地鐵隧道自動化監測精度分析

周祥旭

沈陽建筑大學 遼寧城市建設職業技術學院

地鐵隧道自動化監測精度分析

周祥旭

沈陽建筑大學 遼寧城市建設職業技術學院

地鐵保護區具有其自身的特殊性，因此，一般情況下通過人工測量的方式對精度、監測頻率等進行測量的時候往往不能滿足地鐵隧道的實際需求。精確度較高的機器人可以二十四小時進行自動化的監測，也不容易受到地鐵運營的影響，所以，其得到了地鐵隧道保護區監測工作的廣泛認可和應用。本文當中以某地區的地鐵隧道保護區監測為實例進行分析，對由LeicaTM30全站儀構成的自動化監測系統進行了說明，深入探討了這一系統的精確度和可靠性。

特殊性；人工測量；監測頻率；精確度；自動化

一、自動化監測系統

為了有效的對臨近基抗對地鐵隧道的影響進行實時的監控，工程使用的是LeicaTM30測量機器人來完成自動化的監測，結合L型的小棱鏡測量隧道的水平位移和收斂變形、沉降。通過與Leica配套的GeoMoS軟件對數據進行處理，其中，包含了兩個模塊，分別為Monitor監測器和Analyzer。

在192m的監測范圍當中，上、下行線各自的布設監測斷面數量為二十五個，和儀器的最遠距離達到了一百一十二米。每一個斷面分別在兩腰和道床上布設了三個監測點，具體如圖一所示。

圖一 監測點布點示意圖

因為隧道自身并不是直線敷設的，所以，就選擇將全站儀安放于測區的中間位置上，將控制點布設在與測區距離較遠范圍中的管壁上面，通過后方交會計算得出儀器坐標和方位。結合儀器的坐標和穩定的后視點，通過極坐標法對各個監測點的三維坐標進行測量計算出其水平位移、收斂變形和沉降等等。如圖二所示。

圖二 現場布點的情況圖

三、分析研究測量的精度

某一工程使用的是高精度的LeicaTM30測量機器人，其測角的精確度為0.5’’。就測量角度來說，在條件許可的情況之下，儀器精度可以實現一百二十米范圍當中的自動化監測。為了對自動化監測系統的可靠性和精確度進行檢驗，為了防止基坑開挖擾動及開挖后土體徐變的影響，選擇基坑施工前穩定性較高的監測數據進行探究分析，進而實現從儀器設站點的精度、折光影響、列車運行影響等多個角度的分析。

1、全站儀后方交會的精度

由于受到地鐵隧道空間條件的限制，控制網網形相對較差。為了比較后視控制點對儀器設站點精度所產生的影響，就在原有控制點的基礎上增加了五個后視點，同時，盡可能確保后視點沿著隧道圓形方向均勻的分布，如圖三所示。

將加密控制點前后的儀器站點坐標在不同的時段的改正量進行對比，其比較的結果如圖四、圖五所示。

圖三 后視點的分布情況

圖四 加密控制點前儀器后方交會坐標改正量

圖五 加密控制點后儀器后方交會坐標改正量

根據圖四和圖五可以看出，在增加了五個控制點之后，后方交會計算儀器設站點的坐標精度得到了顯著的提升。因此，對后視控制點進行科學合理的布設，并且，盡可能沿著隧道圓形方向均勻敷設，以此來提高控制網的可靠性。

2、對于管壁折光時的測量精度不予考慮

結合地鐵隧道的自身特征，布設在全站儀對側管壁的監測點一般情況下不會受到管壁折光的影響。工程當中對于側管片點和隧道中央道床沉降點測量精度如圖六所示。

表1

圖六 對側管片測點測量誤差

3、列車運行產生的影響

地鐵列車在側區范圍當中運作的時候，因為受到視線的阻擋和振動的影響難以進行觀測。為了對列車振動后對整個監測系統所產生的影響進行分析，我們對運營期間和非運營期間全部測點鐘誤差的算術平均值進行了統計，詳見表1。

從表1的統計結果顯示來看，運營期間列車的振動對測量精度產生的影響是很小的，通過對儀器臺的固定和鉆孔埋設的方法可以實現自動化監測系統可靠性和穩定性的進一步提升。同時，列車長期處于高頻率振動的狀態會對儀器產生一定的影響，所以，定期對儀器進行檢查校對是很重要的。

4、壁管旁折光的影響

對工程當中的各個監測斷面進行統計，計算出儀器對側、同測、道床面不同測點的精度。和儀器在同側并且距離較遠的測點更容易受到壁管旁折光的影響，甚至還會大大降低數據的真實性。所以，在對測點進行布設的時候要對管壁折光的影響進行全面的分析考慮，檢查數據是否可用，并且對受到折光影響的測點進行再次布設。

四、對監測結果的分析

工程當中對于受到折光影響的測點進行了重新分布。將自動化監測數據與人工測量成果進行比較，如圖七、圖八所示。

圖七 管片累計收斂量對比

圖八 道床累計沉降量對比

通過圖七和圖八可以看出，臨近的基坑施工導致了地鐵隧道向基坑一側的水平位移、沉降以及隧道直徑擴大的問題出現，自動化監測的數據與人工檢測的數據基本是一致的，因此，也對監測系統的可靠性進行了進一步驗證。

五、進行監測的目的

深基坑施工對于周圍環境產生了重要的影響，在基坑大量持續挖土的期間，由于基坑底下方的集運隧道在豎直方向上的影響是最大的，這就給普通的常規測量方法增加了一定的難度。

通過應用自動化監測方法，及時了解本項目集運隧道結構變形狀況，通過對各監測點變形量與預警值的比較和分析，提出預警預測；有效做好安全防范措施，確保施工的安全；將現場測量結果用于信息化反饋優化設計，使設計達到優質安全、經濟合理，施工快捷的目的。

結束語：

本文中根據工程的各個監測成果可以得到以下的結論：高精度的測量機器人為隧道自動化監測的精度提供了有力的保證，在復雜的情況之下，儀器的可靠性顯得尤其重要，就運營的實際效果而言，LeicaTM30儀器完全符合相關的要求；由于地鐵隧道的空間十分狹小，這就給布設控制網增加了一定的難度，通過后方交會的方法進行布設，可以使其分布更加的均勻，也可以增加更多的后視控制點，進而大大提高了精確程度；隧道管壁折光、空氣粉塵等因素對自動化監測產生著重要的影響，在對監測點進行布設的時候必須要防止“多棱鏡”情況的出現，對于考慮儀器與監測點的相對位置關系要進行全面的考慮，提升測量的可視角度；自動化監測系統受到的外界干擾因素比較多，因此，定期進行檢測和人工檢測是很有必要的，可以為監測的可靠性提供一定的保障。

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