地铁隧道变形监测关键技术与分析预报方法研究

摘 要：本文主要是以地铁隧道变形监测为核心，对变形产生主要原因、监测关键技术、自动化监测的应用及相关数据分析进行讨论。

关键词：地铁隧道变形；自动化监测技术；预报方法

随着城市化进程逐步加快，地下隧道交通运输业深入发展。地铁隧道在施工与投入运营中，隧道结构受到外部水文、地质及周边区域施工等要素影响，会出现不同程度变形与裂缝等病害，因此做好隧道结构监测，提升隧道稳定性至关重要。

1 地铁隧道变形的主要原因分析

1.1运营期结构变形

运营期地铁结构变形主要有轨道结构和隧道结构两种变形形式，其中轨道结构变形主要是由于地铁列车长期荷载对轨道产生反复作用力，导致轨道发生几何偏差，对轨道稳定性产生影响。轨道变形将会导致列车运行中发生不同程度振动问题，降低乘客舒适度，也会加剧结构部件损坏，影响列车行车安全。隧道结构变形主要是隧道周边区域施工活动产生的加载、负荷等会导致隧道结构发生不同程度的变形，此类变形也会影响轨道平整度，影响轨道结构变形。

1.2施工期结构变形

地铁隧道施工一般应用盾构、浅埋暗挖等方法，若在施工期间对盾构机的土仓压力、盾尾注浆量、掘进速度等各项参数控制不好的情况下会对地下岩土会产生较大扰动性，破坏土层平衡条件导致结构变形；若是开挖施工期间开挖深度扩大或支护不及时也会导致结构变形；所以在隧道施工期间要对隧道结构与隧道地表进行全面监测，这样能够为提升开挖施工安全性提供有效数据。

2 地铁隧道变形监测关键技术应用

2.1地铁隧道结构变形监测信息系统设计

目前以地铁隧道结构变形监测信息为主要管理对象，对结构变形实际发展情况进行分析，合理应用监测数据分析技术、信息管理技术、数据库技术等对隧道结构变形信息进行存储，通过预处理、信息管理分析与预警等，能为结构分析提供有效的资源，真实反馈出项目整体结构稳定性，为隧道变形监测管理系统建立提供参考数据，为后续实现自动化监测及安全监测专家系统应用奠定基础。

2.2三维变形监测技术

三维变形监测技术也能称为激光雷达技术，在测量中应用此技术能够避免人工操作误差，获取的几何图像主要是应用扫描棱镜发射的激光点云进行收集。借助激光快捷的测距性能，能够构建三维空间模型。在监测区域中按照轨道中心线位置设置测量控制网。判定隧道中心点位置，然后布设横断面，间距控制为3m，在墙壁垂线、項目地基、穹拱上布设反射标靶，便于三维激光扫描之后收集点云。现阶段在地铁隧道项目中进行变形监测，通过不间断监测能够提升隧道结构安全性。应用测量机器人完成各项目标，借助远程自动监测系统对地铁侧墙垂线、隧道结构、路基进行监控[1]。

3 地铁隧道变形监测分析与预报方法探析

3.1工程应用

在某项地铁隧道工程中应用三维激光扫描方法对隧道结构变形进行监测，在此项目隧道1号线位置上方有大型市政基坑施工，对隧道原有结构产生了较大影响。变形区域主要是从K15+493到K15+679，在此段监测中，能够得出以下结论：隧道最大变形达到+1.86mm，变形点累积变形量最大达到+10.1mm。对监测结果进行分析，本项目施工中对隧道结构累积变形超出+10mm，因此市政工程对地铁隧道产生了较大影响。与过去传统人工监测方式相比，通过监测点连续性监测，获取的数据稳定性更高，对隧道结构监测更加准确。

3.2测量机器人的合理布设

在隧道项目变形监测中通过自动化电子全站仪能够进行监测，此类设备在业界中被称为测量机器人，能够自动化对目标进行探查与辨认。在各个监测点遵循布设全站仪自由设站基本原则能够对观测点进行全面监测。在观测点中可以布设反射片，扩大感光率，使得获取的数据准确性更高。再借助计算机应用软件对获取的三维坐标进行处理，能掌握监测位置三维坐标变化情况，通过△x、△y、△z进行表示。实际操作如下，在地铁隧道管片上安置观测墩，观测点反射片安装数量控制在6至16片，安装区域在轨道固定点、墙体垂线、管片位置，通过机器人自动采集各类坐标数据，将数据传递到控制器中。

3.3设置基准点与工作基点

在本项目隧道工程变形监测过程中，在车站中布设监测基准点，在不同出入段可以设置3个基准点，对基准点进行检测。在基点布置过程中，可以在中部位置隧道侧墙上布设长度为400mm的托架，在左线及左端入线段设置工作基点。变形监测点能够结合相应要求对断面进行布设，不同断面需要布设不同监测点，在各个观测点中要配置反射棱镜。

3.4数据分析

地铁隧道工程变形监测主要是为了获取多项变形数据，掌握隧道和轨道基本运行现状，便于后期投入运营中发生各类事故之后有数据能够参照。传统化单一的监测模式开始转为立体交叉多元化监测模式，采集数据也朝着连续性方向发展。在人工神经网络、时间序列、回归分析、卡尔曼滤波等不同的智能分析方法中，能够全面促进变形动态模型的发展。卡尔曼滤波算法就是在动态系统中通过状态方程，结合空间摄影理论获取状态估计信息。其状态方程为Xk+1=Фk+1，kXk+ψk+1，kUk+1+Гk+1，kΩk+1。其中X表示状态向量，L是观测向量，U是控制向量。

结语

在地下隧道工程中出现变形问题难以避免，通过关键的三维监测技术能够对工程进行快速的变形监测，为后续地铁隧道项目建设提供参考。

参考文献

[1]陈能辉.地铁隧道变形监测关键技术分析[J].大科技，2016（34）：192-193.

作者简介：

胡卫东，男，1989.12，汉，安徽省黄山市，本科，助理工程师