中铁津桥工程检测有限公司 吉林长春 130000
摘要：在我国的东部和南部地区，有很多的城市地铁工程，他们大部分都是集中在沿海地区，地层都是一些软土，有非常复杂的地质结构和地质条件，地铁盾构区间保护区的变形监测尤为重要。地铁盾构区间受空间约束，一般比较狭长，本文按相关规范要求，对地铁盾构区间的变形监测精度进行分析，总结出合理、经济的监测方案。
关键词：地铁保护区；变形监测；自动化；精度分析
引言
在我国东南沿海，城市建设较为发达，较多城市建设地铁并投入运营。很多城市的一些地铁工程都是在沿海地区，而且地质结构比较复杂，地质条件不是非常优越，软土和沙质土较为常见。这些建设项目基坑降水等施工会致使地铁运行面临巨大的安全风险[1]。
一、监测方法
地铁建设拉动了沿线的经济发展，在地铁保护区范围内的项目投入建设，都需开展地铁保护区监测工作。地铁地下车站与隧道周边外侧50 m范围内为地铁保护区。开展地铁保区智能化监测研究，及时、连续、长期地进行监测，及时发现和预报险情，在保障地铁工程安全及地铁安全运行具有重大意义[2]。
地铁保护区监测一般情况下有三种，都发挥出积极的作用。变形监测主要采用水准仪、全站仪、位移计等设备。目前国内对运营地铁的高精度的实时监控方法研究偏少，水平位移监测一般采用全站仪观测，沉降监测一般采用水准仪观测，收敛监测一般采用位移计或坐标反算的方法。测量方法主要为人工测量与高精度全站仪自动化观测为主。人工测量的方法，自动化程度低，劳动强度大且会与和地铁的正常运营相互干扰，工作效率低且后期数据处理工作量非常大。高精度全站仪自动化观测，其观测长度也受到限制。地铁工程正在进行实时监测，而且要求越来越多，有更高的发展目标，未来的地铁监测主要朝着自动化和智能化的方向不断发展。
（一）人工辅助监测
在地铁保护区监测过程中，自动化、智能化监测是发展方向，但有一定的局限性。如垂直自动化位移测量没有几何水准测量的精度高，管片裂缝自动化观测较难实现等。因此，一般地铁保护区监测采用自动化监测为主，人工监测为辅的方式进行。
1、人工垂直位移监测
采用1985国家高程基准或工程高程系统，在地铁站附近布设3个稳定的工作基点，定期与长期运营监测深桩点进行联测，工作基点应建在基岩或持力层上，监测时采用往返观测。基本水准网观测按照《国家一、二等水准测量规范》要求执行。各监测点高程初始值在监测工程前施测并计算，为保证施测精度与稳定性，应测量3次，在限差内取3次平均值作为各监测点的高程初始值。某监测点这一次的沉降量就是此次高程和上一次高程之间的固定差值，而累积沉降量则为本次高程和第一次高程之间的固定差值。
2、隧道水平收敛监测
在工程开挖施工过程中，由于管片周围土压力的变化，可能导致隧道圆形管片收敛变形，因此需要在施工过程中对其进行收敛监测。
管片收敛监测采用手持测距仪或经计量合格的钢尺进行测量。测量前按设计要求的丈量密度在管片中部喷漆标识，手持式激光测距仪或钢尺直接丈量收敛测线的长度，以此计算收敛变化值。复测值与初测值之差即为管径变形值。
3、管片裂缝监测
当管片出现裂缝时，将及时对管片裂缝进行调查，并拍照存档，拍照时垂直裂缝放置钢圈尺。采用智能裂缝测宽仪进行裂缝观测，该仪器可自动判读裂缝宽度、拍摄裂缝照片，实时读数且精度优于0.01 mm。施工开始前各方对隧道现状予以确认，在日常监测过程中发现新增的渗漏、裂缝，或原有渗漏、裂缝情况有明显增加时，第一时间上报并通知相关单位分析原因，排除隐患，并做好拍照存档工作，以备各方查验。
（二）自动化监测
地铁隧道结构变形监测可分为两部分：第一、测站点、基准点和监测点的布设；第二、道床水平位移、垂直位移和隧道水平收敛自动化监测。
1、自动监测系统的基本组成
自动监测系统由基准点、监测点、全自动全站仪、基站、通讯模块、监控模块、计算机、监测数据分析软件8部分组成。通讯方式采用CDMA技术，此技术可以实现无线通讯。工作基站应设在隧道侧壁或不影响通车安全且有良好视野的位置，安装于基站的全自动全站仪与监测系统机房建立通讯联系，一般采用电信或移动的数据传输。由机房控制全站仪对基准点和监测点按一定的顺序进行逐点观测、记录、计算及自校，并将测量结果发送至机房存储，由机房计算机进行计算、整理、分析。
2、工作基站及校核点设置
根据段隧道自动化监测技术要求，为使仪器能自动寻找目标，工作基点与变形监测点布设应满足最小仪器视场角要求，即要确保仪器视场角内只有1 个监测点。工作基点的布设应满足保证仪器最小视场角，便于全站仪容易自动寻找目标。设置工作基点时，先安装仪器托架，然后再固定仪器。
3、监测使用的平面、高程基准点
监测基准点根据实际情况选用，一般在远离施工影响外的10至15环距离的稳定位置布置4个以上稳固基准点（单侧2个以上基准点）。
4、监测点布设
在地铁隧道上行线及下行线区间中，基坑施工影响较大范围内（基坑围护结构边界与隧道管壁边界距离小于10 m）每5环布设一个监测断面；位于施工影响相对较小范围内每10环布设一个监测断面。上、下行线隧道区间各形成监测断面60个。基坑施工期间影响范围盾构区间，每5～10环设1个观测断面，可根据监测的具体情况适当加密，每个观测断面设4个监测点（道床上2个、侧壁2个），其中道床2个监测点可计算道床差异沉降、侧壁2个监测点可间接计算管径收敛。
基站的仪器托架以角钢预制，配强制对中基座，托架用膨胀螺丝锚固在观测墩或隧道壁上。盾构隧道结构水平位移和垂直位移自动化监测根据地铁形变监测的要求和原则，拟采用特种工程测量仪器徕卡TM30系列全站仪。在监测系统中，利用基准点坐标，采用多重实时差分技术求各变形点的坐标变化量。
二、精密度分析
（一）斜距的精度分析
地铁隧道一般位于地下十几米乃至几十米，不受阳光照射，虽有通风井与外界通风，但仍保持相对稳定的温度和湿度。在地下空间监测中，气象改正应为一个极小值。为了实现变形监测的自动化，仪器架设的基准点和监测点应相对固定，宜布设基准网监测，根据基准网的测量信息，实时进行距离的大气折射率差分改正。
（二）测角精度与基准角差分改正
在地铁结构的变形监测中，所求的变形量均为相对初始值而言的，可以把基准点第一次观测的方位角作为基准方位角，为保证基准方位角的准确性和稳定性，须多次观测，在限差范围内求其平均值。因地铁开动时会引起整个内部空间的振动，这一差异主要是因仪器不稳定引起水平观测零方向的变化。此差异对监测点的测量也有同等的影响。对地铁结构进行变形监测时，所设立的基准点往往不止一个，一般要求影响区域的两端各两个基准点。由于测量存在偶然误差，且列车的通过会对仪器观测造成影响，故每个基准点的方位角变形差异就有大有小，笼统地求平均值可能不能客观地表现这一差异。故提出了“基准角差分”。
三、结束语
随着我国实力的不断壮大，我国的地铁项目已经向各个市区快速发展，是国家重点投资的一个项目，而作为地铁的重要部分，隧道的结构就变得尤为重要。这时就需要我们打造最先进的地铁隧道自动化监测系统，保障地铁的完美运行，为我国向着发达国家的发展做出重要贡献，为我们成为社会主义强国奉献力量。
参考文献：
[1]王建生，钱陈栋.地铁保护区自动化监测高程精度分析[J].江苏建筑，2020（02）：69-71.
[2]曹强.地铁自动化监测方案设计与精度分析[J].北京测绘，2019（11）：1394-1397.
[3]熊刚，陈永光.基于高精度自动全站仪的地铁隧道结构自动化变形监测[J].测绘技术装备，2019（02）：57-60+54.