現(xiàn)代測繪技術(shù)在地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)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(tǒng)以其運(yùn)量大、空間利用率高、安全節(jié)能等特點(diǎn)，成為當(dāng)今城市化進(jìn)程中優(yōu)化城市交通的有效手段.地鐵建設(shè)和運(yùn)營會帶動沿途經(jīng)濟(jì)及城市建設(shè)的發(fā)展同時，會因地鐵施工及沿線城市建設(shè)所造成的土體應(yīng)力狀態(tài)變化導(dǎo)致建筑物、構(gòu)筑物及地鐵結(jié)構(gòu)的變形，從而產(chǎn)生安全隱患.在地鐵施工運(yùn)營及地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的工程活動中，地鐵保護(hù)監(jiān)測成為保護(hù)地鐵及沿線建筑結(jié)構(gòu)安全、確保市民安全出行的必要手段。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代測繪技術(shù);地鐵隧道;變形監(jiān)測;應(yīng)用要點(diǎn)

中圖分類號：TD326

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

地鐵變形監(jiān)測的主要工作就是利用直接或間接獲取隧道結(jié)構(gòu)的三維空間信息.傳統(tǒng)地鐵保護(hù)監(jiān)測方式，如收斂計(jì)位移監(jiān)測、全站儀拱頂位移監(jiān)測、水準(zhǔn)儀隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測等，因功能單一、人工測量工作繁雜、觀測時段受限等，已經(jīng)不再適應(yīng)當(dāng)今高效率地鐵施工進(jìn)度和高密度地鐵運(yùn)維工作.隨著測繪科學(xué)的不斷進(jìn)步、施工測量工藝的不斷改進(jìn)及電子儀器技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展，如自動化全站儀地鐵監(jiān)測系統(tǒng)、三維激光掃描技術(shù)及近景攝影測量技術(shù)等，已經(jīng)逐步應(yīng)用到地鐵保護(hù)監(jiān)測工作當(dāng)中。

1地鐵變形監(jiān)測概述

地鐵變形監(jiān)測是為了及時了解軌道交通結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和確保地鐵結(jié)構(gòu)安全而依法進(jìn)行的軌道交通監(jiān)護(hù)監(jiān)測，通過各種監(jiān)測工作的實(shí)施，及時獲得結(jié)構(gòu)體在各種內(nèi)外因素作用下的空間位移和形狀變化，為相關(guān)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(jié)構(gòu)的影響，判斷地鐵工程的結(jié)構(gòu)安全，避免事故的發(fā)生。同時，通過長期監(jiān)測資料的積累，分析隧道結(jié)構(gòu)的變化趨勢，研究隧道結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律和變形機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)的工程設(shè)計(jì)理論。

目前，對地鐵的變形監(jiān)測在工程上主要表現(xiàn)在對地鐵隧道的監(jiān)測，地鐵隧道監(jiān)測是衡量地鐵安全的關(guān)鍵技術(shù)，監(jiān)測時主要采用全站儀、測量機(jī)器人、水準(zhǔn)儀、傾斜儀、收斂儀等傳統(tǒng)監(jiān)測儀器，通過布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，設(shè)計(jì)觀測方案，現(xiàn)場測量，以及各種測量數(shù)據(jù)平差，獲得點(diǎn)位坐標(biāo)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(jù)此衡量隧道的變形情況。地鐵變形監(jiān)測分為地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測和地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測。地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測是從地鐵建成投入運(yùn)營開始對地鐵隧道進(jìn)行的定期檢查，監(jiān)測地鐵結(jié)構(gòu)在地鐵運(yùn)營過程中的結(jié)構(gòu)變形，其目的是為了保證地鐵結(jié)構(gòu)的安全，是一種長期、持續(xù)性的監(jiān)測活動，例如，南京地鐵一般每隔半年進(jìn)行一次結(jié)構(gòu)監(jiān)測。地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測是顧及地鐵周邊項(xiàng)目施工對當(dāng)前地鐵存在潛在影響而進(jìn)行的一種變形監(jiān)測，主要監(jiān)測地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)地鐵隧道的變形，監(jiān)測范圍一般為項(xiàng)目基坑邊線對應(yīng)的地鐵線路里程及沿線路方向前后外放40m的區(qū)域。

地鐵變形監(jiān)測具有如下的特點(diǎn)：①監(jiān)測實(shí)時間短，受到地鐵運(yùn)營時間的限制，地鐵監(jiān)測只能在地鐵停運(yùn)以后進(jìn)行，一般情況下只有4～5h可以利用;②監(jiān)測環(huán)境特殊，相對于一般的監(jiān)測項(xiàng)目，隧道環(huán)境特殊，隧道監(jiān)測是在狹長、黑暗的環(huán)境下進(jìn)行的，這對監(jiān)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(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力大，整體變形量小，要求較高的監(jiān)測精度;④觀測頻率高，為了保障地鐵的安全運(yùn)營，需要及時獲得隧道變形，時刻做好安全防護(hù)工作。

2現(xiàn)代測繪技術(shù)在地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1高精度全站儀在地鐵監(jiān)測中的應(yīng)用

（1）高精度全站儀觀測的作業(yè)要求

觀測開始前，高精度全站儀晾放、預(yù)熱一段時間，與外界溫度相適應(yīng)。檢查高精度全站儀回光信號的強(qiáng)度，回光信號在30%～80%的范圍內(nèi)，方可進(jìn)行作業(yè)。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(yè)時，無觀測亭的情況下，高精度全站儀需打傘遮陽。當(dāng)高精度全站儀順光照準(zhǔn)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(bǔ)償器。第二，打開機(jī)載軟件程序，正確選擇所觀測方向的編組。第三，精確照準(zhǔn)觀測編組內(nèi)的第一個方向。第四，啟動機(jī)載軟件《大地控制測量與變形監(jiān)測自動測量系統(tǒng)》自動測量程序，利用高精度全站儀的自動目標(biāo)識別與照準(zhǔn)（ATR）功能，自動對編組內(nèi)的其它方向進(jìn)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(jìn)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(shù)4次。邊長讀數(shù)至0.1mm，計(jì)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(yè)前，預(yù)先打開氣象溫度計(jì)和氣壓表，待5min～10min后正式讀數(shù);測定溫度時，氣象溫度計(jì)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(fēng)良好的迎風(fēng)處，防止日曬和其他熱輻射的影響;氣壓表穩(wěn)妥地平置于儀器附近的遮陽處，避免讀數(shù)時讀數(shù)指針被擱滯。

2.2裂縫和滲漏監(jiān)測

裂縫和滲漏反應(yīng)了隧道的狀態(tài)，需要及時了解裂縫和滲漏的位置和變化。監(jiān)測的基本流程如下：①現(xiàn)場踏勘，拍照并觀測隧道產(chǎn)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(jiān)測范圍內(nèi)的裂縫和滲漏進(jìn)行巡視，及時進(jìn)行量測，觀測其變化;③及時發(fā)現(xiàn)新裂縫，分析成因，判斷其發(fā)展趨勢;④及時發(fā)現(xiàn)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(shù)

相比傳統(tǒng)監(jiān)測方式和自動化監(jiān)測技術(shù)而言，三維激光掃描技術(shù)作為變形監(jiān)測領(lǐng)域的前沿技術(shù)，利用高速激光測距技術(shù)配合精密時鐘編碼器量測隧道實(shí)體空間離散矢量距離點(diǎn)即點(diǎn)云.在掃描儀獨(dú)立坐標(biāo)系下的斜距、水平方向及距離、天頂距、反射強(qiáng)度等信息，配合CCD傳感器解算空間實(shí)體拓?fù)湫畔?，?jīng)過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)、抽稀、去噪及濾波等過程，最終實(shí)現(xiàn)對空間實(shí)體線、面、體等空間信息數(shù)字化高還原度重構(gòu).三維激光掃描技術(shù)以其觀測快速、主動式非接觸測量、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)精度高、成果直觀等特點(diǎn)，適用于現(xiàn)代地鐵高效施工及高頻率運(yùn)營維護(hù)中隧道變形監(jiān)測工作。

2.4信息化監(jiān)測

地鐵隧道內(nèi)，除了供地鐵運(yùn)行的軌道外，還有配套的線路、管道、排水、防護(hù)等設(shè)備，在監(jiān)測隧道變形的同時也要求監(jiān)測人員能夠獲得相關(guān)設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)，為綜合判斷地鐵安全提供參考，監(jiān)測人員僅采用傳統(tǒng)測量儀器無法獲得全面的信息，這就要求在監(jiān)測時引入三維激光掃描技術(shù)、傾斜攝影測量技術(shù)、無損探測技術(shù)等新的技術(shù)設(shè)備，聯(lián)合組成一體化、信息化監(jiān)測。

結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用實(shí)踐的數(shù)據(jù)成果質(zhì)量分析證明，以全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)和三維激光掃描技術(shù)為代表的現(xiàn)代化地鐵隧道監(jiān)測方式，在作業(yè)效率、數(shù)據(jù)精度、自動化及功能多元化方面，比傳統(tǒng)的監(jiān)測手段有了顯著的提高，其精度評定結(jié)果和工作穩(wěn)定性實(shí)踐證明，現(xiàn)代化監(jiān)測系統(tǒng)是可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50911-2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]北京交通大學(xué).地鐵工程監(jiān)測測量管理與技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

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

[4]徐正元，張文春.GeoMoS監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵沉降監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017（9）：160～161.

作者簡介：徐東輝 男 ?漢 1986年1月 ?籍貫：河南潢川 ? 學(xué)歷：本科 現(xiàn)有職稱：中級 ?研究方向：工程測量和基坑監(jiān)測