分析自动化监测技术在地铁运营监测中的运用
郭勇
【摘 要】地铁工程是现代城市的生命线，在其运营期间，加强对结构变形数据的监测，可以清楚地掌握地铁运营的后隧道结构、车辆载荷及线路等情况，进而为地铁安全提供决策依据。基于此，论文针对自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究，将从武汉市轨道交通二号线工程概况入手，结合本项目运营监测工作的内容，以汉口火车站到范湖站区为例，对其监测数据展开分析和探究。希望论文的研究能为自动化监测技术的数据准确性提供全面参考性建议。
【Abstract】The subway engineering is the lifeline of modern city. In the period of operation， strengthening the monitoring of the deformation data structure can clearly grasp the tunnel structure， vehicle load and line conditions， and provide decision-making basis for the safety of subway. Based on this， this paper studies the use of automatic monitoring technology in metro operation monitoring. It starts from the general situation of Wuhan Rail Transit Line No. 2， combining the contents of operation monitoring work of this project， and taking Hankou Railway Station to Fan Lake Station as an example， analyzes and researches on the monitoring data. It is hoped that the research of this paper can provide a comprehensive reference for the accuracy of the automatic monitoring technology.
【关键词】自动化监测技术；地铁运营；监测数据；线路沉降
【Keywords】 automatic monitoring technology； subway operation； monitoring data； line settlement
【中图分类号】TU2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0191-03
1 引言
地铁是城市重要的交通设施之一。由于不同结构类型的底层，具有不同的敏感性与沉降率。在地铁实际运用的过程中，不同水文地质条件的地层，其固结沉降量不同，因此达到沉降的要求和所需要的时间也具有差异性，导致隧道横纵向土层分布不均匀，进而产生差异性沉降。另外，运营列车的离心与振动作用，可能使地铁结构发生变形，地铁周边的抽水、钻探作业、埋设电缆、架设电力等活动，也会危机到地铁的运营安全。因此，为了时刻对地铁结构与状态进行判断，必须在地铁的运营期间开展变形监测，通过数据与力学方向的分析，保证问题的及时发现。因此，加强自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究具有重要作用。
2 武汉市轨道交通二号线工程概况
目前，我国许多城市已经开通了地铁运营，地铁也逐渐成为人们最常用的交通工具。然然，地铁隧道在运营使用的过程中，很容易受到周边施工的影响。为了避免周边情况对地铁隧道造成威胁，本文以武汉市轨道交通二号线工程作为研究对象。
武汉市轨道交通二号线工程，其全长距离为27.73km，全线采用了地下线路方式。该工程总线路的起点位于汉口，终点位于鲁巷[1]。起点与终点之间共设立了20多个车站，其中最小的车站间距长度约为0.92km，最长的车站间距为3.4km。根据我国工程运营监测服务相关标准和要求，该工程的监测时间为三年，于2016年5月份监测完毕。在此监测期间，监测的内容包括：全线轨道沉降监测、水平位移观测、隧道断面变形监测、倾斜监测、房屋监测等。其监测完成情况为：沉降监测共7次、收敛监测4次、水平位移监测4次。根据业主的各项要求，监测工作已基本完成。
3 本项目运营监测内容介绍
本项目的运营监测包括以下内容：
①线路沉降监测。沉降监测点的监测距离为30m，监测点为隧道道床面位置，其中汉口到范湖区间共监测15次，监测结果稳定，但累计沉降及沉降范围较大，根据外业施测技术要求，确定沉降监测警戒值[2]。
②平面监测。监测距离为50m，其中汉口到范湖区间稳定，监测警戒值按照2mm计算，当沉降量超出警戒值，要与相关部门协商并采取必要措施。
③收敛监测。平均120m设一处监测点，汉口到范湖区间监测成果为：监测断面ZDK4+943，上部收敛测线位置平均为11.4mm，下部平均为7mm。其监测精度要求为：测距取位0.1mm，角度0.1″，监测警戒值为5mm。
④房屋监测。由于受到周边建筑施工的影响，对房屋幅度下沉情况进行监测，监测结果为各区段监测点处于稳定状态。
⑤出入段线与试车线监测。监测次数为7次，监测点位于地铁左右钢轨顶部，监测距离为40m。监测与试车线相近的区段，结果出现了明显下沉，沉降量不超过3.8mm。
4 监测数据分析——以汉口火车站到范湖站区为例
4.1 沉降监测
沉降监测，主要应用于建筑物的运营期间。在地铁运营监测中，沉降监测可以通过对地铁站点位的监视与观测，明确其变形情况。然后，根据地铁站的地基情况与性质，为针对性防范措施提供依据，进而保证地铁的正常与安全运营。常用的沉降监测方法包括：垂直位移监测、水平位移监测、倾斜观测等。在沉降监测工作结束后，可形成沉降监测报告。以汉口火车站到范湖站区为例，左线共进行沉降监测15次，右线14次。铺轨后，第四次监测点被破坏，经过点位埋设后，该区段左线桩近60个，以此进行隧道管片和道床监测。其中，左线变化较大的区段变化趋势如图1所示，從该趋势图可看出：从2013年11月开始左线出现局部沉降，其余位置少量沉降，且沉降量较大。截止到2014年3月，左线沉降量大幅度增加，并出现上浮和跳跃现象，沉降量最大值为-36mm。2014年4月，左线沉降量持续增加，但速度有所变缓，最大沉降量值达到-44.7mm[3]。2014年5月到7月，左线沉降区域趋于稳定。2014年7月到2015年4月，左线未出现沉降，且处于稳定状态，最大沉降值为-41.6mm。2015年4月，左线局部出现下沉。
右线变化较大的区段变化趋势如图2所示。从沉降检测成果来看，右线在2013年5月开始进行监测，与左线变化趋势基本保持一致。2013年11月开始，右线的沉降范围稍大于左线，其沉降量值为-10.6mm。截止到2014年3月，右线区域的沉降区域也出现跳跃性，其累计沉降量最大值为-38.3mm。2014年4月到7月，在进行加密沉降监测后，右线的沉降范围持续增大，且速率逐渐减少。此时，右线的变化情况较大，其沉降量最大值达到-45.2mm。2014年5月到7月，右线的沉降范围出现增大的趋势，并于7月份开始持续下沉，现象较为稳定。直到2015年4月，右线的沉降量最大值达到-41.6mm。
经监测可知，汉口到范湖车站区间，在同一线路和时段，都存在不均匀的沉降现象。在同一时段，左右线的变化区域与变化趋势保持一致。其中，右线沉降参数略高。因此，应当加强对右线区域的监测，进而保证地铁安全运行。
4.2 平面监测
平面监测一般是在平面监测网中进行的。平面监测网，是指精度要求较高、监测范围较小的专用控制网。平面监测是工程外部变形监测中的重要基准，能够对外部变形监测产生直接影响。平面监测的准确性，能够在一定程度上影响工程及其运营中的可靠性与经济性。为了使地铁运营达到经济最佳、安全最佳的状态，对地铁站进行平面检测，是工程师必须解决的问题。汉口到范湖车站区间，共进行平面监测9次。其中，左线5次、右线4次。左线监测具体时间分别为：2013.09.24、2014.02.28、2014.05.16、2015.01.04、2016.05.17。右线监测具体时间为2013.09.07、2014.04.16、2015.01.05、2016.04.27。此车站区间的左线桩位数量为12个，右线桩位数量为12个。区间左线最大位移点位于YDK4+728测站，其边长累计最大置镜点为YDK5+670测站，横向的偏移值为-7.85mm，其角度累计值为-28″。右线横向最大位移带内为YDK4+728测站，横向偏移值为-7.85mm，在边长累计方面，最大置镜点为YDK5+670测站，角度累计差值为-11″。
4.3 收敛监测
收敛监测一般应用于隧道型的施工领域，满足地铁运营性质。收敛监测一般包括三种方法，分别为：收敛仪测量法、相对位移观测法、绝对三维位移观测法、巴塞特收敛系统法、无反射棱镜自动跟踪法、自动化全站仪动态监测法等。本文采用的是相对位移观测法。汉口到范湖火车站的左右收敛监测各为4次。其中，左线的4次监测具体时间依次为：2013.09.24、2014.02.26、2015.01.05、2016.05.18。右线的4次监测的具体时间依次为2014.04.15、2015.01.04、2016.04.26。该区间监测断面的左右线各为8个人，监测断面点位齐全，且监测点位齐全[6]。从左右线的变化量及变化范围来看，左线变化量略大，其部分的断面监测超过了预警值5mm。
4.4 房屋监测
房屋监测是针对工程质量进行检测的一种技术方法，主要应用于房屋的质量检测中，也适用于地铁运营质量的测量。对地铁运营情况的监测，主要是对地铁结构进行测定。比如受损构件、结構承载力、构建裂缝、结构断点、建筑材料异常等，通过房屋监测中的实施动态化监控，确定地铁运营相关构件中的安全度，在形成地铁相关结构质量检测评估后，可为处理建议提供依据。房屋监测的范围，主要是在循江区域的建筑物，其监测次数为7次，2013年与2014年每年各提交成果两次。2013年8月到2014年9月，中循区域的沉降监测点位由于受到周边建筑影响，出现不同幅度下沉。从2014年9月开始到2015年10月份，施工处于完成阶段，监测点状态保持稳定。其中，西马后路的部分监测点变化幅度为33.6mm，且部分监测累计超出预警值。对于常青区段，其临近试车线一侧，不同幅度出现下沉情况。对于可以监测到的部位，截止到
2015年，累计沉降量范围为35.3mm，其余的沉降监测点位变化小。
5 结语
为了实现准确实时的自动化测量，本文以自动化监测技术在地铁运营监测中的运用为主要研究内容，以汉口火车站到范湖站区间为例，从沉降监测、平面监测、收敛监测、房屋监测等监测数据方面展开系统探究。研究结果表明，现阶段，武汉市轨道交通二号线工程在沉降监测、平面监测等方面取得了一定成果，为地铁安全运营提供了技术保障。在未来，还需进一步加强对自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究，为实现地铁结构全生命周期的安全监控提供借鉴，进而确保地铁的安全运行。
【参考文献】
【1】钱七虎. 隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向[J]. 隧道建设， 2017， 37（3）：251-263.
【2】吴石军. 基于智能型全站仪的地铁隧道变形自动化监测技术及应用[J]. 铁道勘察， 2017， 43（2）：7-10.
【3】王梅. 湿陷性黄土地区下穿隧道深基坑上跨运营地铁盾构隧道自动化监测技术[J]. 建筑安全， 2016， 31（10）：56-58.
[4]陈克强，陈嘉龙.零距离下穿既有运营车站浅埋暗挖矿山法双线隧道施工关键技术[J].水利水电施工，2016，23（05）：34-40.
[5]张旭生，刘振宇，莫中生.基于TCA2003的自动监测系统在地铁保护中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，26（06）：130-132.
[6]吴昊.复杂地层浅埋暗挖地铁区间隧道近距离下穿地下商业街设计及施工关键技术[J].隧道建设，2016，32（08）：988-996.
【摘 要】地铁工程是现代城市的生命线，在其运营期间，加强对结构变形数据的监测，可以清楚地掌握地铁运营的后隧道结构、车辆载荷及线路等情况，进而为地铁安全提供决策依据。基于此，论文针对自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究，将从武汉市轨道交通二号线工程概况入手，结合本项目运营监测工作的内容，以汉口火车站到范湖站区为例，对其监测数据展开分析和探究。希望论文的研究能为自动化监测技术的数据准确性提供全面参考性建议。
【Abstract】The subway engineering is the lifeline of modern city. In the period of operation， strengthening the monitoring of the deformation data structure can clearly grasp the tunnel structure， vehicle load and line conditions， and provide decision-making basis for the safety of subway. Based on this， this paper studies the use of automatic monitoring technology in metro operation monitoring. It starts from the general situation of Wuhan Rail Transit Line No. 2， combining the contents of operation monitoring work of this project， and taking Hankou Railway Station to Fan Lake Station as an example， analyzes and researches on the monitoring data. It is hoped that the research of this paper can provide a comprehensive reference for the accuracy of the automatic monitoring technology.
【关键词】自动化监测技术；地铁运营；监测数据；线路沉降
【Keywords】 automatic monitoring technology； subway operation； monitoring data； line settlement
【中图分类号】TU2 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0191-03
1 引言
地铁是城市重要的交通设施之一。由于不同结构类型的底层，具有不同的敏感性与沉降率。在地铁实际运用的过程中，不同水文地质条件的地层，其固结沉降量不同，因此达到沉降的要求和所需要的时间也具有差异性，导致隧道横纵向土层分布不均匀，进而产生差异性沉降。另外，运营列车的离心与振动作用，可能使地铁结构发生变形，地铁周边的抽水、钻探作业、埋设电缆、架设电力等活动，也会危机到地铁的运营安全。因此，为了时刻对地铁结构与状态进行判断，必须在地铁的运营期间开展变形监测，通过数据与力学方向的分析，保证问题的及时发现。因此，加强自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究具有重要作用。
2 武汉市轨道交通二号线工程概况
目前，我国许多城市已经开通了地铁运营，地铁也逐渐成为人们最常用的交通工具。然然，地铁隧道在运营使用的过程中，很容易受到周边施工的影响。为了避免周边情况对地铁隧道造成威胁，本文以武汉市轨道交通二号线工程作为研究对象。
武汉市轨道交通二号线工程，其全长距离为27.73km，全线采用了地下线路方式。该工程总线路的起点位于汉口，终点位于鲁巷[1]。起点与终点之间共设立了20多个车站，其中最小的车站间距长度约为0.92km，最长的车站间距为3.4km。根据我国工程运营监测服务相关标准和要求，该工程的监测时间为三年，于2016年5月份监测完毕。在此监测期间，监测的内容包括：全线轨道沉降监测、水平位移观测、隧道断面变形监测、倾斜监测、房屋监测等。其监测完成情况为：沉降监测共7次、收敛监测4次、水平位移监测4次。根据业主的各项要求，监测工作已基本完成。
3 本项目运营监测内容介绍
本项目的运营监测包括以下内容：
①线路沉降监测。沉降监测点的监测距离为30m，监测点为隧道道床面位置，其中汉口到范湖区间共监测15次，监测结果稳定，但累计沉降及沉降范围较大，根据外业施测技术要求，确定沉降监测警戒值[2]。
②平面监测。监测距离为50m，其中汉口到范湖区间稳定，监测警戒值按照2mm计算，当沉降量超出警戒值，要与相关部门协商并采取必要措施。
③收敛监测。平均120m设一处监测点，汉口到范湖区间监测成果为：监测断面ZDK4+943，上部收敛测线位置平均为11.4mm，下部平均为7mm。其监测精度要求为：测距取位0.1mm，角度0.1″，监测警戒值为5mm。
④房屋监测。由于受到周边建筑施工的影响，对房屋幅度下沉情况进行监测，监测结果为各区段监测点处于稳定状态。
⑤出入段线与试车线监测。监测次数为7次，监测点位于地铁左右钢轨顶部，监测距离为40m。监测与试车线相近的区段，结果出现了明显下沉，沉降量不超过3.8mm。
4 监测数据分析——以汉口火车站到范湖站区为例
4.1 沉降监测
沉降监测，主要应用于建筑物的运营期间。在地铁运营监测中，沉降监测可以通过对地铁站点位的监视与观测，明确其变形情况。然后，根据地铁站的地基情况与性质，为针对性防范措施提供依据，进而保证地铁的正常与安全运营。常用的沉降监测方法包括：垂直位移监测、水平位移监测、倾斜观测等。在沉降监测工作结束后，可形成沉降监测报告。以汉口火车站到范湖站区为例，左线共进行沉降监测15次，右线14次。铺轨后，第四次监测点被破坏，经过点位埋设后，该区段左线桩近60个，以此进行隧道管片和道床监测。其中，左线变化较大的区段变化趋势如图1所示，從该趋势图可看出：从2013年11月开始左线出现局部沉降，其余位置少量沉降，且沉降量较大。截止到2014年3月，左线沉降量大幅度增加，并出现上浮和跳跃现象，沉降量最大值为-36mm。2014年4月，左线沉降量持续增加，但速度有所变缓，最大沉降量值达到-44.7mm[3]。2014年5月到7月，左线沉降区域趋于稳定。2014年7月到2015年4月，左线未出现沉降，且处于稳定状态，最大沉降值为-41.6mm。2015年4月，左线局部出现下沉。
右线变化较大的区段变化趋势如图2所示。从沉降检测成果来看，右线在2013年5月开始进行监测，与左线变化趋势基本保持一致。2013年11月开始，右线的沉降范围稍大于左线，其沉降量值为-10.6mm。截止到2014年3月，右线区域的沉降区域也出现跳跃性，其累计沉降量最大值为-38.3mm。2014年4月到7月，在进行加密沉降监测后，右线的沉降范围持续增大，且速率逐渐减少。此时，右线的变化情况较大，其沉降量最大值达到-45.2mm。2014年5月到7月，右线的沉降范围出现增大的趋势，并于7月份开始持续下沉，现象较为稳定。直到2015年4月，右线的沉降量最大值达到-41.6mm。
经监测可知，汉口到范湖车站区间，在同一线路和时段，都存在不均匀的沉降现象。在同一时段，左右线的变化区域与变化趋势保持一致。其中，右线沉降参数略高。因此，应当加强对右线区域的监测，进而保证地铁安全运行。
4.2 平面监测
平面监测一般是在平面监测网中进行的。平面监测网，是指精度要求较高、监测范围较小的专用控制网。平面监测是工程外部变形监测中的重要基准，能够对外部变形监测产生直接影响。平面监测的准确性，能够在一定程度上影响工程及其运营中的可靠性与经济性。为了使地铁运营达到经济最佳、安全最佳的状态，对地铁站进行平面检测，是工程师必须解决的问题。汉口到范湖车站区间，共进行平面监测9次。其中，左线5次、右线4次。左线监测具体时间分别为：2013.09.24、2014.02.28、2014.05.16、2015.01.04、2016.05.17。右线监测具体时间为2013.09.07、2014.04.16、2015.01.05、2016.04.27。此车站区间的左线桩位数量为12个，右线桩位数量为12个。区间左线最大位移点位于YDK4+728测站，其边长累计最大置镜点为YDK5+670测站，横向的偏移值为-7.85mm，其角度累计值为-28″。右线横向最大位移带内为YDK4+728测站，横向偏移值为-7.85mm，在边长累计方面，最大置镜点为YDK5+670测站，角度累计差值为-11″。
4.3 收敛监测
收敛监测一般应用于隧道型的施工领域，满足地铁运营性质。收敛监测一般包括三种方法，分别为：收敛仪测量法、相对位移观测法、绝对三维位移观测法、巴塞特收敛系统法、无反射棱镜自动跟踪法、自动化全站仪动态监测法等。本文采用的是相对位移观测法。汉口到范湖火车站的左右收敛监测各为4次。其中，左线的4次监测具体时间依次为：2013.09.24、2014.02.26、2015.01.05、2016.05.18。右线的4次监测的具体时间依次为2014.04.15、2015.01.04、2016.04.26。该区间监测断面的左右线各为8个人，监测断面点位齐全，且监测点位齐全[6]。从左右线的变化量及变化范围来看，左线变化量略大，其部分的断面监测超过了预警值5mm。
4.4 房屋监测
房屋监测是针对工程质量进行检测的一种技术方法，主要应用于房屋的质量检测中，也适用于地铁运营质量的测量。对地铁运营情况的监测，主要是对地铁结构进行测定。比如受损构件、结構承载力、构建裂缝、结构断点、建筑材料异常等，通过房屋监测中的实施动态化监控，确定地铁运营相关构件中的安全度，在形成地铁相关结构质量检测评估后，可为处理建议提供依据。房屋监测的范围，主要是在循江区域的建筑物，其监测次数为7次，2013年与2014年每年各提交成果两次。2013年8月到2014年9月，中循区域的沉降监测点位由于受到周边建筑影响，出现不同幅度下沉。从2014年9月开始到2015年10月份，施工处于完成阶段，监测点状态保持稳定。其中，西马后路的部分监测点变化幅度为33.6mm，且部分监测累计超出预警值。对于常青区段，其临近试车线一侧，不同幅度出现下沉情况。对于可以监测到的部位，截止到
2015年，累计沉降量范围为35.3mm，其余的沉降监测点位变化小。
5 结语
为了实现准确实时的自动化测量，本文以自动化监测技术在地铁运营监测中的运用为主要研究内容，以汉口火车站到范湖站区间为例，从沉降监测、平面监测、收敛监测、房屋监测等监测数据方面展开系统探究。研究结果表明，现阶段，武汉市轨道交通二号线工程在沉降监测、平面监测等方面取得了一定成果，为地铁安全运营提供了技术保障。在未来，还需进一步加强对自动化监测技术在地铁运营监测中的运用研究，为实现地铁结构全生命周期的安全监控提供借鉴，进而确保地铁的安全运行。
【参考文献】
【1】钱七虎. 隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向[J]. 隧道建设， 2017， 37（3）：251-263.
【2】吴石军. 基于智能型全站仪的地铁隧道变形自动化监测技术及应用[J]. 铁道勘察， 2017， 43（2）：7-10.
【3】王梅. 湿陷性黄土地区下穿隧道深基坑上跨运营地铁盾构隧道自动化监测技术[J]. 建筑安全， 2016， 31（10）：56-58.
[4]陈克强，陈嘉龙.零距离下穿既有运营车站浅埋暗挖矿山法双线隧道施工关键技术[J].水利水电施工，2016，23（05）：34-40.
[5]张旭生，刘振宇，莫中生.基于TCA2003的自动监测系统在地铁保护中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，26（06）：130-132.
[6]吴昊.复杂地层浅埋暗挖地铁区间隧道近距离下穿地下商业街设计及施工关键技术[J].隧道建设，2016，32（08）：988-996.
