盾构施工过程远程移动监测应用分析

引言

随着城市地下空间开发规模扩大，盾构施工面临复杂地质与环境风险。传统监测手段存在实时性差、数据分析不足等问题，难以满足现代工程需求。某市地铁 3 号线 S1-S2 区间下穿老旧建筑群与复合地层，施工风险极高。项目引入远程移动监测技术，构建涵盖数据采集、传输、分析的智能化管理体系，旨在解决施工安全与效率难题，探索盾构施工智能化升级路径。

1.项目概况

X 市地铁 3 号线一期工程全长 23.6km ，包含 15 个地下站点及 14 个盾构区间。其中，穿越老城区的 S1-S2 区间全长 2.1km ，需近距离下穿 3 座百年历史建筑、8 栋居民楼及多条市政主干道，沿线地质条件复杂，涵盖富水砂层、粉质黏土及中风化岩层的复合地层。传统监测手段难以满足该区间对施工安全、环境控制及施工效率的严苛要求，因此项目团队决定引入盾构施工远程移动监测技术，构建智能化施工管理体系。

2.移动监测系统搭建方案

2.1 数据采集层

所选中铁装备盾构机具有数据采集功能。刀盘处可采集扭矩参数，量程为 0-5000kN⋅m ，精度为 ±0.5% ，同时具有转速采集功能，用于对切削负载实时监测。推进系统具有压力采集功能，量程为 0–35MPa ，动态采集千斤顶压力分布。盾构机可监测主轴承振动加速度参数以及温度参数，监测轴承的运行情况。全站仪型号为 Trimble S9，搭配高精度惯性导航系统（INS），可实时监测盾构机三维姿态，精度可达毫米级，数据采集频率为 5min/次。沿着隧道每隔 5m 设置光纤光栅土压力计和孔隙水压力计；地面每隔 3m 设置一个沉降监测点，采用精度 ±5mm 的自动化全站仪检测，下穿建筑安装静力水准仪、裂缝计，全天不间断进行监测。

2.2 数据传输网络

地下传输网络布设中，隧道内铺设工业级以太网光缆，配备 Mesh 自组网基站，保证盾构机数据传输的稳定性。对于隧道内的信号盲区，采用中继器扩大信号覆盖范围。地面传输网络布设中，借助 5G 专网将采集的数据实时上传至服务器，并采用 VPN 加密通道确保数据传输的安全性。

2.3 数据传输与终端

数据推送根据用户设定偏好、行为模式或预设规则，自动将特定类型点位数据通过远程 API 接口推送等渠道实时发送给用户终端（包括盾构机驾驶舱、控制中心等）。实时信息传递可让用户获取高效率、高精度信息，一旦检测到异常数据化自动发出预警信息，强化用户体验、提升满意度。所采集的数据还会实时传递给控制中心，由技术人员监测施工数据，根据实时数据与盾构机操作司机及时沟通，优化施工参数和方法，保证施工顺利进行。

3.关键技术应用实践

3.1 盾构机姿态智能调控

在盾构机穿越老旧建筑物时，监测系统检测到盾构机在长达 30min 时间内产生 0.3^∘ °的向右偏移趋势。系统立即发出警报信息，通过遗传算法自动生成并推送纠偏方案。方案提出：降低右侧 3MPa 的千斤顶压力，提升左侧 2MPa 千斤顶压力，将刀盘转速从之前的 1.2rpm 提升至 1.5rpm_⨀ 。技术团队通过 2h 的姿态调节，将盾构机轴线偏差控制在 8mm 以内，以免对老旧建筑物造成不利影响。

3.2 地层风险实时预警

K1+350-K1+400 段为富水砂层，是施工重点，系统监测数据如表 1 所

示。

表 1K1+350-K1+400 段监测数据

系统采集监测数据后立即发出橙色预警，技术团队根据准备阶段提出的应急预案展开操作，包括同步注浆量增加 20% 、降低推进速度至 20mm/ min 等措施，最终将地表沉降量控制在 15mm 以内，避免了发生地面塌陷等事故。

3.3 设备故障预测维护

主轴承振动监测数据表明，在 12 月 5 日至 12 月 8 日期间，主轴承频幅在 200Hz 处存在异常峰值数据，且温度持续提升 1.5^c 。系统中搭建了故障树分析模型，结合采集数据信息判定为轴承滚道局部磨损，自动生成并派发维护工单。包括停机检查润滑系统、更换磨损轴承。经施工现场验证，本次的预测精度达到 100% ，有效避免了因轴承受损造成的72h的停机损失。

4.应用效果

本项目施工效果如表 2 所示。

表 2 远程移动监测系统的应用效果

通过项目施工统计结果表明，S1-S2 区间施工总计缩短 22d 施工天数，直接节约成本约为 480 万元。在整个施工期间，并未发生任何安全事故、环境损坏事件，实现了施工“零投诉”。监测数据规模达到 200GB ，可为后续类似工程作业提供参考。

结束语

综上所述，某市地铁 3 号线案例表明，远程移动监测技术通过多源数据融合与智能分析，显著提升盾构施工管理水平。该技术在施工效率、风险控制与成本节约方面成效显著，但仍需持续优化模型精度与人机协同机制。未来，随着物联网、数字孪生技术发展，该技术将向全生命周期智能化管理方向演进，为城市地下工程建设提供更可靠的技术支撑。

参考文献

[1]张二强,张利强,余海波,等.地铁隧道盾构远程监控功能及风险管控应用[J].建筑机械化,2024,45(4):25-30.

[2]李伟.远程监控在杭州地铁建设安全管理中的应用[J].中国安全生产科学技术,2023(S1):193-198.

[3]何勃,宋少勇,夏海宾,等.盾构机在线监测技术综述[J].中国设备工程,2023(7):169-171.

作者简介：陶杰（1981.10-），男，汉族，江苏省常熟市人，总经理，高级工程师，研究方向是大数据、人工智能、智能制造等。

赵阳（1991.3-），男，汉族，江苏省连云港人，研究方向是大数据、人工智能等。