本小节以平安产险为例，介绍其引入利用高新技术，开展隧道工程防灾防损差异化创新服务的情况。

图14-9　安全隐患排查系统界面

图14-10　安全隐患排查数据统计(2016年8月—2017年7月)

1.基于PS-InSAR技术的城市轨道交通工程建设前期周边环境调查

利用星载雷达进行差分干涉测量(InSAR)来监测地面地表形变，是目前国际上遥感领域较前沿的研究课题。它可以监测地球表面厘米级甚至毫米级的形变，如地震形变、地面沉降、火山运动、冰川漂移以及山体滑坡等。InSAR技术可以弥补传统精密水准观测和CPS观测存在的测点分布稀疏、作业周期长、劳动强度大以及难以适时、客观地反映日益扩大的区域性地面沉降变化趋势等缺陷。

鉴于InSAR技术的优势，上海、北京等城市将其应用于城市轨道交通建设与运营过程地面沉降效应的监测及分析，但利用InSAR技术对轨道交通工程建设前期周边环境历史沉降演化情况进行分析的相关研究成果尚未见诸报道。

事实上，城市轨道交通工程等城市隧道施工诱发房屋开裂、管线断裂、道路坍塌等周边环境事故，除了与隧道工程施工过程引起的周边环境变形直接有关，还与周边环境自身前期历史变形和位移情况有较大关联。因此，全面、准确地获得城市隧道工程沿线条带缓冲区内的地表及建(构)筑物历史沉降数据及演化趋势，可为隧道工程建设有针对性地制订施工环境保护方案提供重要技术支持。如结合周边环境历史沉降演化规律分析，筛选沿线潜在的易发生塌陷、滑坡的风险点，通过合理选线可以有效规避工程地质灾害风险；通过获取沿线建(构)筑物前期沉降数据，可了解房屋建筑等后续的变位富余量，同时辅以房屋调查，可有针对性地制订房屋建筑施工保护方案。

平安产险以某城市轨道交通工程为背景，通过PS-InSAR技术获得线路沿线周边环境高精度、高分辨率、大范围历史变形信息，并对地表及建(构)筑物历史沉降演化规律进行分析，对地质补充勘察、管线及房屋调查及设计、施工方案制订提出指导建议，并通过实证分析验证了该方法的科学合理性。

1)PS-InSAR技术的基本原理

PS-InSAR技术是针对InSAR技术的改进和提高。雷达干涉测量(PS-InSAR)是“永久散射体合成孔径雷达干涉测量”的多重嵌套缩写，即Persistent Scatter Interferometric Synthetic Aperture Radar。其中PS(永久散射体)指对雷达波的后向散射较强，并且在时序上较稳定的各种地物目标，如建筑物与构筑物的顶角、桥梁、栏杆、裸露的岩石等目标。

该方法是基于大量的合成孔径雷达(SAR)数据，从中筛选出具有稳定散射特性的相干点目标，构成离散点观测网络(较之常规的变形监测网密度更高)，通过分析PS点目标相位变化获取地表形变状况。由于将永久散射体作为观测对象，降低了空间基线对相干性的影响，即使在临界基线的条件下，仍然可以通过分析PS差分干涉相位的变化反演形变信息。但该方法往往需要反映地表形变特征的先验模型，如线性形变速率模型。另外，为了提高散射体高程的估算精度，并进行大气校正，需要大量的SAR数据进行统计分析。PS-InSAR形变测量技术的处理流程如图14-11所示。

2)应用实例分析

某城市轨道交通工程具有线路长(全长33.5 km)、地质条件复杂(施工地层涉及深厚填土、软土等不良地质)、周边环境条件复杂(穿越老城区众多房屋建筑及地下管线)等特点。鉴于线路上覆深厚填土欠固结特性，以及淤泥质赫土等软土的触变性、流变性、高压缩性、低强度等特点，预计房屋前期历史沉降已较大。同时，后续地铁区间隧道施工扰动及诱发地层损失，可能会加剧房屋结构的变形并导致房屋开裂。

平安产险联合国内卫星遥感监测专业机构对开工前5年期间(2011年5月—2016年4月)线路两侧各100 m条带内的历史沉降数据，以及线路两侧各50 m条带范围内的环境地表变形数据进行提取及计算分析，对工程有针对性地开展地质补充勘察、建筑物调查、设计及施工方案优化等提出了指导性建议。

图14-11　PS-InSAR形变测量的处理算法基本流程

通过对线路沿线周边环境历史沉降及演化趋势进行分析(图14-12)，发现全线存在21处房屋建筑沉降变形异常现象，其中湘江东侧三个区间隧道多处下穿或侧穿房屋存在沉降异常现象。

图14-12　某城市轨道交通工程沿线周边环境沉降速率分布情况

图14-13　某小区7#楼特征点沉降曲线

图14-13为线路下穿某小区7号楼代表性监测点沉降曲线，图14-14为7号楼不均匀沉降变形示意图。可见近5年该楼最大累计总体沉降量达到20 mm，年平均沉降量接近4 mm，同时该楼发生了明显的不均匀沉降变形(差异沉降)。

结合卫星遥感监测分析成果，建议对存在异常沉降的房屋建筑加强房屋调查及安全性态评估工作，合理制订变形控制指标并采取事前预加固等施工保护方案，最终确保了穿越房屋建筑安全。

上述主要介绍高分辨率PS-InSAR技术在城市隧道工程建设前期沿线周边环境调查场景的应用情况。事实上，PS-InSAR技术可准确监测城市隧道工程建设至养护全过程周边环境变形，从空间上完整地刻画沿线地面沉降的变化特征，从时间上揭示建设前、施工期、运营期城市隧道工程沿线周边环境及隧道结构的安全性态，对于开展隧道工程全寿命周期风险管理具有重大指导意义。同时，平安产险拟联合外部协作单位针对该技术进行迭代升级，主要体现在以下方面：①高分辨率的光学卫星、雷达卫星协同工作；②沉降变形数据去噪高精度反演算法；③监测分析成果信息化、可视化云平台构建。

2.红外热成像感知技术(www.daowen.com)

红外热成像检测是一项通过红外热成像仪接收被测物体发出的红外辐射能量，并将其转换成红外热成像图，以发现被检测物体温度异常的预测性检测技术。与传统的温度检测相比，该方法具有安全性高(非接触式)、高效准确(快速扫描设备准确判断隐患，反应时间小于2 s)、无须中断生产(对客户生产不造成干扰)等优点。

图14-14　某小区7#楼不均匀沉降变形示意图

隧道工程土建施工阶段，盾构机等用电设备电压高、负荷大、运行时间长、线缆布置集中、散热条件较差，电气火灾隐患多；机电设备安装、调试阶段，大功率电器、高压配电柜、变电设备相继投入设用，可能因发热异常而导致电气火灾事故。通过对上述用电设备、机电设备开展红外热成像检测(图14-15)，可协助客户识别潜在的电气火灾风险因素，并提出专业的风险改善建议。

隧道工程渗漏水现象较为常见，一旦发生渗漏，不仅会加速隧道结构的老化，缩短其服役寿命，甚至会影响正常运营。因此，对隧道渗漏点及时进行妥善处理非常必要。由于区间隧道位于阴暗、潮湿的环境，采用常规人工方法定位渗漏点效率低下，对于轻微渗漏点，肉眼甚至难以识别。为此，平安产险通过与相关科研院所合作，研究建立红外热成像技术图像与隧道内表面渗漏水类型的量化关系，将红外热成像技术创新性地应用于隧道工程渗漏水病害的检测、评估、治理、维护过程(图14-16)。此外，平安产险还采用无人机搭载高分辨率红外热成像仪，协助客户针对城市隧道工程施工影响范围内的房屋建筑开展调查工作，如检测建筑物墙体开裂、空鼓及玻璃幕墙潜在缺陷等。

图14-15　采用红外热成像仪进行电气火灾隐患排查

图14-16　采用红外热成像仪进行隧道渗漏检测

3.基坑工程声呐渗流探测技术

明挖法为城市隧道工程常见施工方法，除明挖区间隧道外，盾构始发及接收工作井、矿山法隧道施工竖井、隧道中间风井等也主要采用明挖法施工。明挖法基坑施工中，围护结构渗漏、涌水为常见的风险事故。基坑工程为地下隐蔽工程，围护结构、止水帷幕施工完成之后，没有有效的方法对其存在的施工缺陷进行针对性的质量检测与渗流管控。目前对止水帷幕缺陷的检测是通过坑内降水观察坑外水位变化，仅限于定性判断，无法定量确定缺陷的空间位置及渗流量等。

采用声呐渗流探测技术，可对深基坑止水帷幕的防水效果进行检测，获得地下隐蔽工程施工质量与地下水渗漏的流速、流向、流量、渗透系数的三维可视化解析成果，从而解决无法对基坑围护结构、止水帷幕进行定量检测的问题，避免了深基坑施工过程出现的一系列渗漏隐患与重大安全事故的发生，改善地下隐蔽工程的施工环境。

1)基本原理

声呐渗流探测技术利用声波在水中的优异传播特性，实现对水流速度场的测量。该技术以伯努利能量方程和连续性方程为基础，融合了矢量声呐技术、航空定向技术、压力传导技术等多种技术，是用于探测水流质点运动速度和矢量的地下水探测新技术。依据渗流场与水声学测量原理，能够对渗流发出的声波进行直接与间接的定量测量，主要包括水下、井下和地下空间工程的渗漏点、渗漏路径、补给来源以及地下水渗透流速、流向、流量、含水层渗透系数，可提供地下水渗流定位与渗流云图。

三维流速矢量声呐测量仪是声呐渗流探测技术的专利产品，该仪器主要由探头、主机、数据采集器及电缆组成(图14-17)。

2)应用实例分析

某基坑工程开挖深度超过30 m，周边邻近建筑物较多，且穿过地下水丰富的粉砂性土地层。为有效规避围护结构渗漏、涌水风险，通过事前预埋声呐渗流检测窗口，全程数字化控制围护结构管涌渗漏风险(图14-18—图14-20)。准确检测隐蔽工程止水帷幕缺陷，制订专项方案，有针对性地查漏堵缺，快速找到止水结构落地位置，做到有的放矢。通过应用先进的声呐渗流探测技术，对基坑地下连续墙围护结构进行渗流检测，发现8幅墙体存在渗漏隐患。对渗流通道进行精准定位，实施补强加固，并对加固效果进行验证性复测，直到墙体的止水功能满足要求后，进行土方开挖。声呐渗流探测技术有效控制了渗漏水隐患，保证了基坑的顺利开挖。

图14-17　三维流速矢量声呐测量仪

图14-18　声呐测量止水帷幕渗漏量成像图

图14-19　声呐三维流场渗流等值线网图

图14-20　声呐三维渗漏流量可视化图