地铁隧道自动化监测精度分析

周祥旭

沈阳建筑大学 辽宁城市建设职业技术学院

地铁隧道自动化监测精度分析

周祥旭

沈阳建筑大学 辽宁城市建设职业技术学院

地铁保护区具有其自身的特殊性，因此，一般情况下通过人工测量的方式对精度、监测频率等进行测量的时候往往不能满足地铁隧道的实际需求。精确度较高的机器人可以二十四小时进行自动化的监测，也不容易受到地铁运营的影响，所以，其得到了地铁隧道保护区监测工作的广泛认可和应用。本文当中以某地区的地铁隧道保护区监测为实例进行分析，对由LeicaTM30全站仪构成的自动化监测系统进行了说明，深入探讨了这一系统的精确度和可靠性。

特殊性；人工测量；监测频率；精确度；自动化

一、自动化监测系统

为了有效的对临近基抗对地铁隧道的影响进行实时的监控，工程使用的是LeicaTM30测量机器人来完成自动化的监测，结合L型的小棱镜测量隧道的水平位移和收敛变形、沉降。通过与Leica配套的GeoMoS软件对数据进行处理，其中，包含了两个模块，分别为Monitor监测器和Analyzer。

在192m的监测范围当中，上、下行线各自的布设监测断面数量为二十五个，和仪器的最远距离达到了一百一十二米。每一个断面分别在两腰和道床上布设了三个监测点，具体如图一所示。

图一 监测点布点示意图

因为隧道自身并不是直线敷设的，所以，就选择将全站仪安放于测区的中间位置上，将控制点布设在与测区距离较远范围中的管壁上面，通过后方交会计算得出仪器坐标和方位。结合仪器的坐标和稳定的后视点，通过极坐标法对各个监测点的三维坐标进行测量计算出其水平位移、收敛变形和沉降等等。如图二所示。

图二 现场布点的情况图

三、分析研究测量的精度

某一工程使用的是高精度的LeicaTM30测量机器人，其测角的精确度为0.5’’。就测量角度来说，在条件许可的情况之下，仪器精度可以实现一百二十米范围当中的自动化监测。为了对自动化监测系统的可靠性和精确度进行检验，为了防止基坑开挖扰动及开挖后土体徐变的影响，选择基坑施工前稳定性较高的监测数据进行探究分析，进而实现从仪器设站点的精度、折光影响、列车运行影响等多个角度的分析。

1、全站仪后方交会的精度

由于受到地铁隧道空间条件的限制，控制网网形相对较差。为了比较后视控制点对仪器设站点精度所产生的影响，就在原有控制点的基础上增加了五个后视点，同时，尽可能确保后视点沿着隧道圆形方向均匀的分布，如图三所示。

将加密控制点前后的仪器站点坐标在不同的时段的改正量进行对比，其比较的结果如图四、图五所示。

图三 后视点的分布情况

图四 加密控制点前仪器后方交会坐标改正量

图五 加密控制点后仪器后方交会坐标改正量

根据图四和图五可以看出，在增加了五个控制点之后，后方交会计算仪器设站点的坐标精度得到了显著的提升。因此，对后视控制点进行科学合理的布设，并且，尽可能沿着隧道圆形方向均匀敷设，以此来提高控制网的可靠性。

2、对于管壁折光时的测量精度不予考虑

结合地铁隧道的自身特征，布设在全站仪对侧管壁的监测点一般情况下不会受到管壁折光的影响。工程当中对于侧管片点和隧道中央道床沉降点测量精度如图六所示。

表1

图六 对侧管片测点测量误差

3、列车运行产生的影响

地铁列车在侧区范围当中运作的时候，因为受到视线的阻挡和振动的影响难以进行观测。为了对列车振动后对整个监测系统所产生的影响进行分析，我们对运营期间和非运营期间全部测点钟误差的算术平均值进行了统计，详见表1。

从表1的统计结果显示来看，运营期间列车的振动对测量精度产生的影响是很小的，通过对仪器台的固定和钻孔埋设的方法可以实现自动化监测系统可靠性和稳定性的进一步提升。同时，列车长期处于高频率振动的状态会对仪器产生一定的影响，所以，定期对仪器进行检查校对是很重要的。

4、壁管旁折光的影响

对工程当中的各个监测断面进行统计，计算出仪器对侧、同测、道床面不同测点的精度。和仪器在同侧并且距离较远的测点更容易受到壁管旁折光的影响，甚至还会大大降低数据的真实性。所以，在对测点进行布设的时候要对管壁折光的影响进行全面的分析考虑，检查数据是否可用，并且对受到折光影响的测点进行再次布设。

四、对监测结果的分析

工程当中对于受到折光影响的测点进行了重新分布。将自动化监测数据与人工测量成果进行比较，如图七、图八所示。

图七 管片累计收敛量对比

图八 道床累计沉降量对比

通过图七和图八可以看出，临近的基坑施工导致了地铁隧道向基坑一侧的水平位移、沉降以及隧道直径扩大的问题出现，自动化监测的数据与人工检测的数据基本是一致的，因此，也对监测系统的可靠性进行了进一步验证。

五、进行监测的目的

深基坑施工对于周围环境产生了重要的影响，在基坑大量持续挖土的期间，由于基坑底下方的集运隧道在竖直方向上的影响是最大的，这就给普通的常规测量方法增加了一定的难度。

通过应用自动化监测方法，及时了解本项目集运隧道结构变形状况，通过对各监测点变形量与预警值的比较和分析，提出预警预测；有效做好安全防范措施，确保施工的安全；将现场测量结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理，施工快捷的目的。

结束语：

本文中根据工程的各个监测成果可以得到以下的结论：高精度的测量机器人为隧道自动化监测的精度提供了有力的保证，在复杂的情况之下，仪器的可靠性显得尤其重要，就运营的实际效果而言，LeicaTM30仪器完全符合相关的要求；由于地铁隧道的空间十分狭小，这就给布设控制网增加了一定的难度，通过后方交会的方法进行布设，可以使其分布更加的均匀，也可以增加更多的后视控制点，进而大大提高了精确程度；隧道管壁折光、空气粉尘等因素对自动化监测产生着重要的影响，在对监测点进行布设的时候必须要防止“多棱镜”情况的出现，对于考虑仪器与监测点的相对位置关系要进行全面的考虑，提升测量的可视角度；自动化监测系统受到的外界干扰因素比较多，因此，定期进行检测和人工检测是很有必要的，可以为监测的可靠性提供一定的保障。

[1]段伟，王敏，钟金宁，左靖山.地铁隧道结构稳定性自动化监测系统的研究与应用[J].测绘通报，2015，(09)：91-94.

[2]党永超.西安地铁隧道自动化监测技术与变形数据的分析研究[D].导师：杨志强.长安大学，2015.

[3]吴灿鑫，胡雷鸣，付和宽.地铁隧道自动化监测精度分析[J].测绘通报，2015，(01)：137-138.

[4]姚冬.地铁隧道自动化监测系统的研究与应用[D].导师：臧德彦.东华理工大学，2014.