现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用研究

摘要：城市轨道交通是城市公共交通的骨干.其中，地铁系统以其运量大、空间利用率高、安全节能等特点，成为当今城市化进程中优化城市交通的有效手段.地铁建设和运营会带动沿途经济及城市建设的发展同时，会因地铁施工及沿线城市建设所造成的土体应力状态变化导致建筑物、构筑物及地铁结构的变形，从而产生安全隐患.在地铁施工运营及地铁保护区范围内的工程活动中，地铁保护监测成为保护地铁及沿线建筑结构安全、确保市民安全出行的必要手段。

关键词：现代测绘技术;地铁隧道;变形监测;应用要点

中图分类号：TD326

文献标识码：A

引言

地铁变形监测的主要工作就是利用直接或间接获取隧道结构的三维空间信息.传统地铁保护监测方式，如收敛计位移监测、全站仪拱顶位移监测、水准仪隧道结构沉降监测等，因功能单一、人工测量工作繁杂、观测时段受限等，已经不再适应当今高效率地铁施工进度和高密度地铁运维工作.随着测绘科学的不断进步、施工测量工艺的不断改进及电子仪器技术、信息技术的不断发展，如自动化全站仪地铁监测系统、三维激光扫描技术及近景摄影测量技术等，已经逐步应用到地铁保护监测工作当中。

1地铁变形监测概述

地铁变形监测是为了及时了解轨道交通结构现状和确保地铁结构安全而依法进行的轨道交通监护监测，通过各种监测工作的实施，及时获得结构体在各种内外因素作用下的空间位移和形状变化，为相关部门提供及时的信息，评定外界及地铁自身因素对隧道工程结构的影响，判断地铁工程的结构安全，避免事故的发生。同时，通过长期监测资料的积累，分析隧道结构的变化趋势，研究隧道结构的变形规律和变形机理，验证有关的工程设计理论。

目前，对地铁的变形监测在工程上主要表现在对地铁隧道的监测，地铁隧道监测是衡量地铁安全的关键技术，监测时主要采用全站仪、测量机器人、水准仪、倾斜仪、收敛仪等传统监测仪器，通过布设监测点，设计观测方案，现场测量，以及各种测量数据平差，获得点位坐标和变化信息，从而得到地铁隧道的水平位移、垂直位移、断面变形、收敛变形等方面的基本信息，据此衡量隧道的变形情况。地铁变形监测分为地铁结构监测和地铁保护区监测。地铁结构监测是从地铁建成投入运营开始对地铁隧道进行的定期检查，监测地铁结构在地铁运营过程中的结构变形，其目的是为了保证地铁结构的安全，是一种长期、持续性的监测活动，例如，南京地铁一般每隔半年进行一次结构监测。地铁保护区监测是顾及地铁周边项目施工对当前地铁存在潜在影响而进行的一种变形监测，主要监测地铁保护区范围内地铁隧道的变形，监测范围一般为项目基坑边线对应的地铁线路里程及沿线路方向前后外放40m的区域。

地铁变形监测具有如下的特点：①监测实时间短，受到地铁运营时间的限制，地铁监测只能在地铁停运以后进行，一般情况下只有4～5h可以利用;②监测环境特殊，相对于一般的监测项目，隧道环境特殊，隧道监测是在狭长、黑暗的环境下进行的，这对监测手段和方法有了更高的要求;③精度要求高，地铁周边建筑物多，隧道埋深大，结构内应力大，整体变形量小，要求较高的监测精度;④观测频率高，为了保障地铁的安全运营，需要及时获得隧道变形，时刻做好安全防护工作。

2现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用要点

2.1高精度全站仪在地铁监测中的应用

（1）高精度全站仪观测的作业要求

观测开始前，高精度全站仪晾放、预热一段时间，与外界温度相适应。检查高精度全站仪回光信号的强度，回光信号在30%～80%的范围内，方可进行作业。高精度全站仪测量过程中，停止无线通话，以免干扰。高精度全站仪测量过程中，不能有另外的反光体位于测线或测线的延长线上。晴天作业时，无观测亭的情况下，高精度全站仪需打伞遮阳。当高精度全站仪顺光照准棱镜，而太阳与测线交角小于30°时，棱镜需打伞遮阳。

（2）观测站上观测步骤

第一，精平高精度全站仪，打开高精度全站仪补偿器。第二，打开机载软件程序，正确选择所观测方向的编组。第三，精确照准观测编组内的第一个方向。第四，启动机载软件《大地控制测量与变形监测自动测量系统》自动测量程序，利用高精度全站仪的自动目标识别与照准（ATR）功能，自动对编组内的其它方向进行水平角观测并记录。

（3）边长观测

采用不低于1+1ppm×D的全站仪进行光电测距。每次观测时，测前、测后分别在仪器站和棱镜站读取温度、气压。每条边需要往返观测（对向观测），往返观测各4测回，一测回读数4次。边长读数至0.1mm，计算至0.1mm。温度读至0.2℃，气压读至50Pa。观测边长超限时，分析原因，是重测该边长的往测或返测观测值，还是重测该边长所有观测值。边长观测限差见表1。气象元素的测定：测距作业前，预先打开气象温度计和气压表，待5min～10min后正式读数;测定温度时，气象温度计需悬挂在离地面1.5m左右的位置，湿球加适量的蒸馏水，并放置在通风良好的迎风处，防止日晒和其他热辐射的影响;气压表稳妥地平置于仪器附近的遮阳处，避免读数时读数指针被搁滞。

2.2裂缝和渗漏监测

裂缝和渗漏反应了隧道的状态，需要及时了解裂缝和渗漏的位置和变化。监测的基本流程如下：①现场踏勘，拍照并观测隧道产生的裂缝和渗漏，记录其分布位置、走向、长度、宽度等;②定期巡查，定期对监测范围内的裂缝和渗漏进行巡视，及时进行量测，观测其变化;③及时发现新裂缝，分析成因，判断其发展趋势;④及时发现新渗漏，测量出渗漏面积和位置，找出渗漏原因。

2.3三维激光扫描技术

相比传统监测方式和自动化监测技术而言，三维激光扫描技术作为变形监测领域的前沿技术，利用高速激光测距技术配合精密时钟编码器量测隧道实体空间离散矢量距离点即点云.在扫描仪独立坐标系下的斜距、水平方向及距离、天顶距、反射强度等信息，配合CCD传感器解算空间实体拓扑信息，经过对点云数据的配准、抽稀、去噪及滤波等过程，最终实现对空间实体线、面、体等空间信息数字化高还原度重构.三维激光扫描技术以其观测快速、主动式非接触测量、抗干扰能力强、数据精度高、成果直观等特点，适用于现代地铁高效施工及高频率运营维护中隧道变形监测工作。

2.4信息化监测

地铁隧道内，除了供地铁运行的轨道外，还有配套的线路、管道、排水、防护等设备，在监测隧道变形的同时也要求监测人员能够获得相关设备的实时状态，为综合判断地铁安全提供参考，监测人员仅采用传统测量仪器无法获得全面的信息，这就要求在监测时引入三维激光扫描技术、倾斜摄影测量技术、无损探测技术等新的技术设备，联合组成一体化、信息化监测。

结束语

综上所述，应用实践的数据成果质量分析证明，以全站仪自动化监测系统和三维激光扫描技术为代表的现代化地铁隧道监测方式，在作业效率、数据精度、自动化及功能多元化方面，比传统的监测手段有了显著的提高，其精度评定结果和工作稳定性实践证明，现代化监测系统是可靠的。

参考文献

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[2]北京交通大学.地铁工程监测测量管理与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]裴运军.在地铁隧道自动化变形监测中的应用[J]..湖南水利水電，2010，30（6）：693～696.

[4]徐正元，张文春.GeoMoS监测系统在地铁沉降监测中的应用研究[J].科技创新导报，2017（9）：160～161.

作者简介：徐东辉 男  汉 1986年1月  籍贯：河南潢川   学历：本科 现有职称：中级  研究方向：工程测量和基坑监测