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地下管廊监测方案设计

城市地下综合管廊工程安全监测的完整方案设计指南，涵盖结构变形、环境监测、管线安全及预警体系。

复核 2026-07-09入门公开可引用RailWise 技术团队

场景方案

地下管廊监测方案设计

1. 概述

1.1 适用场景

本文档适用于以下地下管廊监测场景：

城市地下综合管廊施工期监测
城市地下综合管廊运营期监测
管廊邻近施工影响监测
管廊结构安全评估监测
管廊周边环境安全监测

1.2 工程背景

城市地下综合管廊是城市基础设施的重要组成部分，集中敷设电力、通信、燃气、供热、给排水等市政管线。管廊结构安全直接关系到城市运行安全和市民生活。随着城市地下空间开发强度增加，管廊结构面临周边施工、地质变化、管线老化等多重风险，需要实施系统监测。

依据GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》及GB 50497-2019《建筑基坑工程监测技术标准》，管廊监测应覆盖结构变形、环境监测、管线安全等关键参数。

1.3 规范依据

规范编号	规范名称	适用范围
GB 50838-2015	城市综合管廊工程技术规范	管廊设计、施工、运营
GB 50497-2019	建筑基坑工程监测技术标准	基坑及管廊监测
GB 50911-2013	城市轨道交通工程监测技术标准	邻近轨道交通的管廊
JGJ 8-2016	建筑变形测量规范	变形监测
CJJ/T 202-2013	城市轨道交通结构安全保护技术规范	保护区监测
GB 50026-2020	工程测量标准	工程测量

2. 监测内容

2.1 监测对象

管廊监测的主要对象包括：

管廊结构：结构变形、裂缝、接缝张开
管廊周边：地表沉降、地下水位、土压力
管廊内部：温度、湿度、有害气体、积水
入廊管线：管线位移、管线应力、泄漏监测
邻近结构：邻近建筑、道路、轨道交通

2.2 监测项目与精度要求

监测项目	监测对象	监测精度	监测方法	频率
结构水平位移	管廊侧墙	≤0.5mm	全站仪	1次/天
结构竖向位移	管廊顶板/底板	≤0.5mm	水准仪/全站仪	1次/天
结构收敛	管廊断面	≤0.5mm	收敛计/全站仪	1次/天
裂缝宽度	管廊结构	≤0.01mm	裂缝计	1次/天
接缝张开	变形缝	≤0.1mm	测缝计	1次/天
地表沉降	管廊上方	≤1.0mm	水准仪	1次/天
地下水位	管廊周边	≤5mm	水位计	1次/天
土压力	管廊侧墙	≤1kPa	土压力计	1次/天
温度	管廊内部	≤0.1℃	温度传感器	1次/小时
湿度	管廊内部	≤1%RH	湿度传感器	1次/小时
有害气体	管廊内部	根据气体类型	气体检测仪	实时
积水深度	管廊内部	≤5mm	液位计	实时
管线位移	入廊管线	≤1.0mm	位移计	1次/天
管线应力	入廊管线	≤1%FS	应力计	1次/天

2.3 监测精度要求说明

结构变形监测：管廊结构变形是安全监测的核心，精度要求较高。水平位移和竖向位移精度应达到0.5mm，收敛监测精度应达到0.5mm。
裂缝监测：裂缝是结构损伤的重要指标，裂缝计精度应达到0.01mm，以捕捉裂缝的微小发展。
环境监测：管廊内部环境（温度、湿度、有害气体）直接影响管线安全和人员健康，应实施实时监测。

3. 测点布设

3.1 布设原则

纵向控制：沿管廊纵向每20-30m布设一个监测断面
断面控制：每个监测断面覆盖管廊结构关键部位
重点加密：在变形缝、接口、邻近施工区域加密布设
内外结合：管廊内部和外部监测相结合

3.2 典型布设方法

3.2.1 管廊结构监测断面

管廊监测断面布设示意图（横截面）：

    地表
      |
    ━━━━━ ← 地表沉降监测点
      |
    ┌─────────────┐ ← 顶板
    │   ●     ●   │ ← 顶板竖向位移测点
    │             │
    │  ●       ●  │ ← 侧墙水平位移测点
    │             │
    │   ●     ●   │ ← 底板竖向位移测点
    └─────────────┘ ← 底板
      |
    稳定地层

    ● = 结构变形监测点（棱镜/位移计）

3.2.2 管廊纵向监测布设

管廊纵向监测布设示意图：

    变形缝      标准断面      变形缝      标准断面
      |           |           |           |
      ●─────●─────●─────●─────●─────●─────●
      ↑           ↑           ↑           ↑
    加密断面    标准断面    加密断面    标准断面

    ● = 监测断面
    间距：标准断面20-30m，变形缝处加密

3.2.3 管廊内部环境监测

管廊内部环境监测布设示意图：

    ┌─────────────────────────────┐
    │  ○      ○      ○      ○   │ ← 温度/湿度传感器
    │                             │
    │  ◇                    ◇   │ ← 气体检测仪
    │                             │
    │  □                    □   │ ← 液位计（积水监测）
    │                             │
    │  ○      ○      ○      ○   │ ← 温度/湿度传感器
    └─────────────────────────────┘

    ○ = 温度/湿度传感器
    ◇ = 气体检测仪
    □ = 液位计

3.3 测点数量估算

管廊类型	长度	结构断面数	环境监测点	管线监测点	总计
支线管廊	<500m	15-25	10-20	10-20	35-65
干线管廊	500-2000m	50-100	30-60	30-60	110-220
大型干线管廊	>2000m	100-200	60-120	60-120	220-440

以上数量为参考值，实际测点数量应根据管廊结构形式、地质条件、入廊管线类型及邻近环境确定。对于邻近轨道交通、重要建筑或地质条件复杂的管廊，应适当增加测点数量。

4. 仪器选型

4.1 推荐仪器配置

4.1.1 结构变形监测

仪器类型	推荐型号	量程	精度	适用场景
全站仪	Leica TS16	—	0.5mm	结构位移监测
水准仪	Trimble DiNi	—	0.3mm	沉降监测
收敛计	振弦式	±50mm	0.1mm	断面收敛
裂缝计	振弦式	±20mm	0.01mm	裂缝监测
测缝计	振弦式	±50mm	0.1mm	接缝监测

4.1.2 环境监测

仪器类型	推荐型号	量程	精度	适用场景
温度传感器	数字式	-20~80℃	0.1℃	温度监测
湿度传感器	电容式	0-100%RH	1%RH	湿度监测
气体检测仪	多合一	根据气体	根据气体	有害气体监测
液位计	投入式	0-5m	5mm	积水监测
水位计	投入式	0-30m	5mm	地下水位

4.1.3 管线监测

仪器类型	推荐型号	量程	精度	适用场景
位移计	拉线式	±50mm	0.1mm	管线位移
应力计	振弦式	根据设计	1%FS	管线应力
泄漏检测仪	根据介质	—	—	管线泄漏

4.2 配置清单示例（干线管廊，1000m）

序号	设备名称	型号/规格	数量	单价(元)	总价(元)
1	自动化全站仪	Leica TS16 1“	2台	180,000	360,000
2	水准仪	Trimble DiNi 0.3mm	1台	25,000	25,000
3	收敛计	振弦式±50mm	20个	1,500	30,000
4	裂缝计	振弦式±20mm	15个	1,200	18,000
5	测缝计	振弦式±50mm	20个	1,500	30,000
6	温度传感器	数字式	30个	100	3,000
7	湿度传感器	电容式	30个	200	6,000
8	气体检测仪	多合一（O₂/CH₄/H₂S/CO）	10个	5,000	50,000
9	液位计	投入式0-5m	10个	2,000	20,000
10	水位计	投入式0-30m	10个	2,000	20,000
11	土压力计	振弦式	15个	1,500	22,500
12	位移计	拉线式±50mm	20个	1,500	30,000
13	数据采集仪	多通道振弦采集	4台	15,000	60,000
14	数据传输模块	4G工业级	4套	3,000	12,000
15	监测软件	RAILWISE-TSM	1套	50,000	50,000
16	安装辅材	—	1批	50,000	50,000
	合计				786,500

以上价格为参考价格，实际价格根据品牌、配置及市场情况确定。具体报价请咨询设备供应商。

5. 数据采集

5.1 采集频率

监测项目	施工期频率	运营期频率	特殊工况	备注
结构水平位移	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
结构竖向位移	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
结构收敛	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
裂缝宽度	1次/天	1次/周	1次/天	裂缝发展期加密
接缝张开	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
地表沉降	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
地下水位	1次/天	1次/周	1次/天	雨季加密
温度	1次/小时	1次/小时	1次/小时	实时监测
湿度	1次/小时	1次/小时	1次/小时	实时监测
有害气体	实时	实时	实时	连续监测
积水深度	实时	实时	实时	连续监测
管线位移	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密
管线应力	1次/天	1次/周	1次/天	邻近施工时加密

5.2 自动化方案

5.2.1 系统架构

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    RAILWISE-TSM 云平台                       │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐    │
│  │ 数据存储  │  │ 数据分析  │  │ 预警管理  │  │ 报告生成  │    │
│  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↑ 4G/5G/光纤
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  现场数据采集与传输层                        │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐    │
│  │ 全站仪   │  │ 采集仪   │  │ 工控机   │  │ 传输模块  │    │
│  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘  └──────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↑
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      传感器层                                │
│  ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐  │
│  │ 收敛计  │ │ 裂缝计  │ │ 温度传感器│ │ 气体检测仪│ │ 液位计  │  │
│  └────────┘ └────────┘ └────────┘ └────────┘ └────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

5.2.2 数据采集流程

# 管廊监测数据采集示例（Python）
import time
import numpy as np
from railwise_tsm import MonitoringStation, Sensor

# 初始化监测站
station = MonitoringStation(
    station_id="UTILITY_001",
    location="宁波市某综合管廊",
    sampling_rate=1  # 1次/小时
)

# 添加传感器
temp_sensor = Sensor(
    sensor_id="TEMP_01",
    sensor_type="temperature",
    location="管廊K0+100段",
    unit="℃"
)
station.add_sensor(temp_sensor)

humidity_sensor = Sensor(
    sensor_id="HUM_01",
    sensor_type="humidity",
    location="管廊K0+100段",
    unit="%RH"
)
station.add_sensor(humidity_sensor)

gas_sensor = Sensor(
    sensor_id="GAS_01",
    sensor_type="gas",
    location="管廊K0+100段",
    unit="ppm"
)
station.add_sensor(gas_sensor)

# 数据采集循环
def collect_data():
    while True:
        timestamp = time.time()

        # 采集温度数据
        temp_value = temp_sensor.read()
        station.store_data("TEMP_01", timestamp, temp_value)

        # 采集湿度数据
        humidity_value = humidity_sensor.read()
        station.store_data("HUM_01", timestamp, humidity_value)

        # 采集气体数据
        gas_value = gas_sensor.read()
        station.store_data("GAS_01", timestamp, gas_value)

        # 数据质量检查
        if gas_value['CH4'] > 1000:  # 甲烷超限检查
            station.trigger_alert("GAS_01", "甲烷浓度超限", gas_value['CH4'])

        if gas_value['H2S'] > 10:  # 硫化氢超限检查
            station.trigger_alert("GAS_01", "硫化氢浓度超限", gas_value['H2S'])

        # 数据上传
        station.upload_data()

        time.sleep(3600)  # 1次/小时

# 启动采集
if __name__ == "__main__":
    collect_data()

5.3 数据质量控制

5.3.1 质量控制措施

控制环节	控制措施	控制标准
传感器校准	定期校准（每年1次）	误差<1%
数据采集	实时检查数据合理性	异常值剔除
数据传输	CRC校验、重传机制	丢包率<0.1%
数据存储	双备份+云存储	数据完整性100%
数据审核	自动审核+人工复核	异常数据标记

5.3.2 数据异常处理

# 管廊监测数据异常检测示例
def detect_utility_anomaly(data, threshold=3):
    """
    使用3σ原则检测管廊监测数据异常

    Args:
        data: 监测数据序列
        threshold: 异常判定阈值（标准差倍数）

    Returns:
        anomaly_indices: 异常数据索引
    """
    mean = np.mean(data)
    std = np.std(data)

    anomaly_indices = np.where(np.abs(data - mean) > threshold * std)[0]

    return anomaly_indices

# 使用示例
convergence_data = station.get_data("CONV_01", days=30)
anomalies = detect_utility_anomaly(convergence_data)

if len(anomalies) > 0:
    print(f"检测到{len(anomalies)}个异常数据点")
    station.mark_anomaly("CONV_01", anomalies)

6. 预警体系

6.1 预警等级

管廊监测预警分为四级：

预警等级	颜色标识	触发条件	响应措施
正常	绿色	所有监测值<控制值50%	正常监测
注意	蓝色	监测值达控制值50-70%	加强监测
预警	黄色	监测值达控制值70-90%	加密监测+分析原因
危险	红色	监测值≥控制值90%	紧急处置+限制入廊

6.2 阈值设定

6.2.1 结构变形阈值

监测项目	控制值	黄色预警	红色预警
水平位移	10mm	7mm	9mm
竖向位移	15mm	10mm	13mm
断面收敛	10mm	7mm	9mm
裂缝宽度	0.3mm	0.2mm	0.25mm
接缝张开	5mm	3.5mm	4.5mm

6.2.2 环境阈值

监测项目	控制值	黄色预警	红色预警
温度	40℃	35℃	38℃
湿度	90%RH	80%RH	85%RH
氧气浓度	19.5%	20%	19.5%
甲烷浓度	1000ppm	700ppm	900ppm
硫化氢浓度	10ppm	7ppm	9ppm
一氧化碳浓度	50ppm	35ppm	45ppm
积水深度	100mm	70mm	90mm

6.2.3 管线安全阈值

监测项目	控制值	黄色预警	红色预警
管线位移	5mm	3.5mm	4.5mm
管线应力	设计值80%	设计值60%	设计值75%

以上阈值为参考值，实际阈值应根据管廊设计文件、结构计算、管线要求及专家评估确定。对于特殊地质条件或重要管线，应进行专门分析确定预警阈值。

6.3 预警流程

┌─────────────┐
│ 数据采集    │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ 数据预处理  │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ 阈值比对    │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐     否    ┌─────────────┐
│ 是否触发预警? │────────→│ 正常监测    │
└──────┬──────┘          └─────────────┘
       │ 是
       ↓
┌─────────────┐
│ 预警等级判定 │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ 预警信息推送 │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ 应急响应    │
└──────┬──────┘
       ↓
┌─────────────┐
│ 处置效果评估 │
└─────────────┘

7. 报告模板

7.1 日报内容要求

报告内容	要求
监测概况	监测日期、天气、监测设备状态
数据汇总	各监测项目当日最大值、最小值、平均值
变化趋势	与昨日数据对比，变化速率
预警情况	当日预警事件及处置措施
异常说明	数据异常及原因分析
结论建议	管廊状态评估及养护建议

7.2 周报内容要求

报告内容	要求
监测概况	本周监测工作概述
数据统计	本周各监测项目统计特征
趋势分析	本周变化趋势及与上周对比
预警汇总	本周预警事件汇总及处置结果
结构评估	基于监测数据的管廊状态评估
养护建议	下周养护工作重点及建议

7.3 月报内容要求

报告内容	要求
监测概况	本月监测工作概述
数据统计	本月各监测项目统计特征
趋势分析	本月变化趋势及历史对比
预警汇总	本月预警事件汇总及处置结果
结构评估	基于监测数据的管廊状态综合评估
养护建议	下月养护工作重点及建议
年度对比	与去年同期数据对比（如有）

7.4 年度报告内容要求

报告内容	要求
监测概况	年度监测工作概述
数据统计	年度各监测项目统计特征
趋势分析	年度变化趋势及多年对比
预警汇总	年度预警事件汇总及处置结果
结构评估	年度管廊状态综合评估
养护建议	下年度养护计划及建议
技术总结	监测技术经验总结及改进建议

8. 相关案例

9. 附录

附录A：检查清单

安装前检查

安装中检查

运行中检查

附录B：常见问题

Q1：管廊内部气体监测如何布设？

A：管廊内部气体监测布设要点：

气体检测仪应覆盖管廊所有防火分区
每个防火分区至少布设2个气体检测仪
气体检测仪应安装在管廊顶部（比空气轻的气体）和底部（比空气重的气体）
气体检测仪应定期校准（每半年1次）

Q2：管廊积水如何处理？

A：管廊积水处理措施：

检查排水系统是否正常工作
检查管廊接口密封是否完好
检查入廊管线是否有泄漏
及时排除积水，防止管线腐蚀
分析积水原因，采取针对性措施

Q3：管廊邻近施工时如何加密监测？

A：管廊邻近施工时的加密监测措施：

结构变形监测频率从1次/周加密至1次/天
地表沉降监测频率从1次/周加密至1次/天
管线监测频率从1次/周加密至1次/天
增加管廊内部环境监测频次
与施工单位建立联动机制

附录C：参考资料

GB 50838-2015 《城市综合管廊工程技术规范》
GB 50497-2019 《建筑基坑工程监测技术标准》
GB 50911-2013 《城市轨道交通工程监测技术标准》
JGJ 8-2016 《建筑变形测量规范》
CJJ/T 202-2013 《城市轨道交通结构安全保护技术规范》
GB 50026-2020 《工程测量标准》

本文档由RailWise技术团队编写，最后更新于2025-01-20。如有疑问，请联系技术支持。