應用TM30進行地鐵隧道變形自動監測的研究

南京市測繪勘察研究院有限公司 鐘金寧 段 偉

南京地鐵科技咨詢有限公司 田有良

徠卡測量新技術應用專欄

應用TM30進行地鐵隧道變形自動監測的研究

南京市測繪勘察研究院有限公司 鐘金寧 段 偉

南京地鐵科技咨詢有限公司 田有良

一、引 言

隨著我國地鐵交通的快速發展，目前有近10個城市地鐵開通營運，有近20個城市啟動地鐵建設。為確保地鐵建設和營運安全，對隧道的穩定性進行監測，越來越受到社會和政府的廣泛重視，尤其是軟土環境中隧道的穩定性更加受到關注。但由于隧道空間狹小、結構環境復雜、機車行駛干擾等因素的影響，都給隧道變形自動監測造成較多的技術困難。因此監測網的關鍵技術是基準點的布設和數據處理與穩定性分析，其次是工作基點布設、監測點布設、測量儀器的選型和數據通信方式的選擇，以及如何降低高額的監測成本。

二、監測網的布設

監測網由若干基準點、工作基點和監測點組成，其中基準點是監測網的核心，布設的位置、數量應根據監測區域的大小、監測周期的長短和監測精度來設計。一般在監測區域外圍100～200 m相對穩定的地方布設6～12個基準點(分成1～2組)，并牢固地安置觀測棱鏡。當工作基點數量大于1個時，應布設基準傳遞點，如圖1所示。工作基點的布設根據監測區域大小而定，當監測成果精度優于±1 mm時，TM30 0.5″儀器監測視線長度不宜超過100 m。監測點布設在隧道斷面上，每5～10 m選擇1個斷面，每個斷面上均勻布設5～8個觀測棱鏡作為監測點。在布設基準點和監測點時要特別注意，儀器觀測有效視場內不得出現其他棱鏡(視場內有多個棱鏡時會直接影響觀測精度)，在監測網布設前應精確計算每個點的布設位置。

圖1

三、監測網的測量

監測網布設完成后，通過GeoMoS軟件對TM30進行遠程管理，根據監測需要設置觀測時間、觀測模式。夜間地鐵停運時為最佳觀測時間，一般觀測1～2次，每次觀測兩測回，白天地鐵行駛時，一般觀測2～4次，每次觀測兩測回。

監測系統對基準點、基準傳遞點及監測點在同一周期內進行測量，數據處理系統會先利用基準點及基準傳遞點測量數據對基準點穩定性作出判斷并實時更新工作基點坐標再進行監測點坐標的解算。但由于震動和風動對儀器觀測精度會產生較大影響，通常觀測數據會產生一定偏離，需要在數據處理時進行過濾，否則監測成果會明顯偏離，無法準確反映隧道的真實變形。

四、數據通信

觀測數據可通過有線或無線方式實時傳回服務器，目前可通過有線電信和無線CDMA、GPRS、3G等模式進行數據傳載。從應用效果來看，3G模式的傳載速度要明顯優于其他傳載方式。

五、數據處理

地鐵隧道變形自動監測的重要環節是數據處理，一般情況下使用GeoMoS軟件已基本能夠完成經典的平差計算、數據分析和成果輸出。但在有特殊要求的地鐵監測項目中，還應對監測數據中變形量、測量誤差、列車行駛震動和風動造成觀測數據的偏離，棱鏡儀器表面灰塵影響以及基準點不穩定對監測數據的影響作進一步處理，這就要對GeoMoS軟件做二次開發或定制專門軟件進行監測數據的處理。在地鐵監測工程中運用神經網絡分析模型進一步分析基準點的穩定性，預測工作基點的最合適值和監測點變形量，運用小波理論對監測數據進行偏差過濾等，使監測成果更加客觀準確地描述隧道結構變形過程與變形趨勢。

數據處理完成后生成平面位移成果表和平面位移趨勢圖、垂直沉降成果表、垂直沉降趨勢圖、隧道收斂成果表和隧道斷面變形成果表等。

六、實例應用

對南京中央商務區多功能商業發展項目工程段地鐵保護區監測進行實際應用，該項目位于南京市建鄴區河西大街與江東中路交匯處東南隅，北側為河西大街，項目基坑位于地鐵一號線元通站、元通站～中勝站區間南側，位于地鐵二號線雨潤大街站～元通站、元通站東側。監測范圍為地鐵一號線XK2+229～XK2+459，約230 m，地鐵二號線K4+ 164.0～K4+505.8，約341.8 m。將本文提出的監測方法用于該項目中去，共布設3臺TM30 0.5″全站儀進行全自動化監測，一號線一臺，二號線兩臺，部分點位監測精度見表1，從成果可以得出監測成果精度在±1 mm以內。

表1 部分點位精度表 mm

七、結束語

地鐵隧道變形自動化監測是一項復雜的系統工程，它不僅要融合現代測繪技術、通信技術、計算機技術和傳感器技術，而且要運用現代數學理論和巖土工程理論對監測數據進行系統分析與變因研究。經過初步試驗，使用TM30 0.5″儀器和科學的數據處理系統，監測成果精度優于±1 mm是完全能達到的。