對現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的實踐論述

李濟民

摘要：本文主要對現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的實踐進行了研究與分析，首先了針對現代測繪技術進行概述，其次對全站儀自動化監測系統進行了闡述，然后對三維激光掃描技術進行了敘述，最后對傳統檢測手段與現代監測方法進行對比分析。

關鍵詞：現代測繪技術;地鐵隧道;變形監測

1.相關概述

軌道交通建設和運營能夠促進沿線地區經濟和城市建設。地下應力隨地鐵施工及周邊城市建設的變化而變化，建筑物、建筑物及地鐵結構的變形會給地鐵的建設和運行帶來安全隱患，而地鐵施工中的防護已成為地鐵識別地鐵變形檢測的必要手段，其目的是直接或間接地為隧道結構提供三維空間信息，傳統的地下防護監測方法，如收斂系統位移監測、全弧段定位監測、準基礎隧道結構調整、功能單一、人工測量操作復雜、觀測時間有限等，正朝著高效、高密度的方向發展。伴隨著測量學的發展，建筑測量技術的不斷完善，電子儀器和信息技術，如地鐵監控系統，三維激光掃描技術。

2.全站儀自動化監測系統

整個網站自動監控系統是一個基于C/S結構的服務器、控制器、客戶端的自動測量系統。集成了電子波技術、數據庫技術、移動網絡通信技術和自動目標檢測技術。

全站儀自動化監測系統已經得到了國內外專家的驗證和應用。在1983年，漢諾威大學利用攝像機和數字圖像處理技術對目標進行精確定位。通過無線通信設備實現數據傳輸。它是現代測量機器人顯示系統的雛形。徠卡公司自1997年成立以來，一直在努力發展和完善地鐵自動檢測系統，這是香港九龍廳首次進行的地鐵自動檢測試驗。以高精度TS（TM）30為核心的地形圖自動測量系統在國內外已得到廣泛的認可和應用。

3.三維激光掃描技術

相對于傳統監測方法和自動監測技術，三維激光掃描技術在變形領域占據主導地位。在對坐標系進行掃描的過程中，主要內容包括了傾斜狀態、水平方向和距離、導程、反射強度等信息進行去噪濾波、線段等空間信息的數字化重建，使三維激光掃描技術能夠快速、主動地進行非接觸測量，具有高電阻性，數據精度高，數據直觀等優點。高效施工和高頻運行維護，用于現代地下隧道變形監測。

采用隨機采樣電阻法（RANSAC）和最小二乘法提取隧道軸線，用不變平法提取隧道軸線，實現了三維激光隧道變形監測中的隧道連續段。閉合子平面組合，變形曲線與至少兩個折疊曲線相對應，在工程實際施工中，采取了Z+F三維激光掃描儀。

以公司研制的變形監測系統為基礎，研究了三維激光掃描技術在地下隧道檢測中的應用，提取隧道中心軸和連續斷面。該程序通過將理論中心線與相應設計截面距離相結合，來計算輸入的設計軸線和監測隧道的設計半徑信息。在運用3D激光掃描儀采集數據信息的過程中，經過預處理之后會轉換為程序進行裝載。采用中心線和連續截面提取距離點，并與設計區域相比較。對系統檢測和層厚進行測量，對浸水圖像、裂縫、地質草圖等進行多源檢測和評價。對理論半徑和實頁半徑進行對比分析和重疊分析，可以直接反映隧道結構的變形和系統的數據精度，如圖2所示。

4.傳統監測手段與現代監測方法的對比分析

然而，在地下保護監測方面，傳統的監測方法與現代方法相比，存在以下不足：

（1）由于各種儀器精度和功能的限制，傳統的變形監測方法在單個任務上存在一定的局限性。在運用普通全站儀三角高程測量的過程中，其準確性相對較低，并且適用范圍相對較小，只能在位移監測中得到了應用，并不適用于沉降監測。因此，在監測的過程中，要保證沉降監測的準確度，重新觀察影響監測結果的因素。

（2）由于人工監測與地鐵運營空間沖突，導致觀測時間（地鐵運營期間）中斷，人員和儀器不能進入隧道進行測量，只能在夜間等待地鐵維修時間進行觀測，造成觀測間隔超過12小時，影響監測質量。

在觀測過程中只檢測到少量固定形變點，不能檢測到隧道點的更多空間信息，完全恢復和監測了隧道空間位置，不能確定被測隧道的位置。傳統的變形監測方法已不能滿足當前高性能地鐵施工和高密度地鐵運行維護的需要。全站儀形變自動監測系統和三維激光掃描形變監測系統具有獨特的數據采集方法和先進的信息處理系統，可實現化工產品的全天候、高效、高精度、多維自動化監測。

5.總結和展望

實測資料質量分析表明，采用全站儀自動監測系統和三維激光掃描技術的現代地下隧道監測方式，其工作效率、數據精度和安全性均有明顯提高，自動化和功能多樣化已成為傳統的監測方式。精確度評價和工作穩定性實踐表明，現代監測系統性能良好。全站自動監測系統以地形為代表，逐漸被傳統的監測方法所取代，并在地鐵保護與監測工程中得到了廣泛的應用。目前，三維激光掃描技術已成為高校、科研機構及企業地下隧道監控的重點。提高中心軸的精確度和效率，在去除連續截面的過程中仍是當前應用研究的重點。

參考文獻

[1]李慶.現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用研究[J].城鎮建設，2020，（1）：141.

[2]張文春，徐正元，張理想， 等.現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用研究[J].吉林建筑大學學報，2018，35（2）：25-29.

南京地鐵運營有限責任公司，江蘇南京?210012