城市地下空間安全監(jiān)測與預警指標研究

李守雷，梁為群，陳曉斌，謝群勇，肖亞子，孫清峰

（1.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙 410014；2.中南大學土木工程學院，湖南長沙 410075）

0 引 言

近年來，隨著我國城市化進程的加速，城市地下空間的開發(fā)力度不斷加大，其引發(fā)的安全問題也日益突出（代裕清，2022）。比如，2017年5月12日，深圳地鐵3號線南延工程發(fā)生了基坑坍塌事故，造成3人遇難；2018 年 2 月 7 日，佛山市軌道交通 2號線隧道坍塌，11 人死亡，8 人受傷；2018年8月8日，貴陽地鐵2號線一期工程發(fā)生了工地坍塌事故，導致3人死亡；2021年10月2日，杭州地鐵9號線一期工程某基坑坍塌事故，造成2人死亡。這些安全事故不僅造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失（易榮和賈開國，2020），而且對城市的正常運行和市民的正常生活產(chǎn)生嚴重影響。

目前，眾多學者已經(jīng)對城市地下空間安全監(jiān)測預警進行研究，并取得了顯著成果。數(shù)值仿真分析方面，采用Midsa GTS軟件分析地鐵深基坑的地表沉降、樁的側向位移、支撐軸力、邊樁和支撐彎矩等（卜飛，2023）；采用ABAQUS軟件分析軟土基坑支護體系，研究溫度效應對支護軸力及圍護墻水平位移的影響（陳林靖等，2023）。地下工程穿越既有建構筑物安全控制方面（胡朝陽等，2021；廖鵬等，2022），利用累計變形判據(jù)和變形速率判據(jù)評估近接施工的風險等級（李曉斌和白海軍，2022）；建立地鐵、橋梁的三維仿真模型，分析判斷地鐵施工過程中上部橋梁的最大變形量是否符合允許要求（安志剛和趙寶忠，2022）；根據(jù)變形監(jiān)測的控制值來提前判斷盾構隧道的變化，實時感知、傳輸與智能化控制、優(yōu)化控制盾構施工參數(shù)，有效控制盾構姿態(tài)，實現(xiàn)隧道盾構工程安全高效掘進（徐興芃，2022）；通過 Midas GTS NX 軟件建立三維模型，模擬地鐵工程開挖過程，分析保證隧道穿越輸水管道工程的安全穩(wěn)定性（唐遠東，2022）。地下工程安全風險分級和預警方面（王燁晟等，2023），建立貝葉斯網(wǎng)絡模型，評估風險概率并劃分風險源預警控制等級（段鑫和李致，2022）；利用極限位移準則對現(xiàn)狀分級，通過遞進優(yōu)化思路構建隧道大變形預測模型并據(jù)此進行分級（趙東等，2022）；基于沉降變形數(shù)據(jù)分解處理，對基坑危險性潛勢進行分級（代長生，2022）；綜合運用熵權理論、區(qū)間數(shù)和危險度，構建了地鐵基坑安全狀態(tài)的評價體系，實現(xiàn)了多信息的融合評價（張浩等，2023）。地下工程安全管理方面，根據(jù)安全影響因素制定風險管理措施；建立地鐵“五位一體”的安全管理體系（李旭東，2023）。地下工程數(shù)據(jù)的安全性方面，建立全生命周期安全保障體系，保障城軌企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)和個人隱私數(shù)據(jù)（吳國仁等，2023）。地下工程自動化監(jiān)測方面（楊彬林等，2021；董平等，2022），關鍵技術包含傳感技術、網(wǎng)絡通信技術和大數(shù)據(jù)處理技術（趙盈盈和涂中強，2022）；可將無線傳感器網(wǎng)絡應用于地鐵隧道安全監(jiān)測系統(tǒng)（楊琦等，2022）；通過徠卡全站儀可實現(xiàn)地鐵安全自動化監(jiān)測（韓昀等，2023）；基于SAAS架構可建立地鐵運營結構健康監(jiān)測預警系統(tǒng)（楊超等，2023）；基于Python編程語言和大數(shù)據(jù)，可建立隧道及地下工程的遠程自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)（于建，2023）。然而，以往城市地下空間安全監(jiān)測預警研究尚存在以下不足：一是監(jiān)測指標較多，缺乏系統(tǒng)性分類；二是全國各地的預警分級不同，缺乏對比分析監(jiān)測指標及其控制值的地區(qū)差異性；三是趨勢預測方法也未進行系統(tǒng)性分類。

本文綜合運用文獻調研、現(xiàn)場調查、案例分析和專家咨詢等方法，針對當前城市地下工程安全監(jiān)測與預警評估的現(xiàn)狀，分析安全監(jiān)測原則，將監(jiān)測對象和監(jiān)測指標進行分類，對比分析各地區(qū)的監(jiān)測指標及其控制值，對預測方法進行總結分類，探討目前研究存在的不足，并提出針對性改進措施，為后續(xù)地下空間安全性研究提供參考。

1 城市地下空間監(jiān)測目標與原則

1.1 監(jiān)測目標

城市地下工程安全監(jiān)測評估的目標包括：（1）對工程本體及其附屬結構的變化情況進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常并采取糾正措施，以確保工程結構的安全穩(wěn)定（江中華，2022）；（2）對周圍巖土體的變化進行監(jiān)控，保障巖土體的穩(wěn)定性和承載能力；（3）監(jiān)測周邊環(huán)境的變化狀況，以確保周邊重要建筑物的安全（張獻恒，2021）。

1.2 監(jiān)測原則

城市地下工程安全監(jiān)測基于以下五項原則。

（1）風險可控原則。在城市地下工程建設和運營過程中，應建立有效的安全監(jiān)測和預警糾偏機制，將安全問題發(fā)生的概率和后果降低到可接受的范圍內（馬梓凱，2021）。

（2）全面性原則。在實施安全監(jiān)測時，應遵循全面性原則，對所有可能影響工程安全的因素進行全面監(jiān)測。這包括地質條件、施工工藝、材料性能、結構變形以及滲漏水等方面。通過對各方面數(shù)據(jù)的綜合分析，能夠全面了解工程的安全狀況，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患。

（3）重點性原則。在全面監(jiān)測的基礎上，應對重要部位和關鍵施工環(huán)節(jié)加強監(jiān)測。例如，對隧道、基坑、地下管線等重要部位，應加強監(jiān)測力度；同時，對于可能影響工程安全的關鍵環(huán)節(jié)，如深基坑支護、盾構推進、地下管線更換等，也應重點監(jiān)測。

（4）預防性原則。城市地下工程安全監(jiān)測應堅持預防性原則，通過實時監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患，從而有效預防事故的發(fā)生。在監(jiān)測過程中，應重視對危險源的辨識、風險評估和預警預報，并采取針對性措施，確保城市地下工程的安全穩(wěn)定（馬梓凱，2021）。

（5）協(xié)同性原則。城市地下工程安全監(jiān)測需要各方的協(xié)同合作。建設單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位以及監(jiān)測單位等應密切配合，政府相關部門也應協(xié)同管理，保證安全監(jiān)測嚴格按方案執(zhí)行。

2 城市地下空間監(jiān)測指標

2.1 監(jiān)測對象分類

通過文獻調研和專家咨詢，分析全國各省市地下工程安全監(jiān)測相關規(guī)范，將監(jiān)測對象歸納為三類：工程結構本體、周圍巖土體及周邊環(huán)境（張獻恒，2021；李傳軍和吳迎雷，2022）。

（1）工程結構本體，通常包括工程結構本體及其附屬結構（江中華，2022）。例如：基坑工程中的支護樁、圍護墻、立柱、支撐、錨桿和土釘?shù)?；礦山法隧道工程中的初期支護、臨時支護和二次襯砌；盾構法隧道工程中的管片結構等。

（2）周圍巖土體，一般指工程影響范圍內周圍的自然巖土體。比如：工程周圍的巖體、土體、地下水以及地表等。

（3）周邊環(huán)境，通常指工程影響范圍內的人工建構筑物環(huán)境。例如：地下工程周邊建構筑物、地下管線、高速公路、城市道路、橋梁、既有軌道交通、其他城市基礎設施等。

2.2 監(jiān)測指標分類

目前，我國已經(jīng)建立了一套完善的地下工程安全監(jiān)測規(guī)范，確保施工和運營過程中的安全性和穩(wěn)定性（馬梓凱，2021）。全國范圍適用的規(guī)范，例如：《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）、《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）。此外，各省市也根據(jù)實際情況制定了相應的基坑、城市軌道交通工程的施工監(jiān)測技術規(guī)范，例如：北京、上海、廣東、浙江、福建、武漢、重慶、西安、大連等地。這些規(guī)范的制定和實施，為地下工程建設提供了有力保障。

根據(jù)上述規(guī)范標準，分析地下工程安全監(jiān)測指標類型，主要包含四類：變形類、應力類、振動類和宏觀狀態(tài)類（張獻恒，2021；李懷玉和程維敬，2022），其中前三類需采用專用儀器開展監(jiān)測，第四類則進行目視觀察判斷。

（1）變形類指標。變形類指標是關于工程結構本體、周圍巖土體和周邊環(huán)境的變形與位移，包括隧道結構的拱頂沉降、拱底沉降、凈空收斂和中柱豎向位移，以及地表沉降、坑底隆起等。此外，還包括周邊環(huán)境的管線位移、鄰近建筑物位移和建筑物傾斜等。

（2）應力類指標。應力類指標是指工程結構自身的內力、周圍巖土體和周邊環(huán)境的應力。例如，基坑圍護結構的內力和水平支撐軸力，以及錨桿拉力等。同時，還包括基坑周圍巖土體的土壓力和孔隙水壓力等。

（3）振動類指標。振動類指標主要用于衡量爆破施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生的振動影響，通常采用質點振動速度作為衡量標準。例如，學校、住宅、工業(yè)和商業(yè)建筑物、電站、水工隧道、交通隧道以及新澆筑的大體積混凝土的質點振動速度等。

（4）宏觀狀態(tài)類指標。宏觀狀態(tài)類指標，指通過目視觀察監(jiān)測對象的外表宏觀狀態(tài)判斷其穩(wěn)定性。例如，基坑支護結構的開裂和滲漏情況，基坑的超載和涌水突泥現(xiàn)象，建筑物的新增裂縫和既有裂縫加寬問題，以及隧道巖土體的掉塊、裂縫等。此外，還包括地表開裂和下沉等問題。

2.3 監(jiān)測指標分析

統(tǒng)計《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）監(jiān)測指標類型、數(shù)量和比例，見表1、2。

表1 《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）監(jiān)測指標統(tǒng)計表Table 1 Statistics of monitoring indicators of 《Technical standard for monitoring of building excavation engineering》（GB 50497-2019）

表2 《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）監(jiān)測指標統(tǒng)計表Table 2 Statistics of monitoring indicators of 《Code for monitoring measurement of urban rail transit engineering》（GB 50911-2013）

由表1、2可知，地下工程安全監(jiān)測以變形類指標為主，應力和其他類指標等為輔。變形類指標與地下工程穩(wěn)定情況緊密相關，可綜合反映安全狀態(tài)，布點測量簡單易行，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。因此，在地下工程安全監(jiān)測中，變形類指標監(jiān)測被視為一種主要的手段。相比之下，應力監(jiān)測雖然也能反映地下工程的安全狀態(tài)，但其測量較為麻煩，容易受到多種因素干擾，可能導致結果出現(xiàn)較大偏差。因此，應力類指標監(jiān)測僅作為一種輔助手段。

2.4 監(jiān)測頻率

在城市地下工程中，安全監(jiān)測的頻率很重要，其受到多種因素的影響，例如：監(jiān)測等級、監(jiān)測數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境和工程進度等。在特別重要的工程、監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、周邊環(huán)境發(fā)生不利變化或工程進度導致風險增大時，必須提高監(jiān)測頻率以確保工程安全。

（1）工程監(jiān)測等級

根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）的規(guī)定，監(jiān)測等級的劃分主要根據(jù)工程的風險等級確定。工程的風險等級，綜合分析基坑和隧道工程的自身風險等級、周邊環(huán)境風險等級以及地質條件的復雜程度。根據(jù)風險由大到小，監(jiān)測等級可劃分為一級、二級和三級，相應監(jiān)測頻率應由高到低。明挖及蓋挖法施工，根據(jù)開挖深度不同，監(jiān)測頻率一般取2次/d～1次/3 d。盾構法及礦山法施工，根據(jù)開挖面至監(jiān)測點或監(jiān)測斷面的距離不同，監(jiān)測頻率一般取1次/d～1次/（3～7 d）。地下水位監(jiān)測頻率宜取1次/（1～2 d）。

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，往往需要增加監(jiān)測的頻率。例如，監(jiān)測的累計數(shù)值超過預期，變化速率過快，甚至超過了預警的閾值，則應提高監(jiān)測的頻率，密切關注工程的安全狀況變化。

（3）周邊環(huán)境

當周邊環(huán)境條件發(fā)生不利變化時，也需要提高監(jiān)測頻率。例如，鄰近工程施工超載、振動加劇，或現(xiàn)場長時間連續(xù)降雨等，現(xiàn)場安全風險增大，均應提高監(jiān)測頻率；此外，對穿越既有軌道交通和重要建構筑物等情況，應加大監(jiān)測頻率，并對關鍵監(jiān)測項目實施實時監(jiān)測。

（4）工程進度

工程進展的不同階段也會影響監(jiān)測頻率高低。隨著工程施工推進，安全風險可能發(fā)生變化，監(jiān)測頻率也相應調整。例如，基坑設計深度20 m，當開挖深度0～5 m時，監(jiān)測頻率1次/3 d；當開挖深度5～10 m時，監(jiān)測頻率1次/2 d；當開挖深度10～15 m時，監(jiān)測頻率1次/d；當開挖深度15～20 m時，監(jiān)測頻率1次～2次/d。此外，現(xiàn)場加快施工進度時，也應增大監(jiān)測頻率。

3 監(jiān)測控制值

3.1 監(jiān)測控制值定義

根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013），監(jiān)測項目控制值定義：為滿足工程支護結構安全及環(huán)境保護要求，控制監(jiān)測對象的狀態(tài)變化，針對各監(jiān)測項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化量所設定的受力或變形的設計允許值的限值?！督ㄖ庸こ瘫O(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）則對監(jiān)測預警值進行定義：針對基坑及周邊環(huán)境的保護要求，對監(jiān)測項目所設定的警戒值，具體數(shù)值由設計單位確定。因此，監(jiān)測項目控制值與監(jiān)測預警值，本質上都是設計單位基于工程風險進行綜合分析得出的允許值，它們是監(jiān)測評估的重要依據(jù)。

3.2 監(jiān)測控制值分類

地下工程安全監(jiān)測控制值，可劃分為兩種類型：累計控制值、變化速率控制值。

累計控制值，是指監(jiān)測指標的累計值，用于反映某一參數(shù)變化的累計量。在基坑和隧道施工中，對于變形、應力和振動等類別的監(jiān)測評估，通常采用這種方法（代裕清，2022）。例如，在支護結構及周圍巖土體的位移控制中，一般將控制值設定在10～70 mm的范圍內；對于支護結構的應力控制，通常將其設定在60%～80%的構件承載能力設計值之間；對于支撐或錨桿的應力，通常將其設定在80%～100%的預應力設計值之間；對于位移控制，一般將其設定在0.1%～1.0%的基坑深度范圍內；對于建筑物的差異沉降控制，通常將其設定在0.1%～0.2%的相鄰基礎中心距離范圍內；對于地下管線的差異沉降控制，通常將其設定在0.15%～0.3%的管節(jié)長度范圍內；對于爆破振動的質點振動速度控制，一般將其設定在0.1～12 cm/s的范圍內。

變化速率控制值，是指對一段時間內的變化速率進行限制的值，時間周期通常取為一天。例如，對于基坑支護結構及周圍的巖土體，位移變化率的閾值被設定為2～6 mm/d；對于隧道，位移變化率的閾值是1～5 mm/d；而對于建筑物，傾斜率的變化率被限制在0.1%H/d。

在《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）、《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）中，變形類指標是主要的控制項目，通常執(zhí)行“雙控”要求，既要對累計值進行控制，也要對變化速率進行控制。相比之下，非關鍵的變形類指標、應力類指標、振動類指標，只作為輔助項目，一般執(zhí)行“單控”，僅設置累計控制值。此外，宏觀狀態(tài)類指標屬于非數(shù)值類指標，通常根據(jù)狀態(tài)特征的有無來進行判斷。例如，在一級土質基坑中，復合土釘墻的深層水平位移的累計控制值是40～60 mm，而變化速率控制值則為3～4 mm/d。對于明挖一級基坑，支護結構的軸力控制值的最大值?。?0%～70%）構件承載能力設計值，而最小值則是（80%～100%）支撐或錨桿的預應力設計值。對于交通隧道，爆破振動的質點振動速度控制值設定為10～20 cm/s。

3.3 控制值地域差異

調查發(fā)現(xiàn)，全國以及各省市均制定了與地下工程相關的安全監(jiān)測規(guī)范和標準，這些規(guī)范和標準中的監(jiān)測控制值數(shù)值存在較小差別。各地區(qū)在全國規(guī)范和標準的基礎上，結合本地區(qū)地質條件差異，只做了微小調整。總之，監(jiān)測控制值的地域差異較小，調整后的控制值更符合本地區(qū)實際情況。此外，全國性的標準規(guī)范通用性強于地區(qū)規(guī)范，一般作為設計人員的主要參考標準。

下面以基坑的地下連續(xù)墻安全監(jiān)測為例，梳理對比深層水平位移指標閾值，見表3?？芍笜说牟町惔笮∨判颍合鄬由疃菻控制值＞絕對值＞變化速率。

表3 深層水平位移指標閾值對比Table 3 Comparison of deep horizontal displacement index thresholds

4 評估預警

4.1 趨勢預測分析方法

趨勢預測分析，是指根據(jù)已有監(jiān)測的數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析方法和計算機技術，對未來的趨勢進行預測分析。它可以幫助地下工程參建各方了解未來的趨勢和變化，做出更加科學、合理的決策。目前，地下工程安全監(jiān)測的預測分析主要有六種方法：公式法、回歸分析法、時間序列分析法、 灰色預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡法和支持向量機法。

（1）公式法，是指基于大量的實測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析方法，制定預測經(jīng)驗公式。法國數(shù)學家Boussinesq（1885）提出Boussinesq解，該解在假定半無限空間條件下，可以計算單個圓形荷載引起的地表沉降。美國工程力學學家Mindlin（1936）提出了Mindlin解，該解用于計算地表上均勻荷載引起的沉降。Peck（1969）歸納總結了沉降數(shù)據(jù)，認為地表沉降曲線呈正態(tài)分布，并提出經(jīng)典的橫向沉降公式。這三種方法至今仍然是地下工程領域中計算地表沉降的重要方法。

（2）回歸分析法，是指對歷史數(shù)據(jù)的分析和建模，通過最小二乘法估計回歸方程的系數(shù)，從而確定自變量和因變量之間關系?；貧w分析還可以分析數(shù)據(jù)的結構和特征，研究數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢（代裕清，2022）。

（3）時間序列分析法是通過對歷史數(shù)據(jù)進行深入分析，預測地下工程未來的安全趨勢。由于地下工程的施工過程會隨著時間的推移而發(fā)生變化，因此這種方法能夠更準確地反映實際情況。

（4）灰色預測法，是一種在數(shù)據(jù)量較小、信息不完全的情況下使用的預測方法。該方法運用灰色系統(tǒng)理論，對地下工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預測（郝付軍和黃阿崗，2022）。盡管信息不完全，但灰色預測法仍能提供相對準確的預測結果。

（5）神經(jīng)網(wǎng)絡法，是一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行預測的方法，通過對歷史數(shù)據(jù)的學習，神經(jīng)網(wǎng)絡模型能夠掌握地下工程安全狀況的變化規(guī)律，并預測未來的安全狀況（代裕清，2022）。由于其能夠處理復雜的非線性關系，因此具有較高的預測精度。

（6）支持向量機法，適用于處理高維數(shù)據(jù)和復雜分類問題。它利用支持向量機理論，建立預測模型，對地下工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分類和預測。這種方法能夠準確地對不同的安全狀況進行分類，并給出準確的預測結果。

4.2 預警分級

預警分級標準在地下工程安全監(jiān)測中具有重要意義，但其設計理論尚不完善。由于地下工程所處地質和環(huán)境條件的差異性和復雜性，制定統(tǒng)一的預警分級標準存在較大困難。在《建筑基坑工程監(jiān)測技術標準》（GB 50497-2019）和《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB 50911-2013）中，雖然提出了預警等級的概念，但未給出明確的劃分標準。因此，預警等級的劃分應根據(jù)工程所在城市的特性和施工經(jīng)驗進行，并視工程的實際需求而定。

一般地，地下工程的安全監(jiān)測管理按照分級管理原則進行（李傳軍和吳迎雷，2022）。在制定管理方案時，主要參考三個方面的資料：（1）設計成果：包括結構設計的計算分析結果，這是制定管理方案的重要依據(jù)。（2）地下工程相關標準規(guī)范：例如，基坑工程可參考《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2015）等。（3）工程經(jīng)驗類比：通過參考以往類似工程項目，制定出更加合理的預警分級標準，從而提高地下工程的安全性。

北京市軌道交通工程的安全監(jiān)測預警，按照監(jiān)測控制值的70%、85%和100%來劃分三個預警等級，詳見表4。

表4 北京市軌道交通工程監(jiān)測預警分級表Table 4 Monitoring and early warning classification of Beijing municipal rail transit engineering

廣州市軌道交通工程的監(jiān)測預警，以監(jiān)測控制值的70%、80%、100%、150%和200%劃分為五個預警等級，詳見表5。

表5 廣州市軌道交通工程監(jiān)測預警分級表Table 5 Monitoring and early warning classification of Guangzhou rail transit engineering

5 討論

5.1 城市地下空間安全監(jiān)測的不足

（1）預警分級標準不完善。當前，全國及各地區(qū)尚未形成一套統(tǒng)一的預警分級標準，通常各項目由設計單位根據(jù)自身經(jīng)驗制定相應的分級標準。這種做法在很大程度上受限于設計人員的經(jīng)驗，可能引發(fā)分級與實際情況存在較大的差異，從而導致預警發(fā)生漏報或誤報。

（2）人工監(jiān)測效率低。在地下工程安全領域，長期通過手工操作和傳統(tǒng)監(jiān)測方法進行安全監(jiān)測，這種方法既費時又費力，還引入了大量的人工誤差。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理主要依賴人工完成，缺乏專門軟件輔助數(shù)據(jù)處理，導致處理過程復雜且低效，缺乏自動化和智能化。

（3）監(jiān)測參數(shù)單一。目前，地下工程安全監(jiān)測通常只做必測項目，大多數(shù)指標為變形、位移類指標。雖然這種方法能夠提供一些信息，但缺乏綜合考慮多個參數(shù)的能力，無法全面、準確地了解地下工程的安全狀態(tài)。此外，還可能遺漏一些重要的安全信息，對地下工程的安全評估產(chǎn)生不利影響。

（4）監(jiān)測信息缺少共享協(xié)同。目前，地下工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)主要存儲在本地，未實施遠程傳輸和云平臺應用。這種狀況限制了數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同工作，使得數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作變得困難，對地下工程的安全管理產(chǎn)生一定的制約。

（5）測量精度較低。目前，監(jiān)測設備在精度和時間空間分辨率上存在不足，導致測量系統(tǒng)整體精度、空間分辨率均較低（張偉和孫伯娜，2021）。此外，儀器自身的不穩(wěn)定性和現(xiàn)場環(huán)境的干擾，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)存在波動性。這些問題，可能會造成一些重要的細節(jié)信息被忽略。

（6）重監(jiān)測輕預測。雖然安全監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)地下工程當前存在的問題，但是其無法預測未來的問題。目前，地下工程的監(jiān)測和預測工作之間尚未形成有效的互動，導致監(jiān)測結果無法為預測提供有力的支持。

（7）缺乏數(shù)據(jù)融合和機器學習應用。城市地下工程安全監(jiān)測存在數(shù)據(jù)融合和機器學習應用的不足。目前，多源監(jiān)測數(shù)據(jù)尚未實現(xiàn)有效整合。同時，機器學習和智能分析技術在地下工程安全監(jiān)測領域的應用也較為有限。因此，無法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析和預測，制約了對地下工程安全狀態(tài)的全面了解。

5.2 城市地下空間安全監(jiān)測的改進措施

（1）建立明確合理的預警分級標準。應根據(jù)理論分析和實踐經(jīng)驗，制定一套明確的預警分級標準，以便各項目在設計階段就有一個明確的參考依據(jù)。這套標準應考慮到各種可能的風險因素，并且應盡可能客觀、定量，避免主觀臆斷。

（2）發(fā)展自動化與智能化監(jiān)測。隨著傳感器技術、通信技術和計算機技術的發(fā)展，地下工程安全監(jiān)測逐漸向自動化與智能化方向發(fā)展（趙盈盈和涂中強，2022）。自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以實時采集、傳輸和處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析和預警功能提供及時的安全狀態(tài)評估和預測，省時省力，并減少人為干擾。

（3）多參數(shù)綜合監(jiān)測。地下工程安全監(jiān)測涉及多個參數(shù)，如沉降、位移、應力、溫度、濕度等。發(fā)展趨勢是構建多參數(shù)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，將不同類型的傳感器和監(jiān)測設備進行整合，實現(xiàn)對多個參數(shù)的實時監(jiān)測和綜合分析，更全面地掌握地下工程的安全狀況。

（4）應用遠程監(jiān)測與云平臺。利用互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術，將地下工程安全監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程傳輸和存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和共享（張獻恒，2021）。云平臺應用可以提供數(shù)據(jù)的實時可視化、分析和共享，方便不同部門和利益相關方的實時監(jiān)測和決策支持（李振興等，2021）。比如，中國電建集團中南勘測設計研究院開發(fā)的“城市地下工程安全監(jiān)測信息系統(tǒng)”可實施遠程監(jiān)測、實時可視化、數(shù)據(jù)共享、警情發(fā)布等功能。

（5）開發(fā)高精度測量設備。地下工程安全監(jiān)測，需要高精度的數(shù)據(jù)和高時空分辨率的監(jiān)測能力。未來發(fā)展趨勢是引入高精度的傳感器和測量技術，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性（（趙盈盈和涂中強，2022））。

（6）監(jiān)測和預測并重。城市地下工程的安全評估需要監(jiān)測和預測并重，其中，監(jiān)測是基礎，預測則是關鍵，兩者相輔相成。通過監(jiān)測，可以獲取實時數(shù)據(jù)，了解地下工程的安全狀態(tài)；通過預測，可以對未來地下工程的安全狀況進行預測，從而提前采取措施。只有將監(jiān)測和預測結合起來，雙向反饋形成良性循環(huán)，才能保障城市地下工程安全。

（7）數(shù)據(jù)融合與機器學習。地下工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)通常是大量、多源、復雜等特點。因此，通過數(shù)據(jù)融合和機器學習技術，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與其他相關數(shù)據(jù)進行整合，可構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和分析框架，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能分析和預測。

6 結論

（1）監(jiān)測指標可劃分為四類：變形類、力學類、振動類和宏觀狀態(tài)類。通常，變形類指標為主控項目，執(zhí)行累計值和變化速率雙控要求；力學和振動類指標為輔助項目，執(zhí)行累計值單控要求；宏觀狀態(tài)類指標屬非數(shù)值類數(shù)據(jù)，需控制不產(chǎn)生特征狀態(tài)變化。

（2）預警分級標準是安全監(jiān)測評估的重要依據(jù)，全國各地因地制宜制定不同的標準。其中，北京市的三級預警和廣州市的五級預警具有較高參考價值。

（3）在地下工程安全預測中，一般可采用公式法、回歸分析法、時間序列分析法、灰色預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡法和支持向量機法進行預測分析。監(jiān)測頻率應結合監(jiān)測等級、監(jiān)測數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境和工程進度綜合確定，對于發(fā)生異常變化時，需要提高監(jiān)測頻率。

（4）當前城市地下工程安全監(jiān)測存在主要問題：預警分級標準不健全、人工監(jiān)測效率低下、監(jiān)測參數(shù)單一、監(jiān)測信息缺少共享協(xié)同、測量精度較低、重監(jiān)測輕預測、缺乏數(shù)據(jù)融合和機器學習應用。針對這些問題，可制定明確的預警分級標準，推動自動化和智能化監(jiān)測技術的發(fā)展，實現(xiàn)多參數(shù)綜合分析與預測，利用遠程監(jiān)測和云平臺提高監(jiān)測效率，提升設備精度，同時重視預測的作用，并將數(shù)據(jù)融合與機器學習技術應用到監(jiān)測工作中，可有效提升城市地下工程安全監(jiān)測的效率和準確性。

［附中文參考文獻］

安志剛，趙寶忠.2022.地鐵隧道穿越既有橋梁施工安全評估［J］.鐵道建筑技術，（6）：196-199，205.

卜飛.2023.地鐵深基坑支護安全監(jiān)測及有限元分析［J］.四川水泥，（7）：215-217，258.

陳林靖，羅一鳴，戴自航.2023.軟土地基坑中坑支護體系溫度效應的數(shù)值分析［J］.地質與勘探，59（3）：637-646.

代裕清.2022.城市軌道交通施工安全監(jiān)測與控制［J］.工程建設與設計，（11）：113-115.

代長生.2022.基于變形數(shù)據(jù)分解處理的基坑危險性潛勢分級研究［J］.地質與勘探，58（6）：1271-1280.

董平，鞠琳，劉金飛，張竣朝.2022.大型地下工程施工智能管控系統(tǒng)的研發(fā)與應用［J］.水力發(fā)電，48（2）：88-91，95.

段鑫，李致.2022.控制風險源的城市軌道交通施工安全管理研究［J］.建筑機械，（10）：17-21.

韓昀，王新安，劉欣.2023.TM50在地鐵安全保護區(qū)自動化監(jiān)測中的應用［J］.山西建筑，49（11）：141-144.

郝付軍，黃阿崗.2022.基于現(xiàn)場監(jiān)測成果的隧道洞口塌方段處理效果分析［J］.地質與勘探，58（5）：1099-1107.

胡朝陽，王樂樂，黃梅瓊，梁越，王新強，何承農(nóng).2021.穿江地鐵隧道施工及運營期河道監(jiān)測分析［J］.現(xiàn)代隧道技術，58（3）：190-195，222.

江中華.2022.大型地鐵車站主體結構運營期安全分析與安全監(jiān)測方案設計［J］.城市軌道交通研究，25（1）：63-69，74.

李傳軍，吳迎雷.2022.合肥市地鐵車站監(jiān)測方案與預警機制研究［J］.工程與建設，36（1）：215-216，233.

李懷玉，程維敬.2022.地鐵施工監(jiān)測與安全風險管理研究［J］.運輸經(jīng)理世界，（22）：59-61.

李曉斌，白海軍.2022.地鐵盾構隧道近接施工風險等級評估方法研究［J］.地質與勘探，58（5）：1108-1116.

李旭東，阮鍇燚，李智，賈寶宏，許貴陽，焦少妮.2023.太原地鐵全域安全體系建設［J］.價值工程，42（15）：47-52.

李振興，李天福，董開發(fā)，張軍，陳耀鋼，馮峰.2021.鄰近地鐵的深基坑智能化安全監(jiān)測系統(tǒng)研究及應用［J］.建筑技術，52（1）：78-80.

廖鵬，林靜，王健福.2022.圓礫地層橋樁施工鄰近地鐵隧道結構安全評估與監(jiān)測實例分析［J］.建筑技術開發(fā)，49（6）：100-102.

馬梓凱.2021.地鐵施工監(jiān)測技術與安全風險管理分析［J］.運輸經(jīng)理世界，（30）：1-3.

唐遠東.2022.安全監(jiān)測及數(shù)值分析在隧道穿越輸水管道工程的綜合應用［J］.水利技術監(jiān)督，（12）：32-35.

王燁晟，吳勇，趙良云，李偉，姜宜杰，趙煥，丁智.2023.城市地下工程盾構施工風險分級管控平臺研發(fā)與應用分析［J］.現(xiàn)代隧道技術，60（1）：76-89，106.

吳國仁，周光軍，邢軍偉，李琦，沈杰，劉學謙.2023.城市軌道交通企業(yè)數(shù)據(jù)安全保障體系研究［J］.城市軌道交通，（7）：53-57.

徐興芃.2022.福州電力隧道工程穿越地鐵1號線城門站安全監(jiān)測分析［J］.海峽科學，（10）：66-70.

楊彬林，鐘為，林開盛，劉金飛，廖鴻江.2021.地下工程智能施工信息管理系統(tǒng)研發(fā)與應用［J］.水利水電快報，42（3）：74-78，84.

楊超，丁吉峰，廖東軍，王婷.2023.地鐵運營結構健康監(jiān)測預警系統(tǒng)研究［J］.工程勘察，51（2）：60-63.

楊琦，熊志金，陳永豐，楊進.2022.基于無線傳感器網(wǎng)絡的地鐵隧道安全監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］.南方職業(yè)教育學刊，12（2）：103-109.

易榮，賈開國.2020.我國城市地下空間安全問題探討［J］.地質與勘探，56（5）：1072-1079.

于建.2023.隧道及地下工程遠程自動化監(jiān)測與預警系統(tǒng)構建研究［J］.現(xiàn)代隧道技術，60（2）：62-72.

張浩，呂培印，張曉陽.2023.多信息融合的地鐵基坑安全狀態(tài)評價方法［J］.都市快軌交通，36（3）：16-21.

張偉，孫伯娜.2021.地鐵暗挖車站鋼管柱安全監(jiān)測研究［J］.工程與建設，35（6）：1273-1275.

張獻恒.2021.基于物聯(lián)網(wǎng)的軌道交通安全監(jiān)測系統(tǒng)［J］.建筑技術開發(fā)，48（14）：148-150.

趙東，田倩，郝付軍.2022.深埋炭質板巖隧道的大變形分級研究［J］.地質與勘探，58（6）：1261-1270.

趙盈盈，涂中強.2022.地鐵域地下空間安全監(jiān)測關鍵技術探究［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，（8）：53-55，63.