张鲁钰
中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司 湖南长沙 410000
摘要：随着我国地铁建设的发展，自动监测系统重要性凸显出来。本文首先分析了地铁隧道变形监测要求，并提出了自动监测系统的构建与应用，最后围绕工程案例展开详细探讨，以期可供参考。
关键词：自动监测；地铁隧道；变形监测；要求；应用
1引言
地铁是一种特殊的地下工程，空间狭小、环境复杂，隧道在地面建筑设施和地下施工环境的影响下时常出现变形，而随着我国地铁线路开通数的增加，相应的地铁事故频繁发生，给国家和个人带来巨大的经济损失。为确保地铁周边环境及设施的安全，使地铁隧道施工能够顺利进行，加强地铁隧道监测具有重要意义，本文从自动监测的角度出发展开分析。
2地铁隧道变形监测要求
发展轨道交通是解决乘车困难，缓解道路拥挤的有效手段。为此，当前我国大力推动城市地铁建设，目前已经有超过40个城市拥有或在建城市地铁，随之而来的地铁隧道安全问题得到广泛关注。地铁隧道施工、运营期间，由于受到地面、周边建筑物负载、土体扰动以及周边施工的影响，极易产生形状、大小或空间位置的改变，如何高效、准确监测地铁隧道变形是一大热点、难点问题。
根据实践分析可得，地铁隧道变形监测具有高精度、高频率和高时效性的特点，但是地铁隧道变形监测环境复杂，天窗时间段，存在安全隐患，传统人工作业模式难以满足地铁监测的要求。采用全天候、自动化的变形监测方式是地铁隧道监测的最优方案，全站仪自动化变形监测系统可以对变形监测区域进行全天候、高精度、高频率、安全稳定的数据采集分析，生成变形曲线和变形报告，预测安全事故、消除隐患，保证地铁的安全施工和运营。
3自动监测系统构成及其在地铁隧道变形监测中的应用
3.1自动监测系统构成
近年来，在相关研究人员的共同努力下，推出了不同功能的自动监测系统，本文提出基于全站仪的自动监测系统，其主要由六部分构成，分别是基准点、监测点、通信设备、全站仪监测站、电源设备、计算机控制系统。自动监测系统组成如图1所示。
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图1自动监测系统组成
3.2自动监测系统的应用
自动化监测系统具有自动化数据采集、连续监测、变形数据分析、成果评价、远程控制、信息发布管理等优点，其在地铁隧道变形监测中的主要应用步骤如下：
第一步：建立项目，依据实际情况，设置参数。
第二步：利用后方交会法设站，使用至少4个点进行后视定向，从而获取水平角、竖直角、斜距，进而计算出仪器所处点的三维位置。
第三步：按照顺序，将监测点编号输入系统中，观测保存监测点具体三维坐标。
第四步：自动观测，同时将采集到的数据传输至监测软件，并对数据进行转换处理。
4工程案例
4.1监测任务
本次监测对象为某地铁右线盾构区间（YDK25+133～YDK25+371），长度为238m。结合本项目的特点及规范的要求，决定采用自动化监测方法进行地铁隧道变形监测。
4.2自动化监测方案
本项目采用自动化监测方案，具体如下：
（1）建立智能监测终端和测量机器人的通信，将智能监测终端的串口通信参数设置成与智能全站仪一致；
（2）对全站仪设站，为全站仪建立独立坐标系，其测站坐标和轴向可任意设置，但通常将Y轴设置为沿隧道方向，接着按照顺序对各监测点进行学习，主要获取各监测点的水平角、垂直角和斜距；
（3）为监测点分组并制定监测计划进行数据采集，得到各变形点的三维坐标、变形量及变形曲线图，根据设置软件还可以将原始观测数据及差分处理后数据通过报警模块发送至联系人。
4.2自动化监测过程
4.2.1基准选取
基准点和测站点的点位布设位置如图2所示，基准网的建立通过空间自由设站边角交会的方式取得。
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图2 基准点和测站点的点位布设示意图
4.2.2工作基点、监测点选取
（1）工作基点布设
全站仪布置在监测区段的中部，使全站仪两侧范围基本相同，从而使各监测点的误差尽量均匀。全站仪托架采用不锈钢材料制作，安置于隧道侧壁，离道床1.2m左右。其最外侧距墙壁40cm，仪器距离设备限界约60cm，距线路中心线1.7m，在空间上足以架设测量仪器，可有效避免各种设备阻挡测量视线及传输信号之间的相互干扰，方便全站仪自动寻找目标并保证测量精度，现场布设工作基点2个。
（2）监测点布设
根据规范和项目安全评估方案要求，地铁盾构区间段落，结合基坑与地铁既有结构的关系，与基坑对应位置的监测点断面间距按照5m布置（总长度约190m，小计布设39个），其余监测范围内的断面间距按10m布置（总长度约50m，小计布设8个），共计布设44个断面，在每个断面道床轨道两侧、隧道两侧拱腰位置、拱顶（根据实际情况避开高压接触网线位置）各设立1个监测点，每个断面布设5个点位，用于监测隧道结构竖向位移、平面位移、相对收敛、隧道尺寸、道床横向高差、道床竖向高差等内容，棱镜距隧道壁3cm～5cm。
盾构区间断面编号从小里程由左至右分别编号为SGC1-1，SGC1-2，…，SCG1-5，SCG44-1，SCG44-2，…，SCG44-5。在对应断面相邻的管片上加装棱镜，位置在隧道腰部平行，用于监测隧道管片张开量，共计布设44个。
4.2.3观测要点
（1）采用徕卡TM50智能型全站仪，全站仪外接数据传输模块（DTU），接受DTU的指令调度进行数据采集，通过4G/5G网络将数据实时发送到服务器。
（2）每次测量采集控制点和监测点的数据，以控制点坐标为基准对全站仪进行后方交会，计算出全站仪的三维坐标值，以此来推算各监测点的三维坐标。
（3）变形分析前应首先设置初值，全站仪在经过一段时间观测后，选择前面几期较为稳定的数值取平均后作为初值，后续测量以该初值为基准进行变形分析。
平面控制点要定期与附近的控制基标进行连测，当控制点发生位移时，在进行位移监测时应把控制点的位移累加进去，作为最终的位移值。
4.2.4监测数据处理
自动化监测数据均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测数据后，能及时进行处理，绘制各种类型的表格及曲线图，计算变形量，评估结构物的安全性，确定工程技术措施。
4.3监测结果分析
本次监测获得一个周期7d的沉降量同首期对比分析，通过监测系统后台自动处理。据分析，盾构区间结构整体稳定，本次各监测项目最大周变化量2.04mm，累计最大变化量－3.58mm，没有出现异常情况。
5 结语
综上所述，全站仪自动监测系统在地铁隧道变形监测中的应用，具有集成化、一体化、监测效率高等特征，且监测结果准确可靠，可满足实际监测要求。在工程实践中，需根据项目实际情况科学制定自动化监测方案，合理选择相关监测设备、布设监测点等，切实保证处理后的监测数据精度满足规范要求，保证地铁隧道运行安全。
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