小编语

隧道施工监测技术日趋成熟，不仅能够帮助建设者随时了解隧道周边地层状况，更能够借助大数据与互联网，给隧道施工提供预警与建议。本期，小编就来带大家盘点一下国外对于各种隧道与地层监测系统的应用！

在城市的密集建筑区内建设地铁隧道，自然少不了对于已建隧道与周边地层沉降的密切关注——

嵌入式无线传感系统

■ 英国：伦敦地铁北线延伸段工程

英国伦敦地铁北线延伸段工程中，在巴特西和肯宁顿之间的双管地铁隧道最后100m区间内，使用了来自Senceive设计的嵌入式无线传感器，对隧道周边地层进行持续监测。

技术特点

■ 传感器嵌于隧道管片内，100m隧道区间内每10m嵌入一组，共计9组。

■ 每组仪器在单个隧道环上的其中一块管片上安装一台高精度三轴倾斜仪与四台应变仪，剩余管片则只安装倾斜仪。

■ 通过倾斜仪计算隧道周边地层收敛，数据自动传输至网络，允许进行实时数据访问。

无线技术自然好用，但是有线技术往往精度更高，利用光纤传感，保护历史建筑——

光纤传感监测系统

■ 英国：伦敦地铁银行站

英国伦敦地铁银行站的工程建设中应用了剑桥智能基础设施和建设中心研发的光纤传感系统，以保护隧道穿越的老旧建筑免受隧道建设的影响。

技术特点

■ 在需要保护的建筑物表面安装特定的光纤，当向光纤发送光脉冲时，每个光栅传感器都会反射不同波长的脉冲，通过脉冲的变化，以极高的精度测定建筑的位移。

■ 光缆表面涂有玻璃纤维增强聚合物涂层，以适应各种不同的施工环境；采用非侵入式夹具，可以在不破坏历史建筑表面的基础上安装。

在隧道内进行多点连续摄影，并且通过图像对比监测地层变化也是业内目前正在研究的方向——

像素跟踪监测系统

■ 英国：Crossrail轨交工程

英国伦敦Crossrail轨交工程中，采用了CSattAR像素跟踪监测系统，通过摄像机与计算机进行拍摄照片的前后像素对比，可测定小于0.1mm的位移。

技术特点

■ 该技术最早用于测定隧道内球墨铸铁管片的位移，摄像机对已经安装的管片进行连续图像拍摄，并将数据传输至计算机，通过像素对比，分析得出隧道管片的位移情况。

■ 该项目正在开发更好的算法，来跟踪隧道与地下光线的变化模式，以实现所需的位移测量精度。

洛杉矶区域连接线在隧道监测中另辟蹊径，在隧道内部安装“感知神经”，360度了解隧道变形——

柔性线缆传感系统

■ 美国：洛杉矶区域连接线轨交工程

美国洛杉矶区域连接线轨交工程采用了名为ShapeArray的自动化地层监测系统，该系统是一款内含微机电系统的柔性线缆式传感设备，可安装在隧道管片上，对隧道周边的地层进行变形监测。

技术特点

■ 系统由柔性线缆式传感器与传感接头组成，可在任意方向弯曲，长度可达150m，可覆盖隧道内360°范围。

■ 线缆内的微机电传感器测量两个方向的倾斜度，通过处理器转换为每个接头的位置，通过位置变化监测隧道形状变化与地层位移。

■ 该系统可通过PC或移动端实时传输数据，使工程师和设计人员通过即时监测降低隧道施工风险。测试表明，长32m的监测精度可达到±1.5mm。

而通过卫星技术，即使“远在天边”，同样能够在千里之外对隧道建设的地层变形运筹帷幄——

干涉合成孔径雷达

(InSAR)技术

■ 法国：大巴黎快线轨交工程

大巴黎快线工程中使用了基于卫星技术的地层检测解决方案，通过在同一地区的不同时间采集到的卫星雷达图像来监测地层的位移情况。

技术特点

■ 监测方首先基于卫星图像，绘制工程隧道网络中总长200km的路线的地面运动的历史数据。

■ 利用计算机对历史和实时当前数据进行分析，可以看到地层位移的开始的时间与趋势，并得出其对工程的潜在影响。

日本对于隧道监测系统的开发也不甘落后，利用摄像机、计算机与定位系统，研发了多种不同的隧道建设监测系统——

开挖面变形监测系统

■ 日本：石川县与香川县隧道

日本石川县和香川县的两处隧道施工现场应用了日本佐藤工业开发的隧道开挖面变形实时监测系统。

技术特点

■ 系统由TOF摄像头、控制用计算机、警报LED构成。设定测量对象区域、开启监测模式后，TOF摄像头将实时获取点云数据，对测量值的变化量进行监测。

■ 一旦变化量超过指定的异常界限值将发出警报，并向预先设定的邮件地址发送邮件通知。

■ 系统可对至多3处区域进行部分监测，针对不同部分设置不同的异常界限值，可有效解决进出人员较多的问题。

隧道崩塌前兆监测系统

■ 日本：尚无实际工程应用

日本大林组于今年年初公布了用于山岭隧道施工的崩塌前兆检测系统“Rockfall-Finder”，或将大幅提升山岭隧道施工的开挖面作业的安全性。

技术特点

■ 该系统由摄影机、计算机、警示灯、警报器等构成，安置在隧道凿岩机上方。

■ 采用“背景差分法”图像识别技术，反复地把当前图像与0.1秒前的图像进行对比，能够检测到细小裂缝和细微落石等崩塌前兆。

■ 可能发生险情时，通过警示灯和警报器提醒掌子面周边作业人员避难。

地下埋设物检测系统

■ 日本：青森县津轻市风力发电工程

日本鹿岛建设开发了一款用于检测水道管等地下埋设物的新系统，可将施工前掌握的埋设物位置信息在平板电脑的地图上显示，当挖掘设备接近埋设物时，发出声光警告作业人员，防止埋设物受损事故。

技术特点

■ 系统使用定位功能，采用误差10cm左右的高精度VRS技术（虚拟参考站技术），能在重型机械的驾驶室的终端上显示操作人员与埋设物的详细位置。

■ 在输电线路埋设挖掘施工中使用该系统，有90%以上的施工区间内充分发挥了检测功能。

除了提高工程建设安全性的监测系统外，各类用于隧道与地下工程运营的智能化系统同样是层出不穷。相信随着这些监测系统的不断进化，未来的隧道建设与运营也将越来越令人放心。