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摘要：随着城市化进程的快速推进，城市人均道路面积很低，同时全球环境、能源等问题日益突出。地铁以其“速度快，低能耗，少污染，客运量大”的特点在城市中越来越受欢迎，很好地缓解了城市交通堵塞问题。而由于地铁大多处于市区和建筑物密集的区域，随着地铁的施工中可能会破坏原有的土层结构，这会导致基坑支护结构、邻近建筑物、地下管线和隧道产生变形。这些变形量或变形速率一旦超过规定值，就可能发生安全事故，造成巨大的损失。因此必须进行实时的监测，掌握施工过程中变形量的动态信息，指导施工作业和确保施工安全。本文主要介绍地铁施工过程中的监测项目、变形监测的方法，并介绍相关的变形预测的方法。
关键词：地铁;施工;变形监测
1前言
在地面测量中，测量机器人和地面三维激光扫描仪正在逐渐代替水准仪和全站仪等人工观测技术;在地下测量中，测斜仪和沉降仪等技术越来越自动化、数字化;在空间对地测量中，GPS、InSAR等技术正在快速发展和应用。而伴随着这些自动化技术在变形监测中的应用，内业的数据分析处理的方法层出不穷。而这些方法的的根本目的就是使变形分析更加方便、误差更小。例如灰色系统分析不需要大量的监测数据就可以进行分析预测的方法，这样可以大大减少外业数据采集的工作量。
2地铁施工中变形监测项目
地铁施工中主要的变形监测项目有基坑支护结构沉降、水平位移监测;深层水平位移监测;基坑坑底回弹监测;相邻建筑物沉降和倾斜监测;隧道拱顶下沉和侧壁向内收敛。
3变形监测的实施
3.1基坑变形监测
3.1.1基坑支护结构水平位移监测
⑴前方交会法
如上图3-1：A、B、C为三个基准点，P为待监测点，在A、B、C三个已知点上分别设站观测ɑ1、ɑ2、β1、β2，计算出P点的坐标。交会角最好接近90°，若有条件限制，则交会角最好60°-120°。
⑵视准线小角法
如图3-2：A、B为视准线上的两个基准点，在A点安置仪器，分别瞄准基准点B和监测点P，用测回法测得∠BAP。设初次观测的角度为β0，第n期观测值为βn，计算出两次观测角度变化量，即可计算出p点的水平位移d。
⑶GPS测量法
⒈首先要进行网的设计。在变形区域以外布设，布设的这些基准点能构成一个基准网，可以定期进行相互检测。监测网要尽量是边连式的，网点之间不需通视，但要信号良好。
⒉然后外业数据采集。一个监测点至少要和两个基准点或工作基点进行直接联测。每一次的观测需要用相同的方法，一定周期进行监测。外业静态观测要符合相关要求，在此不再详述。
⒊最后就是数据处理与分析，提取变形信息。利用首期监测的数据，以基准点到监测点的基线为约束条件，进行基线解算。从第二期开始就不用进行基线解算、平差计算和求坐标差等步骤，可以直接求出监测点相对与首期点位的三维变形量。
⑷地面三维激光扫描仪
监测过程：
⒈为了提高测量精度的需要，先在待扫区域用标靶布设若干监测点，并用全站仪测出这些点的坐标。
⒉架好仪器，进行扫描参数设置。设置完成后对扫描区域和标靶全景化扫描，然后进行复测，得到两次基坑的数据并处理。
⒊最后将两次的数据进行对比就能得到变形数据。为了提高精度，应尽量地少设站，減少拼接。
3.1.2支护结构沉降监测
利用精密水准测量进行沉降监测。
①架设仪器，整平，使仪器对中。
②照准后尺，使垂直丝照准条码中央。调焦使条码清晰，按测量键读数。然后依次读前尺、后尺、前尺。
③测站检查合格后，搬站。
3.1.3基坑坑底回弹
基坑回弹量的监测可用回弹监测标。回弹监测标使用方法如下：
⑴利用钻机钻孔至设计标高以下20cm，将回弹标旋入钻杆下端，顺着钻孔放到孔低，并压入孔低土中40～50cm，此时回弹标尾部已经被压入土中。将回弹标和钻杆分离，提起钻杆。
⑵放入辅助测杆，进行水准测量，得到回弹监测标的高程。
在监测坑底回弹时，至少要监测三次：
①要在基坑开挖之前监测一次。
②基坑挖好之后的高程测量。
③浇灌混凝土之前的高程测量。
3.1.4深层水平位移监测
原理：测斜管埋设在土中，当土体变形时，测斜管会随土体在一起产生位移。将测斜管分成n个测段，每个测段长为，在某一深度位置上测得两对导轮之间的倾角，计算可得到这一区段的变化。
3.2相邻建筑物监测
下面主要介绍建筑物倾斜监测
直接法测定建筑物倾斜：
先在建筑物基础底部的横梁上布设有明显的竖向照准标志线的一观测标志。再用精密经纬仪或全站仪向上投测竖向轴线，在竖向轴线上一次布设观测标志。当建筑物发生倾斜时将由垂直线变为倾斜线。观测时，在观测点上安置精密测角仪器，先照准A，再向上调望远镜，依次观测标志B和C，测得各观测标志的偏离值e，计算得到倾斜角。
3.3拱顶下沉监测
拱顶下沉为监测隧道衬砌结构在在上部土体重力作用下引起的沉降，主要是利用二等水准仪进行精密水准测量。
监测时通过竖井将地面基准点引入到隧道，在隧道里相对稳定的的地方设置三个以上的基准点，基准点之间要便于联测。在拱顶布设监测点，将经过检校的钢尺悬挂于监测点。通过测出拱顶下沉点与基准点的高差得到下沉监测点的高程，然后进行周期性的监测，通过比较各个监测点每次的高程变化来分析变形量[3]。
3.4侧壁向内收敛
侧壁向内收敛监测是测量隧道断面上的尺寸变化。监测主要采用收敛仪法。 监测时，在欲监测的断面两侧设置两个固定的监测点，然后将收敛仪的两端与这两个固定的点相连，即可监测出两点间的距离及变化。每次重复读数三次，取平均值作为本次读数。
4变形预测的方法
变形预测主要是回归分析和灰色系统分析
4.1多元线性回归分析
当预测对象受到多个因素影响时，如果这些因素与预测对象的关系近似地呈线性关系，则可建立多元线性回归模型来进行分析和预测。
求得参数后就得到了回归模型，而这个回归模型只是一个假设，需要进行显著性检验，再进行变形预报。
4.2灰色系统分析
灰色系统分析研究的是利用贫信息建模，在贫信息情况下解决问题。
灰色系统分析是通过数据生成的方式，将毫无规律的序列生成有规律可寻的序列的过程，即由灰变白。
5总结
目前变形监测中采用的传统的方法和技术还是比较多的，测量机器人和地面三维激光扫描仪的应用还不是很多。以后随着仪器的价格的下降，精度的提高，这些仪器在变形监测中的应用会越来越广泛。同时可以和传统的测量仪器相互结合使用，实现多种监测设备多层次的集优化。
参考文献
[1]陈文涛.矿区GPS变形监测应用研究[J].太原科技，2008，（6）：88 -89 .
[2]张磊.浅谈地铁暗挖施工技术[J].中国科技博览，2011，（13）：136 -136 .
[3]林森.浅谈地铁施工中的几种方法[J].中国科技投资，2014.
[4]王继辉，李丹.简述监控量测在城市轨道交通施工中的流程[J].科技经济市场，2011，11：29-30.
[5]刘绍堂. 隧道施工期間的变形监测技术[J]. 地下空间与工程学报，2006，S2：1346-1348+1359.
[6]杨佳洁.高层建筑变形监测精度分析研究[D].内蒙古师范大学，2012.
[7]杨佳洁.一元线性回归分析法在高层建筑变形监测分析与预报中的应用[J].科技致富向导，2012，15：89-90.
[8]张帆.地铁施工第三方监测管理信息系统的研究和开发[D].北京交通大学，2006.
[9]宋晓第.浅谈建筑工程中变形监测的施测[J].科技资讯，2009，（36）：37 -37.
[10]曹占虎.某地铁区间盾构法施工监测分析[J].测绘工程，2014，23（9）： - .
[11]张文康.侧方交会的精度分析[J].轻金属，2006，（12）：6 -8.
[12]徐高飞，徐小杰.浅议水工建筑物表面水平位移监测方法[J].浙江水利科技，2007，（4）：54 -56.
作者简介：杨友森，男，1993年2月，汉，山西运城，硕士研究生，助理工程师，中冶集团武汉勘察研究院有限公司，研究方向：GNSS数据处理。
中冶集团武汉勘察研究院有限公司 湖北 武汉 43000
关键词：地铁;施工;变形监测
1前言
在地面测量中，测量机器人和地面三维激光扫描仪正在逐渐代替水准仪和全站仪等人工观测技术;在地下测量中，测斜仪和沉降仪等技术越来越自动化、数字化;在空间对地测量中，GPS、InSAR等技术正在快速发展和应用。而伴随着这些自动化技术在变形监测中的应用，内业的数据分析处理的方法层出不穷。而这些方法的的根本目的就是使变形分析更加方便、误差更小。例如灰色系统分析不需要大量的监测数据就可以进行分析预测的方法，这样可以大大减少外业数据采集的工作量。
2地铁施工中变形监测项目
地铁施工中主要的变形监测项目有基坑支护结构沉降、水平位移监测;深层水平位移监测;基坑坑底回弹监测;相邻建筑物沉降和倾斜监测;隧道拱顶下沉和侧壁向内收敛。
3变形监测的实施
3.1基坑变形监测
3.1.1基坑支护结构水平位移监测
⑴前方交会法
如上图3-1：A、B、C为三个基准点，P为待监测点，在A、B、C三个已知点上分别设站观测ɑ1、ɑ2、β1、β2，计算出P点的坐标。交会角最好接近90°，若有条件限制，则交会角最好60°-120°。
⑵视准线小角法
如图3-2：A、B为视准线上的两个基准点，在A点安置仪器，分别瞄准基准点B和监测点P，用测回法测得∠BAP。设初次观测的角度为β0，第n期观测值为βn，计算出两次观测角度变化量，即可计算出p点的水平位移d。
⑶GPS测量法
⒈首先要进行网的设计。在变形区域以外布设，布设的这些基准点能构成一个基准网，可以定期进行相互检测。监测网要尽量是边连式的，网点之间不需通视，但要信号良好。
⒉然后外业数据采集。一个监测点至少要和两个基准点或工作基点进行直接联测。每一次的观测需要用相同的方法，一定周期进行监测。外业静态观测要符合相关要求，在此不再详述。
⒊最后就是数据处理与分析，提取变形信息。利用首期监测的数据，以基准点到监测点的基线为约束条件，进行基线解算。从第二期开始就不用进行基线解算、平差计算和求坐标差等步骤，可以直接求出监测点相对与首期点位的三维变形量。
⑷地面三维激光扫描仪
监测过程：
⒈为了提高测量精度的需要，先在待扫区域用标靶布设若干监测点，并用全站仪测出这些点的坐标。
⒉架好仪器，进行扫描参数设置。设置完成后对扫描区域和标靶全景化扫描，然后进行复测，得到两次基坑的数据并处理。
⒊最后将两次的数据进行对比就能得到变形数据。为了提高精度，应尽量地少设站，減少拼接。
3.1.2支护结构沉降监测
利用精密水准测量进行沉降监测。
①架设仪器，整平，使仪器对中。
②照准后尺，使垂直丝照准条码中央。调焦使条码清晰，按测量键读数。然后依次读前尺、后尺、前尺。
③测站检查合格后，搬站。
3.1.3基坑坑底回弹
基坑回弹量的监测可用回弹监测标。回弹监测标使用方法如下：
⑴利用钻机钻孔至设计标高以下20cm，将回弹标旋入钻杆下端，顺着钻孔放到孔低，并压入孔低土中40～50cm，此时回弹标尾部已经被压入土中。将回弹标和钻杆分离，提起钻杆。
⑵放入辅助测杆，进行水准测量，得到回弹监测标的高程。
在监测坑底回弹时，至少要监测三次：
①要在基坑开挖之前监测一次。
②基坑挖好之后的高程测量。
③浇灌混凝土之前的高程测量。
3.1.4深层水平位移监测
原理：测斜管埋设在土中，当土体变形时，测斜管会随土体在一起产生位移。将测斜管分成n个测段，每个测段长为，在某一深度位置上测得两对导轮之间的倾角，计算可得到这一区段的变化。
3.2相邻建筑物监测
下面主要介绍建筑物倾斜监测
直接法测定建筑物倾斜：
先在建筑物基础底部的横梁上布设有明显的竖向照准标志线的一观测标志。再用精密经纬仪或全站仪向上投测竖向轴线，在竖向轴线上一次布设观测标志。当建筑物发生倾斜时将由垂直线变为倾斜线。观测时，在观测点上安置精密测角仪器，先照准A，再向上调望远镜，依次观测标志B和C，测得各观测标志的偏离值e，计算得到倾斜角。
3.3拱顶下沉监测
拱顶下沉为监测隧道衬砌结构在在上部土体重力作用下引起的沉降，主要是利用二等水准仪进行精密水准测量。
监测时通过竖井将地面基准点引入到隧道，在隧道里相对稳定的的地方设置三个以上的基准点，基准点之间要便于联测。在拱顶布设监测点，将经过检校的钢尺悬挂于监测点。通过测出拱顶下沉点与基准点的高差得到下沉监测点的高程，然后进行周期性的监测，通过比较各个监测点每次的高程变化来分析变形量[3]。
3.4侧壁向内收敛
侧壁向内收敛监测是测量隧道断面上的尺寸变化。监测主要采用收敛仪法。 监测时，在欲监测的断面两侧设置两个固定的监测点，然后将收敛仪的两端与这两个固定的点相连，即可监测出两点间的距离及变化。每次重复读数三次，取平均值作为本次读数。
4变形预测的方法
变形预测主要是回归分析和灰色系统分析
4.1多元线性回归分析
当预测对象受到多个因素影响时，如果这些因素与预测对象的关系近似地呈线性关系，则可建立多元线性回归模型来进行分析和预测。
求得参数后就得到了回归模型，而这个回归模型只是一个假设，需要进行显著性检验，再进行变形预报。
4.2灰色系统分析
灰色系统分析研究的是利用贫信息建模，在贫信息情况下解决问题。
灰色系统分析是通过数据生成的方式，将毫无规律的序列生成有规律可寻的序列的过程，即由灰变白。
5总结
目前变形监测中采用的传统的方法和技术还是比较多的，测量机器人和地面三维激光扫描仪的应用还不是很多。以后随着仪器的价格的下降，精度的提高，这些仪器在变形监测中的应用会越来越广泛。同时可以和传统的测量仪器相互结合使用，实现多种监测设备多层次的集优化。
参考文献
[1]陈文涛.矿区GPS变形监测应用研究[J].太原科技，2008，（6）：88 -89 .
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[6]杨佳洁.高层建筑变形监测精度分析研究[D].内蒙古师范大学，2012.
[7]杨佳洁.一元线性回归分析法在高层建筑变形监测分析与预报中的应用[J].科技致富向导，2012，15：89-90.
[8]张帆.地铁施工第三方监测管理信息系统的研究和开发[D].北京交通大学，2006.
[9]宋晓第.浅谈建筑工程中变形监测的施测[J].科技资讯，2009，（36）：37 -37.
[10]曹占虎.某地铁区间盾构法施工监测分析[J].测绘工程，2014，23（9）： - .
[11]张文康.侧方交会的精度分析[J].轻金属，2006，（12）：6 -8.
[12]徐高飞，徐小杰.浅议水工建筑物表面水平位移监测方法[J].浙江水利科技，2007，（4）：54 -56.
作者简介：杨友森，男，1993年2月，汉，山西运城，硕士研究生，助理工程师，中冶集团武汉勘察研究院有限公司，研究方向：GNSS数据处理。
中冶集团武汉勘察研究院有限公司 湖北 武汉 43000