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地铁隧道结构变形自动监测技术应用

摘要：为了解基坑在施工过程中对毗邻地铁车站段隧道结构安全的影响情况，

信息化指导施工，在运营地铁隧道内安装结构变形自动监测系统，定时自动循环

监测、自动计算和分析监测结果，确保地铁隧道结构安全。

关键词：地铁隧道；自动化三维监测；自动监测系统；监测软件；差分技术；

差分改正

1工程概况

本工程位于花都区新华镇，交通较便利。因旁边工程建设，设地下车库2层，

基坑开挖深度为6.60m～8.45m，基坑周长约690.52m，基坑支护形式采用双排

桩+搅拌桩、放坡+搅拌桩+喷锚网、钻孔桩+内支撑+搅拌桩的组合支护方案。

基坑侧壁安全等级靠近地铁南侧为一级，其余为二级，基坑支护结构使用年限自

支护结构完工之日起计为1年。

基坑工程西南侧地下室紧邻广州地铁，基坑边线距离地铁车站结构边线距离

约为47m，长度约为242m。

为了解基坑在后续施工过程中对毗邻地铁车站段隧道结构安全的影响情况，

信息化指导施工，确保地铁隧道结构安全，在该项目基坑施工期间，我院对相邻

的地铁车站结构进行了变形自动化监测，实际监测的车站结构长度约300m（两

端超出约2倍基坑开挖深度），轨道层监测里程为：左线ZDK14+056～

ZDK14+361；右线YDK14+056～YDK14+361。

监测2坐标系统及高程基准

坐标2.1系统

以本工程监测区间段地铁隧道中轴线方向定义独立的平面直角坐标系，平行

于隧道中轴线的方向为Y轴，垂直于隧道中轴线的方向为X轴，竖直方向为Z轴。

其中ΔX为正表示向基坑内侧位移，为负表示向基坑外侧位移。

高2.2程基准

采用独立高程系统，以基准点K1为高程起算点，假设其高程为H=10.0000米。

高程变化量ΔZ为正表示上升，为负表示下沉。

监测3方法及精度分析

本项目监测区间为运营隧道，隧道内已封闭，因此采用自动化三维监测。

运用基于TCA1201+全站仪的变形自动监测系统，以自动有哪些信誉好的足球投注网站目标的全站仪为

测量工具，并配备L型单棱镜为目标棱镜，测定各变形点的三维坐标，持续计算

变形值。

工作流程如下图1所示：

图2极坐标测量原理图

式（1）表示测量点在测站独立坐标系下的坐标计算公式，当全站仪联测两个

或两个以上已知坐标点，通过后方交会的方法可以得到测站独立坐标系与已知控

制点所在坐标系的关系。

极坐标法测量点位的精度分析如下：

将（1）式两边对三个观测值S、α、β求全微分，并设平距，则得：

如果同一时刻测得某变形点的斜距为，那么经气象差分改正后的真实斜距为：

（3）多重实时差分系统理论精度分析

对（12）式两边微分并换成中误差形式，可导出以下极坐标差分三维坐标测量的精度估

算公式：

将（14）式代入（15）式得P点的点位中误差：

从上表中可以看出：

基准点至仪器站的距离不小于变形点的距离，对保证变形点的监测精度是非常重要的a.

（尤其是高程方向的精度）；

相对于监测站，对于某一距离的变形点，基准点距离的增大对提高变形点的三维坐标b.

精度不明显；

若要确使变形点的三维坐标的测量精度不低于，变形点的监测距离不应超过c.1000m；

d.在150米的监测范围内，极坐标实时差分测量三维坐标的理论估计精度能达到亚毫米，

约为±0.3mm。在500米的监测范围内，极坐标实时差分测量三维坐标的理论估计精度能达到

亚毫米，约为±0.5mm。

监测仪器设备4

本监测项目采用的监测仪器、设备如下表：

5监测系统的软硬件构成

监测系统的5.1硬件

基于TCA1201+全站仪的变形自动监测系统，以自动有哪些信誉好的足球投注网站目标的全站仪为测量工具，并配

备L型单棱镜，采用极坐标的测量方法，测定各变形点的三维坐标。同时将采集的数据通过

数据线自动传入控制计算机，计算机对所采集的数据进行分析处理，输出变形点的变形及相

关信息，便于有关人员及时掌握变形情况。监测网络系统的硬件组成如下：

自动化监测系统的硬件部分包括高精度自动全站仪、目标棱镜、计算机、数据线等部分

组成。