑与地铁隧道相对关系剖面图
为准确掌握房地产基坑施工对运营地铁隧道的影响，确定运营地铁隧道监测里程范围为：基坑靠近地铁侧桩对应位置向两端延伸20米（对应里程K12+782 ~ K12+902，长度约120米），直接影响范围为K12+802 ~ K12+882。在直接影响范围内，每10米布置一个监测断面，共布置9个断面；延伸区每隔10m布置一段、四段；区间共布置13个监测断面。地铁运营线路自动监测项目包括：道床（轨）沉降和水平位移监测，隧道主体结构沉降、水平位移和净空变化监测。
2.2 科学、合理布设自动化监测断面和监测点
在设置自动监测断面和监测点时，要合理、科学地进行设置，充分获取周边施工对运营隧道的影响范围和程度。本工程运营隧道右线监测长度为120米，共设置13个监测断面，监测断面间距为10米。每个监测段设置5个监测点，为自动监测棱镜。左线隧道位于房地产基坑开挖主要影响区域外，经房地产基坑施工单位、设计单位、安全咨询单位、地铁运营公司协商研究，无需自动监测。
监测点布置：每段靠近轨道的道床上布置2个沉降监测点，中间腰位置两侧各布置1个水平位移监测点，顶部布置1个沉降监测点，即每监测段布置5个监测点。每个观测点应配备带配件的小型反射棱镜，并用膨胀螺栓和植筋胶锚固在监测位置的侧壁和路基上。棱镜的反射面指向工作基点。各观测点布置见点位布置图。设置监控点时，应严格注意避免侵入交通净空。监测点编号规则为：线号+监测断面号+监测点位号；例如，JC1-1表示上行链路第1段上的1号监控点。各路段监测点编号规则面向上行线路里程增加方向，左下方监测点数量为1个，顺时针增加至5个。
2.3 结合现场情况灵活设置工作基站及校核点
基于现场条件，可以在变形影响区内外设置自动监测基站。自动化监测区隧道的平面线形是一条能见度较好的直线；为使各监测点误差均匀，提高监测精度，便于全站仪自动定位目标，本项目监测台设在监测区域中部，采用在变形区设置监测站的方法。先做好全站仪支架，安装在侧墙隧道结构上，严格按设备边线设置。检查点（参考点）设置在距离变形区50米左右的车站或隧道内，并且超出最外侧的观察段。所设的里程方向参考点两组，需在右侧线设置四组参考点。
2.4 合理选择通讯方式
自动监控系统的通信方式可通过无线或有线方式实现。现在国内大多数的自动监控系统都采用无线通信，便于监控人员对监控环境和监测结果进行监控。但在实际应用中，无论采用何种通信方式，传感器的串口数据都将转换成电磁波信号，通过微波进行无线通信。通信方式的选择取决于费用、覆盖范围、接入方式。监控人员可以根据业主和隧道的特点，合理选择通信方式，降低了监控成本，提高了自动监控技术结果的准确性，有效解决了监控过程中的问题。
结束语
近年来，随着我国经济的快速发展，对城市快速轨道交通的需求不断增加，城市地铁的大容量、快捷、方便已成为国家基础设施建设的重点。自动监测系统可实现地铁运行过程中的异常、潜在或突发事件的实时监测，大量的监测数据可自动传送到后台监控中心进行存储和查询。借助该系统的专业软件，可以快速分析数据，评估既有地铁结构的健康状况，及时向建设、设计、运营单位反馈信息，确保地铁运营安全。
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