移動監測技術在地下開挖工程的應用

摘 要：加強對地下工程開外引起的地表變形檢測技術的研究，具有非常重要的理論意義和現實意義。

關鍵詞：移動檢測技術；地下工程開挖；應用

中圖分類號：TN 文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）06-0353-01

在社會經濟高速發展的情況下，地面建筑的空間已經越來越少，地面交通的擁堵問題也日益嚴重，這就到這越來越多的大中城市開始將解決這些問題的目光投向了地下。地下空間作為城市的重要資源，在發達國家得到了國方面的應用，，我國城市地下空間的開發利用已經受到廣泛重視、城市地下工程的興建已經成為一種趨勢。就地下鐵路來看，我國從1965年開始修建地下鐵道，至今已有北京、天津、上海、廣州、深圳、南京等大城市建成部分地鐵，杭州、武漢等其他城市以即將或將要修建地鐵，我國的地鐵建設已經步入快速發展階段。

1 地下工程開挖對地表的危害

地下工程開挖引起的地表變形對于地面環境和周邊建筑物有著嚴重的損害。在地鐵工程施工中，地表沉降事故發生的概率很高，以深圳地鐵一號線的建設為例，在施工工期內，地面沉降事故占總事故的25%。事故發生地位于深圳市區繁華地段，對工程周圍的建筑物以及地下管線產生一定的影響。地表沉降的主要危害：

（1）沿海地區沉降使地面的雨海綿，受海水侵襲；

（2）一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失或降低了港灣設施的能力；

（3）橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通；

（4）在一些地面沉降強烈地區，伴隨地面垂直沉陷發生的較大水平位移，會對許多地面和地下構筑物造成巨大危害；

（5）在地面沉降去還有較為常見的現象，如深井管上升、井臺破壞，高擺脫空，橋墩的不均勻下沉等，這些現象雖然不至于造成大的危害，但也會給市政建設的各方面帶來一定影響。

以地鐵工程為例，進行地標移動監測的重要性體現在兩個方面：

（1）城市地鐵工程一般位于城市的繁華地段，周圍建筑物密集，各種地下管線縱橫復雜交錯，一旦沉降事故發生，將可能造成建筑物開裂、傾斜、地下管線斷裂等事故，影響市民正常生活，造成各種糾紛、進而影響工程施工的進度，增加工程的費用。

（2）沉降事故在地鐵工程的施工中屬于多發事故.同時其發生的直接表現為地下隧道拱頂的下沉或塌陷，而這種塌陷的發生又多于圍巖涌水、涌泥，支護失效，工程爆破等原因引起。這些原因的存在和發生，導致施工現場的人員傷亡、設備破壞、進而影響工程進度，增加工程費用、造成嚴重的后果。

可以看出，事故的多發性和事故后果的嚴重性，使沉降事故成為地鐵施工中的重大風險因素，對地鐵工程地表移動監測與預測的研究是十分必要的。

2 地表變形監測技術

隨著科學技術的不斷發展，地表變形的監測方法也有了更多的選擇。由于地下工程開挖引起地表變形的問題關系重大，涉及到公眾財產和人身安全，因此數據需要具有比較高的精度和較高的觀測頻率，因而對于觀測速度的要求也比較高。

在區域性變形監測方面，GPS已成為主要的技術手段。近10年發展起來的空間對地觀測遙感技術——合成孔徑雷達干涉測量，在檢測地震變形、火山地標移動、冰川飄逸、地表沉降、山體滑坡等方面，實驗結果的精度已達到cm或mm級，表現出了很強的技術優勢。

在地下工程開挖地表變形監測中采用靜態GPS方法，連續觀測4~6h，可達1mm左右的測量精度。在大壩、橋梁、滑坡的變形監測中，自動高精度全站儀也得到廣泛應用，自動全站儀可以自動尋找目標，在計算機控制下可定時對一系列變形點自動觀測，并將觀測數據傳輸給檢測中心處理。新型的機關掃描儀采用漫反射測距，測距精度為3~5mm，測量距離已達幾百米之遠，可在短時間內獲得建筑物的影響和點陣的三維坐標，因此，在拱壩、橋梁、高邊坡的變形監測中有較好的應用前景。但是精密水準測量依然是高精度高程信息獲取的主要方法。

北京地鐵一號線的地下和地表變形監測工作主要采用傳統的精密水準測量方法來完成。監測工作采用了高精度的靜力水準儀，在各個檢測點上安裝了這種造價昂貴的水準儀，測量精度可以達到0.1mm。每10min采集一次數據，直接和電腦相連接，可以實現24小時自動實時監測。面監測點的平面坐標測量則使用leica公司生產的TCA1800全站儀，測距精度可以達到1+2ppm，測量精度可以達到1秒，采用這些高精度的測量儀器可以基本保證測量的精度要求和速度要求。

2001年廣州市廣州地鐵總公司批準了“非地鐵施工時地鐵結構變形監測”的科研項目，采用TCA2003全自動化全站儀為基礎組成的自動變形監測系統，可以24小時無人值守，連續監測運行中的地鐵隧道變形，且每次監測可以在地鐵運行間隔內迅速完成。監測到的數據可以實時提供給施工方，已指導當前及下一步的施工，在工程應用中取得了良好的效果。

一個完整的自動化動態監測系統是指在無需操作人員干預的條件下，實現自動觀測、記錄、處理、存儲、報表編制、預警預報等功能。它由一系列的軟件和硬件構成，整個系統配置包括TCA自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計算機與專用軟件。

系統特點：

（1）在無人值守的情況，可以實現24小時連續自動檢測，列車運行時，系統也可以自動進行監測，克服了傳統測量方法的不足，節約了大量的人力，為地鐵安全運營應提供了保障。

（2）建立高精度的基準點，采用實時差分式測量方案，可以最大限度的減弱或者消除誤差因素，從而大幅度提高測量結果的精度。變形監測點位精度優于1mm。

（3）實時進行數據處理、數據分析、報表輸出及提供圖形等。

（4）遠程監控，實時報警。

（5）在短時間內同時測得點位的三維坐標，可根據設計方案的要求做全方位的預報。

三維激光影像掃描儀技術是20實際90年代中期出現的一項高新科技，是繼GPS空間定位系統之后的又一項測繪技術新突破。是一種嶄新的革命的測量工具。三維激光影像掃描儀小型便攜，精確高效，安全穩定，可操作性強，能在幾分鐘內對多感興趣的趨于建立詳盡準確的三維立體影像，能提供準確的定量分析，可廣泛應用于各相關領域。三維激光影像掃描技術，作為一種全新的測繪技術，具有許多新的特性及功能，將其引入到變形監測領域，探索其在該領域內的應用方法及理論。將具有及其現實的意義。盡管國內外已有將該技術應用于構筑物的變形及安全監測的先例，但與其配套的理論和方法仍然欠缺，迄今為止，尚未發現有相關的論述基于三維激光影像掃描技術的變形監測的較為系統的文獻。

3 結束語

城市地下空間的開發利用既是調節城市土地利用結構，擴充城市空間容量的重要手段，，也是建立現代化城市綜合交通體系、防災救災綜合體系的重要途徑，同時也是城市基礎設施現代化建設的主要方法。可以說，沒有城市地下空間開發利用就沒有城市的可持續發展。通常，若地面各項變形的預計結果均大于或部分大于該建筑物保護等級所允許的最大變形值，又不擬采用適當的保護措施，則建筑物將遭到較大的損害，甚至遭到破壞。因此，加強對地下工程開外引起的地表變形檢測技術的研究，具有非常重要的理論意義和現實意義。地下工程開挖地表移動監測技術的研究對于我國目前處于高速發展的大中城市的快速發展和社會的穩定與和諧具有非常重大的意義，實際應用前景非常廣闊。