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工程监测:城市轨道交通安全的“体检医生”
发表时间:2017-08-25 16:40来源:科技日报 字体:[][][] [打印] [关闭]

 

已建成的盾构区间

    当林雪每天乘坐着14号线地铁,穿梭在北京上下班的路途中时,她并不知道在隧道内外有无数个传感器、监测仪器在默默护卫着地铁的运营。

    其实,当14号线开始建设时,就有一张安全的“保护伞”覆盖在地铁施工的每个环节。这个名为《城市轨道交通工程监测技术规范》(以下简称《规范》)的“大网”保护的不仅仅是北京,全国30多个城市的轨道交通建设、运营都离不开它的“护卫”,正是因为这项《规范》的实施,大幅度减少了我国轨道交通的安全事故。

    如同人需要定期体检,以便及早发现和消除疾病一样,城市轨道交通工程建设也开展“体检”工作,这就是工程监测工作。工程监测就是一位“健康医生”,为城市轨道交通工程建设全程把脉,在工程建设过程中及时发现威胁工程健康的安全问题,以便技术人员及早发现,及早整治,确保安全。因此,研究和制定新时期符合我国轨道交通建设特点和需求的监测技术标准意义重大。

    2010年,在住建部的支持下,北京城建勘测设计研究院承担了该项课题。经过2年的努力,项目组集合了国内13个单位及专家的意见,最终形成了近16万字的国家标准《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013),该《规范》全面覆盖了城市轨道交通工程监测工作开展的全过程,是该行业不可多得的一本综合性最强、分量最重的技术标准。该《规范》在工程监测基本原则、监测控制指标、工程影响分区、工程监测等级、综合监测技术手段、监测新技术引用等方面取得了重大创新成果,填补了我国城市轨道交通工程监测技术国家标准的空白,总体技术水平达到了同类技术的国内领先水平。在2016年北京市科学技术奖评选中,该项目荣获三等奖。

    2014年5月1日,国家标准《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013)正式实施。

    填补了我国城市轨道监测技术标准的空白

    经统计,在城市轨道交通所有风险事故中,70%以上的事故原因是由施工技术处置不当和管理滞后引起。

    “如果能够加强管理、实时监控、及时处置,这些事故是可以避免的。”北京城建勘测设计研究院总工程师张建全告诉科技日报记者。

    据悉,国内外城市轨道交通建设都曾经历过基坑坍塌、隧道坍塌、道路塌陷等事故,如国外新加坡Nicoll大道地铁基坑倒塌事故,而国内北京、上海、广州等各地轨道交通建设城市在先期的建设过程中,也曾经出现过多起坍塌事故。

    “我国城市轨道交通工程设计、施工、第三方监测、管理以及工程建设主管部门对监测工作的监督检查,缺少针对性的技术依据,我们亟须统一监测技术标准,切实发挥工程监测的安全保障作用。”张建全说。

    总结国内主要城市的轨道交通工程监测技术,形成覆盖全国的工程监测国家标准,规范各地工程监测工作,保证工程建设的安全顺利开展,成为迫切需要进行的工作。

    建立基于风险的监测设计体系

    在标准的制定过程中,项目组首先遇到的难题是针对基坑、隧道工程如何实施监测,比如如何确定监测多大范围,监测哪些项目,测定哪些部位,要间隔多长时间测定一次,如何巡视,巡查哪些部位,评价标准是什么,需要开出有针对性的“处方”,给出科学的指导标准。

    我们体检时,会有重点的对一些明显疾病进行筛查,如是否有携带乙肝病毒。工程监测与此类似,建立在对风险管控认识基础上,先识别出工程风险源清单,再按“分区域、分等级、分工法、分对象”的监测工作基本原则开展工作。如基坑工程,按与基坑的距离区分主要、次要及一般影响部位,根据基坑深度划分基坑等级,根据环境对象类型、重要性、与工程的近接关系、发生变形和破坏后果的严重程度划分环境对象等级,对地质条件区分为简单、中等、复杂几类,综合考虑基坑、环境及地质条件三者,以最不利风险因素考虑,确定出工程监测等级,找到监测工作重点。

    如同人体体质差异一样,轨道交通结构多样,我国地域广阔,建设城市的地质条件复杂,包括冲洪积地区、软土地区、岩溶地区、湿陷性黄土地区、基岩复杂地区等,区域差异大。而且不同的设计结构、不同的环境对象要求不同,甚至有些人为的管理因素在里面。

    为了制定科学严密的控制指标,工程技术人员对 14个城市、25条线路、158个工点的工程设计施工资料和监测成果等进行科学统计和综合分析,从理论计算与实际结果两个方面开展分析研究。

    通过对监测数据的数理统计分析与规律分析,以涵盖80%—90%的监测点数值为依据,给出了不同工法、不同地质条件、不同监测项目的累计控制值和相对控制值、速率变化控制值。并结合目前实际的风险管理经验提出了不同地质条件下各种工法的监测项目控制值及预警标准,使对工程监测的指导性进一步加强,对安全风险管控更科学、更合理、更经济。

    给工程结构及环境安全做“心电图”检查

    通过技术标准引导,应用先进的物联网手段,构建仪器监测、现场巡查、视频监测和远程自动化组成的全方位、立体化、自动化和可追溯的综合监测技术体系,使工程监测技术更先进、实用和可靠,成为迫切需求。

    工程监测自动化测点类似于体检时的“心电图”检查。通过埋设不同类型的传感器,对地铁施工结构、周边岩土体、环境对象的稳定性、安全性进行监测,掌握支护结构变形、受力,地下管线的变形状况等情况,发现问题及时预警并处理,避免工程结构坍塌、地表塌陷等一系列风险事故,保障工程安全。

    为了评价监测数据,实现信息的互联互通,工程技术人员开发了监测信息管理系统软件平台,通过与自动采集硬件系统连接,实现对传感器的控制,接入互联网,与监测信息管理系统软件平台联通,通过手机客户端,可在任何时候获取监测信息,实现与管理人员的互联信息交互。

    全面提升了我国城市轨道交通工程建设的质量安全水平

    “项目成果保证了工程自身和周边环境的安全,全面提升了我国城市轨道交通工程建设的质量安全水平。”张建全说。

    据了解,北京城建勘测设计研究院等单位制定的《规范》国家标准发布后,在北京市全面实施应用的基础上,迅速辐射到全国其他城市的轨道交通工程建设中。目前,该标准在国内轨道交通工程建设城市的全部新建线路范围内顺利推行、应用,该《规范》的各项条款得到了全面执行,为规范我国城市轨道交通工程监测工作,保障工程建设的安全顺利开展发挥了巨大的作用。在轨道交通建设全面开展工程风险管理并推进实施《规范》后,与监测工作相关的工程风险事故数量明显减少,据住建部最近几年对城市轨道交通开展的工程质量安全督察结果,工程监测较以往更为规范,质量明显提高。

    据统计,在2008至2013年之间,轨道交通工程百公里事故率约7起,在2014年标准发布实施后降至百公里事故率不到4起,事故率较以往下降约40%以上,且未出现重大、特别重大事故的发生,项目成果的应用,使轨道交通工程自身和周边环境的安全保障能力得到提升,全面提升了我国城市轨道交通工程建设的质量和安全技术管理水平。(记者 申明)

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责任编辑: 张爽、张泽月