我国地铁建设运营现状
壹
城市地铁交通系统是解决城市交通拥堵的重要手段。当前，我国正处于地铁项目建设的繁荣期，2013年底，我国城市地铁运营里程超过2500Km；至2018年8月底，我国城市地铁运营里程突破5200Km。
建设的繁荣期也是事故的多发期。据统计，2002—2016年14年间，地铁施工事故典型事故246 起，其中塌坍事故占43%；分析38起典型坍塌事故，深基坑（槽）施工中的土石方坍塌以及模板、支撑失稳引起的坍塌事故占89%。
2019年6月5日常州地铁2号线一期工程发生一起坍塌事故，致1人死亡，6月1日，青岛地铁4号线沙子口静沙区间施工坍塌事故5名失联人员全部遇难；2008年11月15日，杭州市地铁1号线湘湖站工段施工工地突发地面塌陷、塌方，事故造成21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元；2003年7月1日，上海地铁4号线浦东南路站至南浦大桥站在建工程发生塌陷事故，造成附近建筑倒塌、倾斜、沉降，路面开裂塌陷，煤气管道破裂泄漏，直接经济损失达1.5亿元······
然而，与地铁施工建设期的事故相比，运营期的安全隐患往往被忽略。目前，城市地铁交通系统运营期表现出的安全隐患问题主要为：隧道不均匀沉降和环向收敛变形及其次生灾害—隧道管片结构破坏及隧道渗漏水；基建项目对隧道结构安全产生的威胁。中国工程院院士周干峙指出，不均匀沉降是中国地铁的特有问题。上海已运营的地铁正面临着“不均匀沉降的世界性难题”。
2015年12月14日，北京地铁机场线区间沉降，封闭4天进行施工；2015年2月11日，武汉主干道建设大道地铁站附近发生大面积地陷，影响面积约300平方米；2012年1月23日，上海地铁4号线海伦路站处于高架与隧道交接的“引桥”部位发生不均匀沉降，利用春节期间实施封站大修；2016年4月至2017年12月，深圳地铁隧道2年内被非法基建施工打穿3次······
地铁是广大人民群众出行的重要方式，地铁结构安全是地铁运营安全的基础，关乎人民生命财产安全，不容忽视，其中地下隧道结构安全是重中之重。鉴于此，无论是建设期还是运营期的城市地铁安全，急需科学可靠的方法进行监测，刻不容缓！
地铁安全光纤
传感监测系统
贰
2011年住建部督察组提交了《关于全国在建城市轨道交通工程质量安全督查有关情况的通报》，报告清晰地显示，（当时）在建地铁项目，从设计、施工、监理到第三方监测等全部环节，皆有安全隐患。
传统地铁安全监测方式包括全站仪、水准仪、电类点式传感器以及人工巡检等方式，人为干扰因素较大。
因此，传统安全监测方法已经不能有效满足地铁安全监测的需求，同时地铁工况条件复杂，急需一种稳定性好、可靠性高、实时性强、抗电磁干扰的监测方法。
图1 光纤传感技术优势
光纤传感技术是一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界测量信号的新型传感技术，光纤既是传感体又是传输体，传感光纤也称为“感知神经”。光纤传感技术的优势如下图1所示，应用于地铁建设期可进行基坑开挖监测（图2）；应用于地铁运营期可进行隧道长距离不均匀沉降监测、隧道环向收敛变形监测、隧道管片破坏与渗漏水监测以及基建工程地铁隧道安全评估监测（图3）。
图2 地铁建设期基坑开挖光纤安全监测内容
图3 地铁运营期隧道光纤安全监测内容
叁
隧道（隧洞）
安全监测解决方案
江苏法尔胜光电科技有限公司基于国家十三五重点研发计划、国家科技支撑计划、863计划、江苏省科技支撑计划等重点科研项目积累了丰富的技术成果，并在隧道隧洞、矿山工程、桥梁缆索、水利水电等工程领域有众多成功的工程案例，并致力于为用户提供以光纤传感技术为核心的安全监测解决方案。
近年来，我司在隧道隧洞领域承担典型工程案例5项，项目金额超过3500万（表1）。
表1 近年来我司承担隧道隧洞典型工程案例
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案例1——无锡地铁1号线隧道分布式光纤结构监测
无锡地铁1号线南禅寺-谈渡桥段地质情况复杂，隧道下穿以淤泥质黏土为主的古运河河道，隧道结构稳定性相对较差。通过在地铁隧道内部敷设我司自主研发的应变感测光缆及其配套产品，监测隧道不均匀沉降变形、管片结构变形以及道床变形，并搭建地铁隧道结构安全健康监测平台系统，实现对隧道结构安全的在线监测。
图3 无锡地铁一号线现场施工图
图4 地铁隧道在线监测系统3D模型仿真图
项目实施后，为了验证系统数据准确性，我司与无锡地铁轨道集团运营分公司配合，将自动化监测数据与第三方人工巡检数据对比。结果表明：光纤传感技术的隧道在线监测系统获取的隧道竖向变形数据与人工检测获得的隧道结构沉降数据趋势一致，在线监测获取的数据人为因素影响较小，数据更加连续平滑能够更好的体现隧道结构变形的实际情况。
用户方与专家组一致认为：该技术具有显著创新性、技术可行、实用性强，为地铁隧道的安全运营提供了有力保障，建议在国内地铁隧道结构安全监测中推广使用。
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案例2——甘肃引洮供水一期工程总干渠7#隧洞安全监测
甘肃引洮供水一期工程总干渠7#隧洞地质情况复杂，为保证工程的安全运行需补充隧洞安全监测。采用分布式光纤传感器对隧道全局进行监测，结合光纤光栅传感器局部断面高精度监测，监测内容为：隧洞内壁结构应变、隧洞不均匀沉降监测、隧洞关键部位接缝病害以及隧洞内部温度等。
图5 甘肃引洮一期工程现场施工图
定制开发的光纤传感监测系统平台具有：3D仿真模型展示、监测数据显示与历史数据查询、结构预警预报、数据分析等功能。
图6 引水隧洞3D模型沙盘仿真图
项目实施后，获得用户方高度认可：监测系统自投入运行以来，软件运行状态良好，操作便利，系统运行稳定；监测数据变化情况与结构变化情况一致；监测数据为7#隧洞的日常运营维护提供了重要依据和参考。
肆
结语
结合目前国内地铁建设运营现状以及我司承担的隧道隧洞工程安全监测案例，我司建议：
1）针对地铁建设运营现状，建议从线路的规划设计、建设施工阶段就充分考虑基坑、隧道、车站等的安全性、耐久性及使用功能保障问题，注重地铁交通工程全生命周期的安全健康监测，确保地铁交通工程长期稳定安全运营。
2）针对近年来城市基础设施的快速建设的情况，临近轨道交通工程项目不断增多的趋势，建议加强基建施工过程隧道安全评估监测，为今后同类施工提供理论依据和实践经验。
来源： 企业供稿 |
