铁路隧道施工监控量测技术与数据应用分析

1、引言

近年我国铁路网络规模迅速扩大并且复杂地质条件下隧道建设需求增多，所以铁路隧道施工监控量测技术的重要性就更突出了。全站仪测量、光纤传感、GNSS定位等监控量测技术比较常用，它们各有长处但也有缺点，比如全站仪测量精度虽高却很受环境影响，光纤传感灵敏度不错但成本高，而且现在有个亟待解决的问题就是怎样高效处理分析海量监测数据并提取有用信息来指导施工实践。研究发现用时间序列分析、异常值识别等方法深度挖掘监控量测数据能提高隧道施工安全性评估的准确性并为支护参数优化、施工方案调整提供科学依据，不过现有技术仍有监测精度不够、数据分析模型不完善等难题且智能化监测和大数据分析技术的应用还在探索之中。

2、铁路隧道施工监控量测技术

2.1 地表沉降监测技术

铁路隧道施工时，地表沉降是关乎周边环境安全的关键指标，由于这几年城市轨道交通发展迅速且铁路隧道常常处于复杂地质里，所以地表沉降监测就格外重要，全站仪和 GNSS 定位技术在地表沉降监测里被广泛运用，其高精度和实时性给施工安全带来保障，在地表设置好监测点后结合三维坐标测量就能精准把握地表变形的动态变化，不过传统方法在复杂地形或者恶劣天气下适用性差强，引入光纤传感技术让监测效率进一步提高且对长距离隧道施工项目尤为合适，数据表明过去五年沉降导致的隧道安全事故比例大概降低了 15% 得益于监测技术的发展和应用，以后智能化监测设备会跟大数据分析相结合从而进一步提高对地表沉降的预测能力进而给施工决策提供更科学的依据。

2.2 隧道内部变形监测技术

确保施工过程安全的关键在于对隧道内部变形进行监测，主要包括测量隧道断面收敛、拱顶下沉等参数，而在实际工程里，传统人工观测方法渐渐被激光扫描、三维建模技术取代，这些技术如今成了主流且能快速拿到隧道内部几何形态数据并借时间序列分析对变形趋势予以评估，在软弱围岩条件下，内部变形监测对支护结构设计与优化的指导极为重要，统计显示，近五年采用先进监测技术的隧道项目，内部变形造成的施工事故率降低了 20% 还多，不过监测设备安装位置、数据采集频率还得依据具体工程条件调整才不会遗漏关键信息，以后随着物联网技术发展，传感器网络会更广泛地覆盖隧道内部，变形监测达到全方位、实时化，进而提升施工安全性和效率。

2.3 围岩压力监测技术

铁路隧道施工监控中围岩压力监测是核心内容之一且支护结构的稳定性和施工安全与其直接相关，现在常用应力计、应变片和分布式光纤传感技术进行监测，这些技术能精准记录围岩与支护结构相互作用的力并给支护参数优化提供重要依据，而在高地应力区域尤其如此，因为围岩压力异常变化常意味存在安全隐患，近年围岩压力数据处理引入基于机器学习的时间序列分析方法后异常值识别准确性大大提高，研究显示合理运用围岩压力监测数据能使支护结构设计冗余度减少 10%-15% 进而节省工程成本，不过监测设备长期稳定性仍急需解决特别是高温高湿环境时传感器性能容易受影响，以后智能化监测系统会整合更多先进算法以进一步提高数据分析精度和效率从而为隧道施工提供更可靠技术支持。

3、监控量测数据的应用分析

3.1 数据采集与处理方法

保障铁路隧道工程施工安全的一个重要手段是铁路隧道施工监控量测，其核心在于高效采集数据且精准处理数据。近年随着技术进步，全站仪测量、光纤传感和 GNSS 定位等技术在铁路隧道施工里广泛使用，其中全站仪测量由于高精度且灵活，在隧道变形监测方面很适用，光纤传感技术能够实时知道围岩压力以及支护结构应力的变化，但这些技术实际应用时会面临环境干扰大、数据噪声多之类的问题，要解决这些问题，数据预处理就成为关键环节，用滤波算法把噪声去掉，靠时间序列分析找出异常值并识别出来，再结合统计学模型对数据进行标准化处理，就能提高数据质量，比如在某个大型铁路隧道项目里，光纤传感数据经过滤波处理后，成功排除了温度变化造成的误报，使监测结果可靠性显著提升。

3.2 施工过程安全评估

铁路隧道施工过程中，安全性评估把监控量测数据当作重要依据，而对隧道变形、围岩压力、支护结构应力这些关键参数进行实时监测就能全面把握施工时的动态变化情况，比如在某个铁路隧道项目里，经过对围岩位移数据做时间序列分析后发现局部区域位移速率超出预警阈值，于是赶紧调整支护方案才没发生潜在塌方事故，并且把有限元模拟和现场监测数据结合起来能更精准评估围岩稳定性和支护效果进而指导施工方案优化，不过安全评估仍然有很多挑战，像复杂地质条件下数据存在不确定性、多源数据融合比较难等问题，所以得进一步完善监测体系并提高数据分析能力以保证施工过程安全可控，引入智能化监测技术之后以后的安全评估会更精准高效从而给铁路隧道施工保驾护。

3.3 支护参数优化

在铁路隧道施工里，监控量测数据于支护参数优化方面有着另一重要的作用，因为深入分析围岩压力分布、支护结构应力变化等数据能明确现有支护方案的不足并给出针对性改进举措，比如某隧道施工时，监测数据表明初期支护锚杆应力集中现象很明显，说明锚杆布置间距太大或者长度不够，调整支护参数后围岩稳定性大大改善且施工效率也提高了。另外，把数值模拟和现场监测数据相结合，能优化喷射混凝土厚度、钢拱架间距等关键参数，不过现在支护参数优化仍有局限性，像监测数据时空分辨率不够、模型预测精度有限之类的问题，以后随着物联网技术推广、智能化监测设备普及，支护参数优化会更精细、更科学，给铁路隧道施工提供更高效解决办法。

4、结论

综合分析全站仪测量、光纤传感以及 GNSS 定位等技术能发现不同技术在精度、成本、适用场景存在差异从而给实际工程中选择技术提供科学依据，而且优化数据处理和分析方法如异常值识别、时间序列分析等为隧道施工动态调整、风险预警提供重要支撑。不过现在监控量测技术还存在监测精度不够、数据分析模型不完善的问题，在极端地质条件下数据采集和实时反馈的技术瓶颈急需突破，以后智能化监测、大数据分析和物联网技术深度融合会成为行业发展的重要方向并有助于监控量测精细化管理从而进一步提高铁路隧道施工安全性和经济性，这些技术进步会给铁路隧道工程高质量发展注入新动力并且为相关行业技术创新提供借鉴。

参考文献：

[1]牛京龙 ;. 公路隧道施工监控量测技术应用 [J]. 交通世界 ,2024(22):185-187.

[2]张伟 ; 李春刚 ; 袁斌 ; 凡飞翔 ; 刘世城 ;. 高速公路隧道施工监控量测技术应用研究 [J]. 工程建设与设计 ,2024(18):118-120.

[3]李家宇 ;. 高原铁路隧道洞口浅埋段施工技术 [J]. 工程建设与设计 ,2024(08):144-146.