移动监测技术在地下开挖工程的应用

摘 要：加强对地下工程开外引起的地表变形检测技术的研究，具有非常重要的理论意义和现实意义。

关键词：移动检测技术；地下工程开挖；应用

中图分类号：TN 文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）06-0353-01

在社会经济高速发展的情况下，地面建筑的空间已经越来越少，地面交通的拥堵问题也日益严重，这就到这越来越多的大中城市开始将解决这些问题的目光投向了地下。地下空间作为城市的重要资源，在发达国家得到了国方面的应用，，我国城市地下空间的开发利用已经受到广泛重视、城市地下工程的兴建已经成为一种趋势。就地下铁路来看，我国从1965年开始修建地下铁道，至今已有北京、天津、上海、广州、深圳、南京等大城市建成部分地铁，杭州、武汉等其他城市以即将或将要修建地铁，我国的地铁建设已经步入快速发展阶段。

1 地下工程开挖对地表的危害

地下工程开挖引起的地表变形对于地面环境和周边建筑物有着严重的损害。在地铁工程施工中，地表沉降事故发生的概率很高，以深圳地铁一号线的建设为例，在施工工期内，地面沉降事故占总事故的25%。事故发生地位于深圳市区繁华地段，对工程周围的建筑物以及地下管线产生一定的影响。地表沉降的主要危害：

（1）沿海地区沉降使地面的雨海绵，受海水侵袭；

（2）一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力；

（3）桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通；

（4）在一些地面沉降强烈地区，伴随地面垂直沉陷发生的较大水平位移，会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害；

（5）在地面沉降去还有较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不至于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。

以地铁工程为例，进行地标移动监测的重要性体现在两个方面：

（1）城市地铁工程一般位于城市的繁华地段，周围建筑物密集，各种地下管线纵横复杂交错，一旦沉降事故发生，将可能造成建筑物开裂、倾斜、地下管线断裂等事故，影响市民正常生活，造成各种纠纷、进而影响工程施工的进度，增加工程的费用。

（2）沉降事故在地铁工程的施工中属于多发事故.同时其发生的直接表现为地下隧道拱顶的下沉或塌陷，而这种塌陷的发生又多于围岩涌水、涌泥，支护失效，工程爆破等原因引起。这些原因的存在和发生，导致施工现场的人员伤亡、设备破坏、进而影响工程进度，增加工程费用、造成严重的后果。

可以看出，事故的多发性和事故后果的严重性，使沉降事故成为地铁施工中的重大风险因素，对地铁工程地表移动监测与预测的研究是十分必要的。

2 地表变形监测技术

随着科学技术的不断发展，地表变形的监测方法也有了更多的选择。由于地下工程开挖引起地表变形的问题关系重大，涉及到公众财产和人身安全，因此数据需要具有比较高的精度和较高的观测频率，因而对于观测速度的要求也比较高。

在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的技术手段。近10年发展起来的空间对地观测遥感技术――合成孔径雷达干涉测量，在检测地震变形、火山地标移动、冰川飘逸、地表沉降、山体滑坡等方面，实验结果的精度已达到cm或mm级，表现出了很强的技术优势。

在地下工程开挖地表变形监测中采用静态GPS方法，连续观测4~6h，可达1mm左右的测量精度。在大坝、桥梁、滑坡的变形监测中，自动高精度全站仪也得到广泛应用，自动全站仪可以自动寻找目标，在计算机控制下可定时对一系列变形点自动观测，并将观测数据传输给检测中心处理。新型的机关扫描仪采用漫反射测距，测距精度为3~5mm，测量距离已达几百米之远，可在短时间内获得建筑物的影响和点阵的三维坐标，因此，在拱坝、桥梁、高边坡的变形监测中有较好的应用前景。但是精密水准测量依然是高精度高程信息获取的主要方法。

北京地铁一号线的地下和地表变形监测工作主要采用传统的精密水准测量方法来完成。监测工作采用了高精度的静力水准仪，在各个检测点上安装了这种造价昂贵的水准仪，测量精度可以达到0.1mm。每10min采集一次数据，直接和电脑相连接，可以实现24小时自动实时监测。面监测点的平面坐标测量则使用leica公司生产的TCA1800全站仪，测距精度可以达到1+2ppm，测量精度可以达到1秒，采用这些高精度的测量仪器可以基本保证测量的精度要求和速度要求。

2001年广州市广州地铁总公司批准了“非地铁施工时地铁结构变形监测”的科研项目，采用TCA2003全自动化全站仪为基础组成的自动变形监测系统，可以24小时无人值守，连续监测运行中的地铁隧道变形，且每次监测可以在地铁运行间隔内迅速完成。监测到的数据可以实时提供给施工方，已指导当前及下一步的施工，在工程应用中取得了良好的效果。

一个完整的自动化动态监测系统是指在无需操作人员干预的条件下，实现自动观测、记录、处理、存储、报表编制、预警预报等功能。它由一系列的软件和硬件构成，整个系统配置包括TCA自动化全站仪、棱镜、通讯电缆及供电电缆、计算机与专用软件。

系统特点：

（1）在无人值守的情况，可以实现24小时连续自动检测，列车运行时，系统也可以自动进行监测，克服了传统测量方法的不足，节约了大量的人力，为地铁安全运营应提供了保障。

（2）建立高精度的基准点，采用实时差分式测量方案，可以最大限度的减弱或者消除误差因素，从而大幅度提高测量结果的精度。变形监测点位精度优于1mm。

（3）实时进行数据处理、数据分析、报表输出及提供图形等。

（4）远程监控，实时报警。

（5）在短时间内同时测得点位的三维坐标，可根据设计方案的要求做全方位的预报。

三维激光影像扫描仪技术是20实际90年代中期出现的一项高新科技，是继GPS空间定位系统之后的又一项测绘技术新突破。是一种崭新的革命的测量工具。三维激光影像扫描仪小型便携，精确高效，安全稳定，可操作性强，能在几分钟内对多感兴趣的趋于建立详尽准确的三维立体影像，能提供准确的定量分析，可广泛应用于各相关领域。三维激光影像扫描技术，作为一种全新的测绘技术，具有许多新的特性及功能，将其引入到变形监测领域，探索其在该领域内的应用方法及理论。将具有及其现实的意义。尽管国内外已有将该技术应用于构筑物的变形及安全监测的先例，但与其配套的理论和方法仍然欠缺，迄今为止，尚未发现有相关的论述基于三维激光影像扫描技术的变形监测的较为系统的文献。

3 结束语

城市地下空间的开发利用既是调节城市土地利用结构，扩充城市空间容量的重要手段，，也是建立现代化城市综合交通体系、防灾救灾综合体系的重要途径，同时也是城市基础设施现代化建设的主要方法。可以说，没有城市地下空间开发利用就没有城市的可持续发展。通常，若地面各项变形的预计结果均大于或部分大于该建筑物保护等级所允许的最大变形值，又不拟采用适当的保护措施，则建筑物将遭到较大的损害，甚至遭到破坏。因此，加强对地下工程开外引起的地表变形检测技术的研究，具有非常重要的理论意义和现实意义。地下工程开挖地表移动监测技术的研究对于我国目前处于高速发展的大中城市的快速发展和社会的稳定与和谐具有非常重大的意义，实际应用前景非常广阔。