現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用研究

摘要：城市軌道交通是城市公共交通的骨干.其中，地鐵系統以其運量大、空間利用率高、安全節能等特點，成為當今城市化進程中優化城市交通的有效手段.地鐵建設和運營會帶動沿途經濟及城市建設的發展同時，會因地鐵施工及沿線城市建設所造成的土體應力狀態變化導致建筑物、構筑物及地鐵結構的變形，從而產生安全隱患.在地鐵施工運營及地鐵保護區范圍內的工程活動中，地鐵保護監測成為保護地鐵及沿線建筑結構安全、確保市民安全出行的必要手段。

關鍵詞：現代測繪技術;地鐵隧道;變形監測;應用要點

中圖分類號：TD326

文獻標識碼：A

引言

地鐵變形監測的主要工作就是利用直接或間接獲取隧道結構的三維空間信息.傳統地鐵保護監測方式，如收斂計位移監測、全站儀拱頂位移監測、水準儀隧道結構沉降監測等，因功能單一、人工測量工作繁雜、觀測時段受限等，已經不再適應當今高效率地鐵施工進度和高密度地鐵運維工作.隨著測繪科學的不斷進步、施工測量工藝的不斷改進及電子儀器技術、信息技術的不斷發展，如自動化全站儀地鐵監測系統、三維激光掃描技術及近景攝影測量技術等，已經逐步應用到地鐵保護監測工作當中。

1地鐵變形監測概述

地鐵變形監測是為了及時了解軌道交通結構現狀和確保地鐵結構安全而依法進行的軌道交通監護監測，通過各種監測工作的實施，及時獲得結構體在各種內外因素作用下的空間位移和形狀變化，為相關部門提供及時的信息，評定外界及地鐵自身因素對隧道工程結構的影響，判斷地鐵工程的結構安全，避免事故的發生。同時，通過長期監測資料的積累，分析隧道結構的變化趨勢，研究隧道結構的變形規律和變形機理，驗證有關的工程設計理論。

目前，對地鐵的變形監測在工程上主要表現在對地鐵隧道的監測，地鐵隧道監測是衡量地鐵安全的關鍵技術，監測時主要采用全站儀、測量機器人、水準儀、傾斜儀、收斂儀等傳統監測儀器，通過布設監測點，設計觀測方案，現場測量，以及各種測量數據平差，獲得點位坐標和變化信息，從而得到地鐵隧道的水平位移、垂直位移、斷面變形、收斂變形等方面的基本信息，據此衡量隧道的變形情況。地鐵變形監測分為地鐵結構監測和地鐵保護區監測。地鐵結構監測是從地鐵建成投入運營開始對地鐵隧道進行的定期檢查，監測地鐵結構在地鐵運營過程中的結構變形，其目的是為了保證地鐵結構的安全，是一種長期、持續性的監測活動，例如，南京地鐵一般每隔半年進行一次結構監測。地鐵保護區監測是顧及地鐵周邊項目施工對當前地鐵存在潛在影響而進行的一種變形監測，主要監測地鐵保護區范圍內地鐵隧道的變形，監測范圍一般為項目基坑邊線對應的地鐵線路里程及沿線路方向前后外放40m的區域。

地鐵變形監測具有如下的特點：①監測實時間短，受到地鐵運營時間的限制，地鐵監測只能在地鐵停運以后進行，一般情況下只有4～5h可以利用;②監測環境特殊，相對于一般的監測項目，隧道環境特殊，隧道監測是在狹長、黑暗的環境下進行的，這對監測手段和方法有了更高的要求;③精度要求高，地鐵周邊建筑物多，隧道埋深大，結構內應力大，整體變形量小，要求較高的監測精度;④觀測頻率高，為了保障地鐵的安全運營，需要及時獲得隧道變形，時刻做好安全防護工作。

2現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用要點

2.1高精度全站儀在地鐵監測中的應用

（1）高精度全站儀觀測的作業要求

觀測開始前，高精度全站儀晾放、預熱一段時間，與外界溫度相適應。檢查高精度全站儀回光信號的強度，回光信號在30%～80%的范圍內，方可進行作業。高精度全站儀測量過程中，停止無線通話，以免干擾。高精度全站儀測量過程中，不能有另外的反光體位于測線或測線的延長線上。晴天作業時，無觀測亭的情況下，高精度全站儀需打傘遮陽。當高精度全站儀順光照準棱鏡，而太陽與測線交角小于30°時，棱鏡需打傘遮陽。

（2）觀測站上觀測步驟

第一，精平高精度全站儀，打開高精度全站儀補償器。第二，打開機載軟件程序，正確選擇所觀測方向的編組。第三，精確照準觀測編組內的第一個方向。第四，啟動機載軟件《大地控制測量與變形監測自動測量系統》自動測量程序，利用高精度全站儀的自動目標識別與照準（ATR）功能，自動對編組內的其它方向進行水平角觀測并記錄。

（3）邊長觀測

采用不低于1+1ppm×D的全站儀進行光電測距。每次觀測時，測前、測后分別在儀器站和棱鏡站讀取溫度、氣壓。每條邊需要往返觀測（對向觀測），往返觀測各4測回，一測回讀數4次。邊長讀數至0.1mm，計算至0.1mm。溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50Pa。觀測邊長超限時，分析原因，是重測該邊長的往測或返測觀測值，還是重測該邊長所有觀測值。邊長觀測限差見表1。氣象元素的測定：測距作業前，預先打開氣象溫度計和氣壓表，待5min～10min后正式讀數;測定溫度時，氣象溫度計需懸掛在離地面1.5m左右的位置，濕球加適量的蒸餾水，并放置在通風良好的迎風處，防止日曬和其他熱輻射的影響;氣壓表穩妥地平置于儀器附近的遮陽處，避免讀數時讀數指針被擱滯。

2.2裂縫和滲漏監測

裂縫和滲漏反應了隧道的狀態，需要及時了解裂縫和滲漏的位置和變化。監測的基本流程如下：①現場踏勘，拍照并觀測隧道產生的裂縫和滲漏，記錄其分布位置、走向、長度、寬度等;②定期巡查，定期對監測范圍內的裂縫和滲漏進行巡視，及時進行量測，觀測其變化;③及時發現新裂縫，分析成因，判斷其發展趨勢;④及時發現新滲漏，測量出滲漏面積和位置，找出滲漏原因。

2.3三維激光掃描技術

相比傳統監測方式和自動化監測技術而言，三維激光掃描技術作為變形監測領域的前沿技術，利用高速激光測距技術配合精密時鐘編碼器量測隧道實體空間離散矢量距離點即點云.在掃描儀獨立坐標系下的斜距、水平方向及距離、天頂距、反射強度等信息，配合CCD傳感器解算空間實體拓撲信息，經過對點云數據的配準、抽稀、去噪及濾波等過程，最終實現對空間實體線、面、體等空間信息數字化高還原度重構.三維激光掃描技術以其觀測快速、主動式非接觸測量、抗干擾能力強、數據精度高、成果直觀等特點，適用于現代地鐵高效施工及高頻率運營維護中隧道變形監測工作。

2.4信息化監測

地鐵隧道內，除了供地鐵運行的軌道外，還有配套的線路、管道、排水、防護等設備，在監測隧道變形的同時也要求監測人員能夠獲得相關設備的實時狀態，為綜合判斷地鐵安全提供參考，監測人員僅采用傳統測量儀器無法獲得全面的信息，這就要求在監測時引入三維激光掃描技術、傾斜攝影測量技術、無損探測技術等新的技術設備，聯合組成一體化、信息化監測。

結束語

綜上所述，應用實踐的數據成果質量分析證明，以全站儀自動化監測系統和三維激光掃描技術為代表的現代化地鐵隧道監測方式，在作業效率、數據精度、自動化及功能多元化方面，比傳統的監測手段有了顯著的提高，其精度評定結果和工作穩定性實踐證明，現代化監測系統是可靠的。

參考文獻

[1]GB50911-2013城市軌道交通工程監測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[2]北京交通大學.地鐵工程監測測量管理與技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3]裴運軍.在地鐵隧道自動化變形監測中的應用[J]..湖南水利水電，2010，30（6）：693～696.

[4]徐正元，張文春.GeoMoS監測系統在地鐵沉降監測中的應用研究[J].科技創新導報，2017（9）：160～161.

作者簡介：徐東輝 男 ?漢 1986年1月 ?籍貫：河南潢川 ? 學歷：本科 現有職稱：中級 ?研究方向：工程測量和基坑監測