信息化測繪在地鐵施工監測中的應用研究

程安文（1981.03-），男，漢族，湖北赤壁，大學本科，高級工程師，研究方向：測繪工程。

摘要：本文主要圍繞信息化測繪在地鐵施工監測中的應用問題進行探討。首先，介紹了信息化測繪的應用優勢，包括適用于復雜環境、監測具有針對性等；接下來，闡述了水平位移監測、豎向位移監測以及自動化監測的內容和方法。然后，結合實際案例，指出地鐵站施工監測的內容與要點，并通過總結和分析監測結果，強調通過對周圍建筑物、道路與地表沉降、樁頂水平位移的動態監測，可以確保地鐵工程在整個監測周期內保持結構穩定，基坑處于安全可控狀態，得出結論是信息化測繪在地鐵工程的科學、安全開展中具有重要意義。

關鍵詞：信息化測繪；測繪技術；地鐵施工；監測方法

一、引言

我國人口基數龐大，交通擁堵問題日益嚴重，修建地鐵可緩解此問題，在地鐵工程的建設過程中，為了保證施工安全，需引入先進的信息化測繪技術，密切監測建筑物和支護結構的水平和豎向位移情況，及時掌握隧道結構的動態變化。同時，運用測量機器人來持續輸出監測數據，為地鐵工程的安全和高質量施工提供充足的技術支持，有效避免和減少安全事件的發生。

二、信息化測繪在地鐵施工監測的應用優勢

在地鐵工程施工中，信息化測繪的監測優勢顯著，主要體現在以下兩個方面。

第一，適用于復雜多變的施工環境。地鐵隧道施工存在許多安全隱患，如若不能加強控制和監測，很容易影響工程質量，甚至引發安全事件，對地鐵如期完工造成不利影響。進入信息時代后，各類監測技術在工程實踐中逐漸普及，如測量機器人監測技術等，能夠適應各類復雜施工環境，效能可靠。它支持全天候施工場地監測，并自動存儲、管理和讀取所采集的監控信息，很少出現數據丟失或錯誤等情況。此外，測量機器人支持遠程操控，能夠打破時空障礙，在地鐵施工監測中優勢顯著。

第二，監測針對性較強。地鐵施工處于地下，施工監測存在諸多不便，一些環節很難由人工監測完成，影響施工數據獲取和準確性保障。通過測量機器人的應用可妥善解決上述問題。在監測期間，采用機械化運作，以人工編程方式進行數據采集和傳輸。特別是在特殊施工環節中，監測針對性優勢得以充分體現。通過連續、實時觀察隧道結構變化情況，能夠及時掌握影響隧道結構的動態因素。對比施工方案中各工序對應的監測數據變化情況，經過綜合判斷后，為健全施工體系提供重要參考依據[1]。

三、信息化測繪在地鐵施工監測的常用技術

（一）水平位移監測法

在具體的地鐵施工項目中，普遍會采用明挖或蓋挖兩種施工技術，而基坑支護結構的監測則是項目開展中的重要環節。為了滿足監測精度的要求，需要選擇適當的監測方式，并在視野良好、地形平坦的位置設置水平觀測點。以下是常用的基坑支護結構監測方式：

1.視準線法

利用光學測量儀器，將視線平行界面作為基準面，觀測目標點位與基準面間的偏離情況。該方法適用于建筑物頂部水平位移的監測，觀測點應設置在建筑物與周圍現有構筑物上，并通過經緯儀進行觀測，整體效果良好。

2.激光準直法

改變原本光學測量儀器的監測方式，采用激光束進行觀察。主要適用于基坑支護結構的監測，相較于視準線法，激光準直法消除了空氣折射的影響，進一步提高了精度。

3.垂線法

以基坑的鉛垂線為基準，利用坐標儀觀測不同高程點位與鉛垂線之間的位移情況。這種方法充分利用了集中遙測和自動化技術的優勢，適用于基坑工作基點的設定。

4.極坐標法測量

使用全站儀工具進行測量，主要針對基坑支護中冠頂梁的橫向位移進行監測。假設基坑建立一個以x軸為長度，y軸為垂直邊長的坐標系，在極坐標法測量中，主要關注x軸和y軸的變化情況[2]。

（二）豎向位移監測法

為了確保地鐵工程沉降監測的準確性，通常采用二等水準測量方式。在監測期間，至少需要設置三個高程控制點，并且需要科學準確地安裝監測儀器。以地鐵工程沉降監測為例，豎向位移監測點通常設置在基坑支護結構和構筑物上，選擇點位時需要考慮地形平坦、視野良好且無遮擋的地方。同時，還要確保點位的設置不會阻礙現有道路的車輛和行人通行。控制網選用國家二等水準測量技術，并與變形監測相關要求相符。在布設點位的同時，使用紅油漆在地面上清晰標記。在正式監測前，需要檢查首級控制網的穩定性，該控制網由位移監控點構成，位置通常選在基坑周圍相對穩定的區域內，而基準點則設置在施工影響范圍內。工程人員需要實時觀察并檢驗基點的穩定性，如果不達穩定要求，則應及時調整位置。

監測點的布設原則是對主要建筑物和周圍相鄰建筑進行監測，并合理地布置在目標物、周圍建筑物的梁體上，以及新舊建筑物交接處、變形縫兩側等位置。每個構筑物應至少設置4個監測點位。在布設點位時要注意不影響構筑物的外觀美觀度，不妨礙車輛和行人通行，并在點位周圍設置明顯的標識或觀測障礙物，起到警示作用。

沉降觀測采用水準儀進行，每個點位至少觀測3次，并取平均值，結果精確到0.01毫米。在建筑物沉降觀測期間，根據控制標準判斷最大沉降值和沉降速率。例如，對于樁基礎建筑物，最大沉降控制值為10毫米；對于天然地基建筑物，最大沉降控制值為30毫米。當沉降值和速率達到控制值的80%時，會發出警報[3]。

（三）自動化監測法

在地鐵工程施工中，測量機器人的應用使得監測工作變得更加精準和可靠。相比于傳統的人工測繪，機器人能夠自動化地采集大量準確可靠的數據信息，從中過濾出高價值的數據，為地鐵工程實踐提供重要的參考依據。為了確保測量的準確性，應注意以下幾點：

1.點位布設

在機器人運行期間，點位布設非常重要。如若監測點位置存在較大偏差，將導致最終的監測結果與實際情況相差較遠，甚至失去應用價值，對工程施工產生不利影響。為了確保監測結果的準確性，人們需要嚴格要求點位的布置：應該將監測點設置在目標物體相對的墻壁上，并努力減少周圍電氣設備的信號干擾。同時，布設過程中需要有專人進行全程監督，并進行人工復核。最后，將人工獲得的結果與機器人監測結果進行對比，如果誤差在合理范圍內，說明機器人監測結果可用，能夠為后續的施工提供科學的數據支持。

2.自動化監測

在測繪機器人的幫助下，除了監測沉降、位移等內容，還可以對全部斷面進行點位布設，特別是對于需要加強監控的位置，可以適當增加點位數量。機器人將由遠程操作員進行控制，并提前輸入各項參數，以保證數據采集的準確性和真實性。在自動化監測期間，應根據科學設計確定相關的數據和指標，以便于機器人在運行過程中可以方便地進行遠程操作，并不斷采集和傳輸數據到系統，為隧道結構分析和地鐵施工提供數據支持。此外，自動化監測還需要注重在不同時間段進行調整，以連續、實時地觀察隧道結構的變化情況，并及時掌握影響隧道結構的動態因素。同時，還需要對比不同施工階段對應的監測數據變化情況，為整體施工提供動態的支持。

3.數據綜合處理與存儲

通過準確采集和傳輸施工監測數據，可以使數據分析更加科學高效，降低人工操作的難度。然而，地鐵隧道監測數據量龐大且雜亂，因此需要在機器人內部設置數據處理系統，使其能夠自動保留有價值的數據并剔除無效數據。這樣可以減輕人工復核的壓力，并為地鐵監測提供更多優質的數據支持。為確保數據安全，將匯總后的數據傳入地鐵監控測量系統時，用戶需要通過輸入賬號和密碼進行登錄。系統會自動保留用戶的操作過程。同時，系統管理員會定期匯總用戶的使用情況，并根據使用需求合理分配用戶權限，以確保系統的安全運行。系統內的數據會實時上傳至云端并進行保存。如果需要對數據進行修改、增加或刪除等操作，系統會保留相應的改動痕跡，并實時更新數據庫。這樣可以使數據更加精準、安全可靠[4]。

四、信息化測繪在地鐵施工監測的實施案例

（一）基本情況

以某地鐵站建設工程為例，H站位于市中心，周圍居住人群周多，客流量較大，且屬于一號和二號地鐵線路的換乘站，因乘客流量眾多，施工現場范圍有限，加上部分工序的交叉施工，使得測繪環節面臨諸多技術難點。為了解決這些問題，該項目決定采用圍護樁加鋼支撐的支護模式，并采用蓋挖法進行施工，同時使用盾構穿越該站。

在施工監測期間，引入了信息化測繪技術，現場布設了20個構筑物沉降監測點，其中水平位移監測點6個，豎向位移監測點7個，分別布設在地鐵線路與周圍銀行、飯店、商場等建筑物相接觸的兩側，以便及時觀察地鐵施工對周圍建筑和環境的影響。通過這種布設方式，可以及時監測到地鐵施工對周圍建筑物和環境的影響，并采取相應的措施進行調整和保護。

（二）監測內容與方法

該監測項目主要關注周圍建筑物的沉降情況、地表沉降和樁頂水平位移。為了方便查看監測數據的差異和趨勢，監測數據將以圖表形式呈現。

首先是周圍建筑物的沉降監測。技術人員將利用水準控制線，對各個控制點的高程數據進行動態監測。閉合網和附合網將起到輔助作用，確保地鐵站周圍建筑物的沉降情況可以實時、準確地測量。在監測期間，應嚴格控制誤差，詳細記錄各項數據，不得更換測量人員和設備，確保測量結果的準確可靠。

其次是道路和地表的沉降監測。由于項目占地面積較大且地質情況各異，為了得出客觀準確的監測結果，點位應設置在特殊位置，如隧道兩側或始發和到達井附近。在特殊位置，可適當增加監測點的數量，如在特殊地段布設橫斷面監測。根據地質條件，按照近密遠疏原則布設監測點，包括最外側點位在低于1倍埋深位置的設置。此外，各主體基坑沿邊緣間隔15米設置兩個監測點，每個車站設置3-5個主要斷面。重點監測最大沉降量、最大凸起量和變形速率，其中最大沉降量的控制標準為30毫米，預警標準為設定值的80%；最大凸起量的控制標準為10毫米，預警標準為80%；變形速率的控制標準為5毫米/天，預警標準為80%。

最后是樁頂水平位移監測。專業人員根據建筑物最新的變形要求，對樁頂水平位移進行客觀觀測。工作基點設置在臨近車站基坑位置，導線基點設置在視線良好的位置，并位于網絡結構內。新的監控結構網與地鐵站周圍區域的建設情況相結合，選擇合適的測量方式來確保基點的穩定可靠。在水平位移監測點的布設期間，技術人員將點位設置在冠頂梁上，并鉆孔埋設觀測墩，使用混凝土澆筑觀測墩，進行科學觀測。

由于地鐵隧道監測數據量大，可以引入機器人進行監測。機器人內部配備數據處理系統，能夠自動保存有價值的數據，剔除無效數據，減輕人工復核的壓力，為地鐵監測提供更多高質量的數據支持。

（三）結果分析

根據監測結果，可以看出累計變形最大的點位是3號，在周圍建筑物沉降監測中，其變形數值為3.42mm。這個數值相對較小，仍然在設定標準值內，因此沒有觸發警報。在地表與道路沉降監測中，最大變形點是5號，其變形數值為5.34mm，也在設定標準值內，沒有觸發警報。在水平位移監測中，累計變形最大的點位是8號，其數值為-4.25mm，仍然在設定標準值內，沒有觸發警報。

從綜合來看，在整個施工周期內，各項監測數據都處于合理范圍內，總體結構較為穩定，變形平緩，沒有出現報警情況。這說明在整個監測周期內，基坑的安全性得到了有效控制和監測[5]。

五、結束語

隨著信息化測繪技術的不斷完善，測量機器人在地鐵隧道施工中得到了廣泛的應用。相比傳統的人工監測，測量機器人具有更高的可靠性和準確性，能夠全面改善原有的安全隱患和不足。此外，測量機器人能夠自主進行測量任務，不受人力的限制，提高了監測工作的效率，避免了因人為原因引起的誤差和不穩定性。特別是在水平和豎向位移監測方面，通過合理布設監測控制網和工作基準點等手段，測量機器人能夠實時采集更全面、高效的監測數據。這些數據能夠真實地反映出軌道交通結構的變化情況，便于對基坑狀態和工程整體結構狀態進行維護，確保地鐵工程的安全高效建設。

作者單位：程安文 中國水利水電第七工程局有限公司

參" 考" 文" 獻

[1]佘剛，魯森，焦志恒，等.信息化管理平臺在地鐵施工安全中的研究與應用-以天津濱海新區軌道交通B1線一期工程為例[J].科技經濟導刊，2019（3）：3-5.

[2]張磊.基于自動化地鐵施工監測信息技術的應用[J].新一代信息技術，2022，5（2）：91-93.

[3]張柳清.復雜環境下地鐵施工安全風險自動識別與預警研究[J].工程技術：全文版，2020（05）：97-97.

[4]曾耀昌，林健，羅亮，等.地理信息技術在地鐵工程地質勘察中的應用[J].都市快軌交通，2020，19（5）：24-26.

[5]梁希福，徐靜濤，常彥榮，等.地鐵施工中的監測技術與安全風險管理[J].北京測繪，2019（1）：16-18.