自动化监测技术在地铁隧道施工中的应用

晏昊

（中南勘察设计院集团有限公司，武汉430000）

1 自动化监测平台

1.1 全站仪

地铁隧道施工期间，使用的自动化监测全站仪主要为徕卡TS系列，其测量精准度可保持在±（0.6mm＋1×10-6D）mm以内，D为实测距离 ，而测量角度为0.5″，也可根据实际需求使用科学的Smart监测平台针对检测对象与相关参数进行明确。TS系列自动化监测全站仪还有自动调焦、监测正倒镜与自动记录数据等功能与优势，拥有自动对准与识别目标能力，工作人员仅需瞄准目标，其余工作全站仪可自主完成，可有效促进自动监测质量的快速提升[1]。

1.2 反射棱镜设备

在地铁隧道施工期间，工作人员根据实际需求在拱顶与轨道床位置利用膨胀螺丝安装反射棱镜，同时，确保棱镜反射面为工作基站方向，可为自动化全站仪识别目标提供较大的便利。

1.3 计算机

通过GPRS等数据链将计算机与全站仪进行有效连接，使用专业监测软件，可以为自动化监测功能的形成提供有力支持，其余设备，包括外接电源与电缆等，也是自动化监测落实的主要条件。同时，自动监测系统会针对各种观检测数据进行自动存储，也可自动分析与处理，进而为形成监测报表提供全面的参考数据。

1.4 检测软件

目前，自动化监测系统主要采用Smart监测软件与全站仪相结合的方式对地铁隧道施工进行自动化监测，因此，可以在SQL数据库中对监测数据进行存储，并利用周期与初始设置时间等条件实现监测功能。同时，也可根据实际需求不断添加各种循环，当某设备处于监测状态时，各种循环时间将不具有重叠特征，进而保证循环的开始在另一个循环结束后[2]。

1.5 监测数据分析

自动化检测系统针对数据信息进行整理与分析时，主要使用Smart分析软件、编码程序以及平差软件等。进行数据信息分析期间，可通过人工方法删除存在问题的数据信息，进而使用平均值作为周期监测数据信息，也可以根据施工需求针对偏移折线图与检测报告等进行分析，以此确保地铁隧道施工变化状况的反馈信息具有较强的时效性与完整性。

2 自动化监测工作

2.1 明确监测位置

明确监测位置，需要注意以下要点：（1）在明确监测位置时，需要进行截面监测处理，即监测隧道检测位置的正交横截面，并加设大量监测点。同时，监测截面在地铁隧道施工中的分布需要具有较强的均匀性。以某地铁隧道施工为例，根据其设计需求可明确实际监测距离为500m，而每间隔10m需要设置一个监测截面，实际监测截面数量为30个，各个截面都需要加设5个监测点，并安装在道床沉降处于拱顶等位置。（2）明确基准点。地铁隧道施工监测区域的基准点可划分为4个，并主要在里程方向较小与偏离变化大等位置进行安置。（3）确定全站仪位置。结合实际需求可将全站仪位置确定在YK7＋205位置，而在YK7＋316位置科学加设后视点。

2.2 自动化监测模式

在地铁隧道中安装全站仪时，可使用GPRS数据链将其与计算机进行对接，并利用计算机针对全站仪进行管理与控制，同时，利用设定的循环周期不断监测设定位置，再通过监测数据计算较差。而SQL数据可针对数据进行存储，若监测数据出现不足与问题、监测点反射棱镜受到遮挡等，软件也会针对这些现象进行记录并存储至数据库中，接着对其余监测点进行监测，致使这一监测循环结束，这时会结合循环监测中出现的问题数据位置施以反复监测处理[3]。根据实际需求使用控制软件可在监测循环开始时通过相应基准点不断进行测回处理，进而明确监测点实际位置与历程，同时，可针对所有监测点进行自动化监测，从而获得观测点实际位置。

3 计算平差与差分

3.1 调整距离差分

若确保2个基准点位置不发生改变，这时可明确监测位置距离2个基准点的斜距为s01与s02，进行变形检测时，测量的斜距为s′1与s′2，可根据相应计算公式得出改正比例参数ΔS为：

若测站至变形位置的实际斜距为s′p，可得知气象差分调整斜距为：

3.2 计算平距与高差差分调整

受球气压等因素影响，在单向测量极坐标时，需要根据实际需求针对所有检测的高差数据进行差分调整计算。若监测点与基准点之间高差为h0，那么2个基准点与检测站之间的实际高差也就为h′1与h′2，计算公式为：

式中，αn为垂直角度；in为全站仪实际高度；ln为反射棱镜的高度；Sn为平均偏离真值。再根据相应公式可得出较为精准的高差调整参数：

根据基准点实际情况，采用上述公式可获得高差改正参数，其中，在测量时间短等因素的影响下，可确定高差调整参数对变形点与基准点具有相同影响。因此，可通过下式计算监测站与变形点间存在的高差调整参数：

式中，ip为变形点全站仪实际高度；lp为变形点灵镜高；αp为变形点垂直角。计算出变形点与监测站之间的斜距、高差等参数后，需要通过下式计算变形点至监测站的平距参数：

3.3 计算变形点位置

将所有差分改正数据信息进行整理与分析，通过极坐标计算等级可第一时间获得具有较强精准性的各周期变形点位置：

式中，Hzp为变形点与监测站之间的方位角；X0、Y0、H0分别为监测站实际高程值与位置坐标数据信息。

3.4 平差处理方法

进行平差计算时，可将进行高差差分与距离处理后的观测数据作输入入，进而为绘制三维坐标提供有力支持。

4 结语

综上所述，在地铁隧道施工期间运行自动化监测技术，可真正实现实时不间断监测，并保证数据信息的整理、分析与传递具有较强及时性，进而为监测工作效率的提升创建良好条件。在隧道施工期间，通过自动化监测技术收集精准完善的监测数据，也可为强化隧道施工安全性提供有力支持。