現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用

摘 要：在地鐵工程建設過程中，由于其四周有著許多建筑物，因此容易導致地鐵隧道出現變形問題，為使相關安全事故的發生得到有效預防，需要做好具體的隧道變形監測工作。在地鐵隧道變形監測中，通過有效應用現代測繪技術，可以更好地獲取相關監測數據。對數據展開分析，有利于及時發現隧道的變形情況，采取有效對策加以處理，避免產生相關的安全隱患。基于此，針對現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用進行分析，具體介紹了全站儀自動化監測系統、三維激光掃描技術以及其他監測技術，探討了傳統監測手段和現代監測技術的對比，并提出具體的應用對策，希望能夠為相關研究人員起到一些參考與借鑒。

關鍵詞：現代測繪技術；地鐵隧道；變形監測；應用對策

中圖分類號：U452.1" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2023）08-0089-03

0 引言

在城市公共交通體系中，城市軌道交通是十分重要的組成部分，地鐵系統的安全性和節能性較高，可以有效提升空間利用率。在地鐵工程施工中，隧道變形問題會對工程施工質量和安全產生嚴重影響。有效應用現代測繪技術，監測隧道變形問題，可提高隧道工程的整體施工質量，進一步提升地鐵工程建設水平，促進我國城市軌道交通行業的健康發展。

1 全站儀自動化監測系統

全站儀自動化監測系統有效結合了數據庫技術、電磁波測距技術、自動目標識別技術、移動互聯網通訊等，通過計算機語言開發，并利用客戶端、控制器、服務器等相關硬件，可組成具體的自動化測量系統。在該系統實際運行過程中，需要在待測區域內合理布設控制網，并在各個斷面科學布設小棱境，通過全站儀棱鏡測距和API技術，從而自動獲取相關空間信息（其位移精度能夠達到±0.3 mm）。在具體的工程項目中，應用全站儀自動化監測系統，需要采用高精度的電子水準儀進行觀測，并獲得具體的沉降數據。

此系統的實際應用，需要以計算機語言為基礎，并開發自動化系統，并融合自動識別和電磁波測距等技術。該系統能夠通過數字影像處理技術以及相機的精準定位測量目標，并采用無線電通信裝置有效傳輸信息。

徠卡公司的研究成果最為具有代表性，此公司在1997年將這項技術在地鐵自動化監測中加以應用，取得了十分顯著的成果。在這之后，徠卡公司在此基礎上，對自動化監測技術進行了持續完善。

通過實驗結果分析和觀測，可對該監測系統的最終測量精度進行有效說明，能夠滿足二等水準的相關測量規范和要求。在應用期間，電子水準儀能夠獲取具體的沉降數據，可以將其與系統的監測數據進行對比，并繪制具體的自動化監測曲線，根據曲線的擬合程度來判斷其吻合狀態[1]，如圖1所示。

2 三維激光掃描技術

與傳統監測方式以及自動化監測技術相比，三維激光掃描技術是變形監測領域當中的一項前沿技術，可以通過高速激光測距技術與精密時鐘編碼器相結合，對隧道的實體空間離散矢量進行準確測量。在使用掃描儀后，可以對獨立坐標線下的水平距離、水平方向、斜距、反射強度等信息進行獲取，并利用CCD傳感器，對空間實體的拓撲信息進行結算，以此來有效配準、去噪、抽稀、濾波點云數據，獲取空間實體的面、線、點等空間信息，從而進行數字化重構，其具有較高的還原度。

三維激光掃描技術優勢十分明顯，不僅數據精度較高，而且觀測快速，具有較強的抗干擾能力，成果也十分直觀，因此可以在現代地鐵的施工和運營維護隧道變形監測過程中進行應用。在隧道變形監測過程中，可運用三維激光掃描技術，對隨機采樣一致性加以保證，并運用最小二乘算法，以此來提取隧道中軸線。然后通過不變距提取隧道的連續斷面，再通過局部曲面擬合和最小二乘曲線擬合，有效分析相關的變形曲線[2]。

3 其他監測技術分析

實際應用現代測繪技術，可以有效滿足地鐵隧道的建設需求，除了比較常見的三維激光掃描和全站儀自動化監測等技術以外，還有幾種其他類型的監測技術，具體如下。

3.1 靜力水準自動化監測技術

此技術的應用成本相對較低，但在實際應用時存在一定的局限性。例如測量相對單一，無法有效滿足隧道的變形測量要求，需要與其他技術手段相結合，以此來提升測量效果。

3.2 電子水平尺

在使用電子水平尺后，可以監測垂直位移，并對其進行改裝，實時監測水平位移。但該技術也存在一定的不足，無法完成收斂監測，而且無法獨立完成相關的建設工作，需要與其他技術相配合，從而滿足具體的監測需求。在實際操作時，電子水平尺的安裝難度相對較大，如果監測200 m長度的隧道，其投入成本相對較高。

3.3 光柵自動化監測技術

此技術是一類新型技術，在實際監測地鐵隧道時，可以滿足自動化監測要求。但在當前階段，在采購采集器時仍需進口，因此所支出的成本相對較高。

3.4 多點位移計

對于此技術，其廣泛應用在土體監測領域當中，將其在地鐵隧道變形監測中進行應用，可以發揮間接性作用。但是此自動化設備為一次性設備，因此成本也相對較高[3]。

4 傳統監測手段與現代監測技術的對比分析

在地鐵隧道監測工作開展過程中，與現代化監測技術相比，傳統監測手段還存在一些不足，具體表現在以下3個方面。

第一，在不同監測單項任務中應用傳統變形監測手段時，儀器精度和功能存在局限性，例如普通全站儀的三角高程測量精度存在限制，因此只在位移監測中進行應用，不能在沉降監測中加以運用。在沉降監測過程中，需要對高精度水準儀進行使用，并再次開展觀測工作，這也對監測效率產生相應影響。

第二，由于人工監測和地鐵運營空間存在沖突，進而使得觀測周期表現出不連續性特點，人員與儀器不能在隧道施工現場進入，需要在地鐵停運維護時開展觀測工作，進而導致觀測空白期超過12 h，最終對監測質量產生影響。

第三，由于傳統測量儀器的觀測效率、作業方式等存在限制，因此所獲得的觀測數據具有離散性特點。例如全站儀隧道的位移監測、水準儀隧道的沉降監測，只能針對少量的固定變形特征點來采集坐標，不能在觀測過程中對更多的隧道點空間信息進行采集，因此無法完整還原隧道的空間位置，也無法對其實現整體監測。

目前傳統變形監測手段已無法使高密度地鐵運維和高效率施工等要求得到滿足。對此，需要對現代化監測技術進行有效應用，如三維激光掃描變形監測系統、全站儀自動化變形監測系統等。可以采用先進的信息數據處理系統，并運用相應的數據采集方式，以此來實現高精度、高效率、全天候、全天時、自動化、多維度監測目標。在完成各項工程變形的測量任務后，可以得到綜合成果資料，并在竣工驗交時需將其向接收單位進行移交。在此基礎上，可以在地鐵隧道工程中科學制定沉降變形觀測方案和技術設計書，并繪制隧道觀測點的橫斷面、縱斷面以及平面布置圖。在綜合成果資料中應包括隧道沉降觀測記錄簿、計算報告資料、觀測斷面沉降統計分布圖表、變形觀測評估分析報告總結、測量成果報表、會議紀要相關文件等[4]。

5 現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用對策

5.1 明確監測位置

在對監測位置進行明確時，需要對以下內容加大注意。在確定具體的監測位置時，需要做好截面的監測處理，而隧道檢測位置主要是指正交橫截面，需要對大量監測點進行加設。在地鐵隧道施工過程中，監測截面的分布具有一定均勻性。例如，在某地鐵隧道工程施工中，需要結合設計需求，對監測距離加以明確，每間隔10 m對一個監測截面進行設置，監測截面的數量大約為30個，需要在各個截面對5個監測點進行加設，并在道床沉淀位置處的拱頂位置進行安裝。對于地鐵隧道的施工監測區域，其基準點具體包括4個，需要在較小里程方向和較大偏離變化的位置加以安置。相關監測人員需要根據實際需求，確定全站儀位置。

5.2 監測點布設

在布設基準點和工作基點時，需要沿著基坑左側，并在基坑開挖的影響范圍以外，對4個平面和高程基準點進行均勻設置，以此來監測水平和豎向位移變形。為了給監測數據處理提供方便，需要對獨立坐標系以及假定高程系統進行采用，對基準點的高程以及坐標加以確定。

對于平面基準點，需要對觀測墩進行建造，并需安裝強制對中裝置，其對中誤差需要小于±0.1 mm。針對高程基準點，需要在原狀土層中進行埋設，具體可以對深埋鋼管的水準基點標石或者混凝土進行深埋，并將其作為基準點和變形監測點間的重要聯系點，結合現場情況進行設置。

如果基準點和監測點的距離相對較遠，則會對測量作業開展產生不便，因此需要對工作基點進行設置。如果對工作基點進行設置，則在開展變形監測工作時，需要有效聯測基準點，并對監測點進行觀測。

在具體監測基坑時，需要每個月對基準點、工作基點進行一次復測，并對其穩定性進行檢測，在點位徹底穩定后每個季度進行一次復測。

在實際布設基坑工程的監測點時，需要結合基坑支護結構的分布和場地情況，合理選擇變形的關鍵特征點，以反映監測對象的變化趨勢和實際狀態，避免對施工作業產生影響。在地面對監測點進行明顯標記后，需要使用油漆進行編號，從而為后期查找提供方便。

針對水平和豎向的位移監測點，對同一測量標志進行使用，需要對強制對中標志進行設置，確保在同一點位進行每一次的觀測。對于各豎向位移監測點，需要和基準點或者工作基點有效構成閉合水準路線，或構成具體的附合水準路線。

5.3 水平、豎向位移監測

對于水平位移變形測量，需要對前方和后方交會法、極坐標法進行采用。在實際監測過程中，全站儀的測角精度主要為±0.5。在測量豎向位移變形時，需要采用二等水準測量方法。電子水準儀的標稱精度為±0.3。在開挖基坑之后，需要按照具體的監測頻次進行定期觀測，充分對比各個監測點的觀測值和初始值，所得差值主要是指監測點在觀測周期當中的單次位移值和累計位移值。根據位移隨著時間變化的曲線圖，對支護結構以及建筑物的穩定性進行判斷。在實際測量水平位移變形時，監測點當中的坐標誤差應控制在±1.0 mm以內。而在監測豎向位移變形時，監測點的高差誤差需要控制在±0.5 mm以內。

5.4 完善監測評價機制

在整治地鐵隧道邊坡時，需要客觀評價其實際應用效果，以此來對整治措施實施的科學性與可行性進行驗證，并為改進整治措施提供有力依據。對監測評價機制進行完善，并采取定性和定量結合的評價方式，以此來準確評價邊坡穩定性，對邊坡變形問題的實際處理進程進行客觀掌握。

為了防止有玩忽職守和以權謀私等現象出現，相關監管機構需要科學合理的制定管理制度，并對制度有效執行，從而為邊坡整治工作開展提供參考依據，對邊坡的整治行為有效規范。如果發現邊坡出現變形控制不當的現象，需要按照具體制度和要求進行處理，避免重復出現類似現象。

健全具體的監測評價機制，可以有效控制邊坡變形問題，從而提升地鐵隧道工程建設質量，完善地鐵交通體系，保障相關施工人員和附近居民的生命財產安全。

6 結束語

在地鐵工程建設過程中，需要在地鐵隧道變形監測中有效應用現代測繪技術，以此來有效彌補傳統監測手段的不足，明確現代測繪技術應用要點，使地鐵隧道工程建設質量得到提高。

參考文獻

[1] 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.

[2] 段清超.絲綢之路視域下現代測繪技術在地鐵隧道變形監測中的應用研究[J].新絲路：上旬，2019，17（1）：59-60+63.

[3] 凌邦富.地鐵隧道變形監測技術及分析預報方法研究[J].中小企業管理與科技，2018，32（26）：85-86.

[4] 劉強.盾構長距離并行既有地鐵隧道變形監測中自動化監測技術[J].建筑技術開發，2022，49（18）：60-62.