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摘要：普通的常规测量方法用于隧道结构监测是比较有困难的.本文通过地铁隧道结构自动化监测实例与分析具体阐述了监测的要求、监测点的布设、监测数据处理分析及测结果评述，为指导深基坑开挖及地铁隧道安全提供了保障。
关键字：自动化监测 地铁隧道 深基坑 自动化全站仪
1 工程概况及特点
本项目是位于广州市珠江新城珠江大道东与珠江大道西之间区域深基坑底下方的集运隧道。隧道分为上下行线， 受施工影响的监测长度约为410米，布设216个监测点，基坑挖土期间一天监测四次，监测精度为±1.0mm。影响本监测隧道基坑具体位置在广州市珠江新城金穗路以北，规划占地总面积约6.5万平方米，地下总建筑面积约10万平方米，地下二层，基坑深约13米。支护结构方案采用桩锚支护
2、监测目的
本项目深基坑施工对周边环境产生了不能忽视相互影响.在基坑大量持续挖土的时期，位于基坑底下方的集运隧道在竖直方向上的影响是最大的。这对于普通的常规测量方法是比较有困难的.
通过选用自动化监测方法，随时了解本项目集运隧道结构变形情况，通过对各监测点变形量与预警值的比较和综合分析，提出预警预测；及时做好安全防范措施，确保安全施工；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。
3、地铁隧道监测案例
3.1本项目主要工作内容
本项目主要工作内容为集运系统的变形及沉降观测，即必须了解变形监测点的三维坐标的变化。
序号 监测项目 位置或监测对象 测点布置 监测频率 预警值 监测项目允许值
1 隧道结构位移监测 管片环向内侧 间距15 m，共设216个观测点 每6小时观测一次 10 mm 15 mm
2 隧道结构沉降监测 管片环向内侧 间距15 m，共设216个观测点 每6小时观测一次 10 mm 15 mm
3.2基准点和监测点的布设
基准点布设：集运隧道在布设监测基点时，分上、下行线隧道布设，各布设4个基准点，即在基坑影响范围外的隧道北端，隧道壁两侧各布设2个基准点；在基坑影响范围外的隧道南端，隧道壁两侧各布设2个基准点。在上、下行线受基地开挖影响的中间的隧道结构壁各布设2个工作基准点。如图3.1所示：
图3.1 基准点及工作基准点布设图
监测点布设：监测断面间隔约为15m，两个隧道各布设27个断面，一共布设54个断面，上行线编号为S01～S27，下行线编号为X01～X27。其中每个断面为4个点，总共布设216个观测点。因为存在小视场中的棱镜分辨问题，在较远处断面的监测点在埋设时，必须相互错开一些距离。监测点在监测报表中注明相应的隧道里程。
4、自动化监测
4.1 监测设备配置
监测设备配置见下表：
仪器、设备 型号 精度 数量
自动全站仪 TCA1800 1"；1mm+2ppm 4台
大棱镜 12个
小棱镜 216个
台式电脑 2台
笔记本电脑 4台
无线上网设备 4部
无线传输系统 2套
4.2基准点和监测点的埋设
基准点的埋设：使用钢支架牢固安装在隧道内壁，同时支架固定装上棱镜连接螺丝，实现强制对中，棱镜距隧道壁0.4～0.5米，确保观测通视良好。基准点必须埋设稳固，保证整个监测过程中不受破坏。
工作基点埋设：使用钢支架牢固安装在隧道内壁，强制对中，即于支架固定装仪器、棱镜连接螺丝，以作仪器、棱镜安装之用。
監测点的埋设：采用L型棱镜，在地铁隧道结构牢固安装好L型棱镜作为监测点，并使棱镜面正对工作基点（即测站点）。
4.3隧道自动化监测系统
安装自动变形监测系统首先应结合地铁设备安装图纸上完成基准点、工作基准点、监测点的布设及现场安装调试，其次仪器、基准点及监测点都采用强制对中固定在地铁隧道结构，采用全自动化的监测方式采集监测点的边角数据，通过温度气压传感器实时监测的数据进行距离和角度改正，同时固定在工作基点上的TCA1800自动全站仪，连接计算机中继站，通过网络与项目部的远程监控计算机相连接进行远程监控控制。自动化监测系统完成设备安装，则利用仪器的自动化功能，定时启动仪器进行自动化数据采集，并建立网络数据通讯传输系统，配合自动化数据采集系统进行数据采集，及时处理观测中出现意外错误（误差超限、目标被遮挡等则系统自动报警），并进行相应的延迟处理或重复执行等操作。采集的数据经数据软件处理后，生成变形监测报表，再通过网络传输到项目部。如图4.1：
图4.1自动化位移及升降监测
自动变形监测系统主要是由命令传输、点位观测、数据采集和数据处理几个方面的模块组成，其具体的结构如图4.3所示。
图4.2自动变形监测系统的组成
4.3位移和沉降监测方法
本项目自动监测系统主要就是在工作基准点上架设仪器，观测基准点和目标点得出变形体的变形趋势，上下两线各采用两台测量机器人、配套的监测软件、计算机以及通讯电缆建立基站，通过对基准点和变形点的持续的周期性观测结果进行比较、实时改正，从而得出变形点的三维变形量，进行安全和稳定性等分析，得到所需要的数据成果。
在每一期自动观测时，首先进行基准网稳定性和可靠性的检核，基准网由工作基点和基准点组成，每个工作基点上的全站仪需对两个基准点和另一个工作基点进行水平角、垂直角和距离观测，构成含多个已知点的无定向导线网，通过实时平差计算，提供实时动态基准。
监测点采用极坐标法进行变形监测，采用方向观测法三测回测定，并采用距离差分、角度差分等技术进行监测点的数据处理，计算各监测点的平面坐标和高程。监测点坐标与上一期坐标的差值，即为该点的相对位移量；与初始值（第一期）坐标的差值，即为该点的累计位移量；监测点高程与上一期高程的差值，即为该点的相对沉降量；与初始值（第一期）高程的差值，即为该点的累计沉降量。 5、监测数据处理分析及监测结果评述
自动化监测系统自动数据采集、自动平差及自动生成监测报表，其中集运隧道结构自动变形监测成果表 （上行线）部分监测成果如下表：
根据集运隧道监测成果及对应的变化曲线图的趋势得出如下规律：1）隧道北侧K2+038～K2+420段施工期间，变形较小，处于稳定状态，基本受隧道上方基坑工程施工的影响不显著；2）集运隧道K2+203～K2+233段主体结构在相应上方基坑土方开挖初期，显示有较明显的上浮现象（位移坐标变化不大，高程变化较明显），经现场巡视并由设计方及甲方专家分析，该处变形较大有两种可能，其一是与上面的基坑土方开挖过快有关；其二为该处开挖面与隧道结构之间的垂直距离偏小。经过施工方按此及時调整了开挖速度，采取了均匀开挖的施工方案，这之后，此段主体结构的沉降与位移的变化速率得到了控制，基本与其他区域相同，再没有出现异常现象，从而体现自动化监测数据的灵敏性；3）集运隧道主体结构的其余部分基本都随相应上方基坑开挖施工，主体结构因上方压力变小而有缓慢的上浮；当开挖完成后，则上浮越来越小，可以监测出这种微小的变化；同时，隧道结构相应上方主体工程逐步建成完工，随着上方压力的增加，集运隧道主体结构也伴随有微小的下沉，但不显著；4）至2010年3月份后，从监测点变化曲线图可看出集运隧道主体结构的变化已趋于稳定，基本接近于零；精密的监测结果显示：随上方基坑施工建设项目影响的减小，集运隧道K2+038～K2+420段已完全恢复到稳定状态。
6、监测结论
从2009年10月开始监测，到2010年5月隧道上方基坑回填完成了变形监测工作，共完成了610次的变形监测；根据集运隧道变形监测数据和变化曲线图趋势，基地施工期间集运隧道内部结构的变化是不显著的，随上方施工项目的完成，集运隧道处于稳定安全的状态。总结本项目隧道结构自动化监测经验如下：
1）、认真做好施工组织工作和现场考察以及资料的收集，编制详细而有针对性的技术方案，是确保按质按量完成监测任务的前提。
2）、对于现场环境复杂、监测点多、监测频率高、监测精度要求高的自动化监测工程项目，合理的施工组织措施，制定适宜的监测施工工艺，是提高监测效率和保证成果可靠性的有效途径；
3）、地铁隧道在自动化监测过程中，根据监测数据，再结合深基坑开挖进度、监测现场、地质情况对监测成果进行充分、深入的理论分析，使得施工监测及时指导基坑安全施工得以实践的关键；
4）.地铁隧道自动化监测过程中，各参建单位密切配合，并及时提供必要的帮助是必不可少的因素。
参考文献
[1] JGJ8.建筑变形测量规范.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2] JGJ120.建筑基坑支护技术规程 .北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3] 张正碌.工程测量学.武汉：武汉大学出版社，2005.
[4] 黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理.武汉：武汉大学出版社，2003.
关键字：自动化监测 地铁隧道 深基坑 自动化全站仪
1 工程概况及特点
本项目是位于广州市珠江新城珠江大道东与珠江大道西之间区域深基坑底下方的集运隧道。隧道分为上下行线， 受施工影响的监测长度约为410米，布设216个监测点，基坑挖土期间一天监测四次，监测精度为±1.0mm。影响本监测隧道基坑具体位置在广州市珠江新城金穗路以北，规划占地总面积约6.5万平方米，地下总建筑面积约10万平方米，地下二层，基坑深约13米。支护结构方案采用桩锚支护
2、监测目的
本项目深基坑施工对周边环境产生了不能忽视相互影响.在基坑大量持续挖土的时期，位于基坑底下方的集运隧道在竖直方向上的影响是最大的。这对于普通的常规测量方法是比较有困难的.
通过选用自动化监测方法，随时了解本项目集运隧道结构变形情况，通过对各监测点变形量与预警值的比较和综合分析，提出预警预测；及时做好安全防范措施，确保安全施工；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。
3、地铁隧道监测案例
3.1本项目主要工作内容
本项目主要工作内容为集运系统的变形及沉降观测，即必须了解变形监测点的三维坐标的变化。
序号 监测项目 位置或监测对象 测点布置 监测频率 预警值 监测项目允许值
1 隧道结构位移监测 管片环向内侧 间距15 m，共设216个观测点 每6小时观测一次 10 mm 15 mm
2 隧道结构沉降监测 管片环向内侧 间距15 m，共设216个观测点 每6小时观测一次 10 mm 15 mm
3.2基准点和监测点的布设
基准点布设：集运隧道在布设监测基点时，分上、下行线隧道布设，各布设4个基准点，即在基坑影响范围外的隧道北端，隧道壁两侧各布设2个基准点；在基坑影响范围外的隧道南端，隧道壁两侧各布设2个基准点。在上、下行线受基地开挖影响的中间的隧道结构壁各布设2个工作基准点。如图3.1所示：
图3.1 基准点及工作基准点布设图
监测点布设：监测断面间隔约为15m，两个隧道各布设27个断面，一共布设54个断面，上行线编号为S01～S27，下行线编号为X01～X27。其中每个断面为4个点，总共布设216个观测点。因为存在小视场中的棱镜分辨问题，在较远处断面的监测点在埋设时，必须相互错开一些距离。监测点在监测报表中注明相应的隧道里程。
4、自动化监测
4.1 监测设备配置
监测设备配置见下表：
仪器、设备 型号 精度 数量
自动全站仪 TCA1800 1"；1mm+2ppm 4台
大棱镜 12个
小棱镜 216个
台式电脑 2台
笔记本电脑 4台
无线上网设备 4部
无线传输系统 2套
4.2基准点和监测点的埋设
基准点的埋设：使用钢支架牢固安装在隧道内壁，同时支架固定装上棱镜连接螺丝，实现强制对中，棱镜距隧道壁0.4～0.5米，确保观测通视良好。基准点必须埋设稳固，保证整个监测过程中不受破坏。
工作基点埋设：使用钢支架牢固安装在隧道内壁，强制对中，即于支架固定装仪器、棱镜连接螺丝，以作仪器、棱镜安装之用。
監测点的埋设：采用L型棱镜，在地铁隧道结构牢固安装好L型棱镜作为监测点，并使棱镜面正对工作基点（即测站点）。
4.3隧道自动化监测系统
安装自动变形监测系统首先应结合地铁设备安装图纸上完成基准点、工作基准点、监测点的布设及现场安装调试，其次仪器、基准点及监测点都采用强制对中固定在地铁隧道结构，采用全自动化的监测方式采集监测点的边角数据，通过温度气压传感器实时监测的数据进行距离和角度改正，同时固定在工作基点上的TCA1800自动全站仪，连接计算机中继站，通过网络与项目部的远程监控计算机相连接进行远程监控控制。自动化监测系统完成设备安装，则利用仪器的自动化功能，定时启动仪器进行自动化数据采集，并建立网络数据通讯传输系统，配合自动化数据采集系统进行数据采集，及时处理观测中出现意外错误（误差超限、目标被遮挡等则系统自动报警），并进行相应的延迟处理或重复执行等操作。采集的数据经数据软件处理后，生成变形监测报表，再通过网络传输到项目部。如图4.1：
图4.1自动化位移及升降监测
自动变形监测系统主要是由命令传输、点位观测、数据采集和数据处理几个方面的模块组成，其具体的结构如图4.3所示。
图4.2自动变形监测系统的组成
4.3位移和沉降监测方法
本项目自动监测系统主要就是在工作基准点上架设仪器，观测基准点和目标点得出变形体的变形趋势，上下两线各采用两台测量机器人、配套的监测软件、计算机以及通讯电缆建立基站，通过对基准点和变形点的持续的周期性观测结果进行比较、实时改正，从而得出变形点的三维变形量，进行安全和稳定性等分析，得到所需要的数据成果。
在每一期自动观测时，首先进行基准网稳定性和可靠性的检核，基准网由工作基点和基准点组成，每个工作基点上的全站仪需对两个基准点和另一个工作基点进行水平角、垂直角和距离观测，构成含多个已知点的无定向导线网，通过实时平差计算，提供实时动态基准。
监测点采用极坐标法进行变形监测，采用方向观测法三测回测定，并采用距离差分、角度差分等技术进行监测点的数据处理，计算各监测点的平面坐标和高程。监测点坐标与上一期坐标的差值，即为该点的相对位移量；与初始值（第一期）坐标的差值，即为该点的累计位移量；监测点高程与上一期高程的差值，即为该点的相对沉降量；与初始值（第一期）高程的差值，即为该点的累计沉降量。 5、监测数据处理分析及监测结果评述
自动化监测系统自动数据采集、自动平差及自动生成监测报表，其中集运隧道结构自动变形监测成果表 （上行线）部分监测成果如下表：
根据集运隧道监测成果及对应的变化曲线图的趋势得出如下规律：1）隧道北侧K2+038～K2+420段施工期间，变形较小，处于稳定状态，基本受隧道上方基坑工程施工的影响不显著；2）集运隧道K2+203～K2+233段主体结构在相应上方基坑土方开挖初期，显示有较明显的上浮现象（位移坐标变化不大，高程变化较明显），经现场巡视并由设计方及甲方专家分析，该处变形较大有两种可能，其一是与上面的基坑土方开挖过快有关；其二为该处开挖面与隧道结构之间的垂直距离偏小。经过施工方按此及時调整了开挖速度，采取了均匀开挖的施工方案，这之后，此段主体结构的沉降与位移的变化速率得到了控制，基本与其他区域相同，再没有出现异常现象，从而体现自动化监测数据的灵敏性；3）集运隧道主体结构的其余部分基本都随相应上方基坑开挖施工，主体结构因上方压力变小而有缓慢的上浮；当开挖完成后，则上浮越来越小，可以监测出这种微小的变化；同时，隧道结构相应上方主体工程逐步建成完工，随着上方压力的增加，集运隧道主体结构也伴随有微小的下沉，但不显著；4）至2010年3月份后，从监测点变化曲线图可看出集运隧道主体结构的变化已趋于稳定，基本接近于零；精密的监测结果显示：随上方基坑施工建设项目影响的减小，集运隧道K2+038～K2+420段已完全恢复到稳定状态。
6、监测结论
从2009年10月开始监测，到2010年5月隧道上方基坑回填完成了变形监测工作，共完成了610次的变形监测；根据集运隧道变形监测数据和变化曲线图趋势，基地施工期间集运隧道内部结构的变化是不显著的，随上方施工项目的完成，集运隧道处于稳定安全的状态。总结本项目隧道结构自动化监测经验如下：
1）、认真做好施工组织工作和现场考察以及资料的收集，编制详细而有针对性的技术方案，是确保按质按量完成监测任务的前提。
2）、对于现场环境复杂、监测点多、监测频率高、监测精度要求高的自动化监测工程项目，合理的施工组织措施，制定适宜的监测施工工艺，是提高监测效率和保证成果可靠性的有效途径；
3）、地铁隧道在自动化监测过程中，根据监测数据，再结合深基坑开挖进度、监测现场、地质情况对监测成果进行充分、深入的理论分析，使得施工监测及时指导基坑安全施工得以实践的关键；
4）.地铁隧道自动化监测过程中，各参建单位密切配合，并及时提供必要的帮助是必不可少的因素。
参考文献
[1] JGJ8.建筑变形测量规范.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2] JGJ120.建筑基坑支护技术规程 .北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3] 张正碌.工程测量学.武汉：武汉大学出版社，2005.
[4] 黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理.武汉：武汉大学出版社，2003.