摘要：近年来，随着地铁隧道工程的大力开展，很多地铁隧道工程项目都遇到了地铁隧道形变的问题，对还在施工的地铁隧道造成了很大影响。在地铁隧道项目进展过程中，很多因素都会影响地铁隧道的外形，例如施工路段的土质条件、施工过程中土地上方建筑物对隧道整体的影响、施工过程中地铁隧道的开挖对之前已经挖好的路段的影响等，因此有必要对地铁隧道施工过程中的形变进行全天候自动化监测，以确保施工人员安全。本文对地铁隧道形变原因进行了原理分析，在此基础上基于三维建模和实时观测技术对地铁隧道形变进行分析观测，然后提出一种地铁隧道形变自动化监测方案，帮助施工方更容易面对地铁隧道形变问题。

关键词：地铁隧道形变;自动化监测;三维建模;参数分析

1 地铁隧道形变原因及自动化监测方案概述

1.1 地铁隧道形变的影响因素

地铁隧道形变的影响因素众多，主要有如下几点：

（1）施工期间地铁上方的建筑物负荷过载^[1]。

（2）地铁运行期间列车振动，与地铁隧道壁发生共振导致地铁隧道形变。

（3）地铁修建时分段修建，分段的区间施工标准略有差异导致地铁隧道形变。

（4）隧道附近打地基时基坑开挖会影响地铁隧道受力，导致地铁隧道形变。

（5）施工路段附近有地下水，水流对地铁隧道附近土壤侵蚀导致地铁隧道形变。

1.2 地铁隧道形变自动化监测方案概述

地铁隧道形变自动化监测方案主要有以下几种：

（1）通过输入施工起始数据，以地平线作为基准坐标，根据已知坐标系统对地铁隧道形变进行衡量。

（2）通过对上述观测方案中输入的观测矩阵进行优化，再附加一个表示控制网中各项标准参数权重的权重矩阵，使地铁隧道形变观测更为精确。

（3）观测值权重矩阵在进行分配时还要进行最优化协同，采用控制矩阵中较高精度的协因数对矩阵进行改良。

（4）可以通过提升观测点的数量来提高观测点质量，最大化减少测量工作内容，减少工作成本，优化监测方案^[2]。

1.3 测量方式概述

地铁隧道形变自动化监测方案测量方式如下：首先选定工作基点，布设到地铁隧道形变影响较小的地段，放置监测传感器，用来收集各项数据，放置过程要考虑工作点在隧道形变过程中是否通视的问题。测量标准主要检测地铁隧道主体断面，通过设置监测断面判断是否有形变发生在这一路段，监测点按照监测断面的分布安排位置^[3]。

2 地铁隧道形变的三维建模

2.1 地铁隧道形变快速建模

本文所述的地铁隧道形变建模方法主要包含以下流程。首先对地铁隧道进行尺寸测量，明确其录入过程中是否收到测量畸变和参数不稳定的影响，并且对已经录入的测量进行视觉校正。然后针对录入的测量数据，对其进行参数尺寸和几何尺寸的空间变换，对其进行放缩和参数点的数字化过程，确保其能够变为计算机识别参数可以识别的数字特征。在此基础上，通过对地铁隧道的轮廓信息进行采集，对其进行图像预处理和初步的地铁隧道边缘特征提取，确保其信息被初步整理，减少后续工作量^[4]。随后对地铁隧道进行几何轮廓的特征计算和设计。同时对于地铁隧道参数也进行特征识别，识别过程主要依靠对字符进行分割和特定字段的特征识别来进行，这个过程主要依靠计算机程序来进行。

2.2 地铁隧道形变的参数化

地铁隧道形变的参数化过程如下。地铁隧道形变测量系统在针对地铁隧道形变进行施工参数定位和数据处理过程中，其具体流程如下示。首先对地铁隧道形变施工参数进行ROI提取，对其参数点进行灰度化处理，将其彩色参数转化为适合地铁隧道形变监测系统进行数据识别处理的灰度数据。然后对初步处理的数据进行滤波降噪和数据增强处理。随后对已经初步处理的数据进行数据坐标系的转换，使之更好的被计算机算法进行特征识别。然后对其进行坐标系分割，利用灰度特征提取其边界特征。最后利用地铁隧道形变监测系统对其场景特征片段进行分析和施工参数采集，输出整合的地铁隧道形变施工参数定位信息结果。

2.3 地铁隧道形变空间分析技术

在对地铁隧道形变测量系统输入的施工参数进行初步处理之后，需要通过算法对施工数据进行变换，对其灰度值进行降低亮度处理，以提高其施工参数信息准确度，对其施工参数中的细节信息进行特征加强。其过程如下所示。在对施工数据进行特征加强之后，地铁隧道形变测量系统还需要对施工参数进行畸变处理，这个过程主要依靠施工参数校正来进行。施工参数校正算法主要利用滤波器的线性平滑特性对于高频段的施工参数信号噪声进行滤除，这样就能在一定程度上缓解施工参数畸变特性^[5]。对二维化坐标系下的施工参数进行施工参数校正。

地铁隧道形变空间分析技术所需的传感器选型标准如下：（1）需要匹配施工数据传感器芯片。（2）通过被测物体判断需要线阵形变分析传感器还是面阵形变分析传感器。（3）根据色彩分辨要求判断是否需要彩色形变分析传感器。（4）根据动态检测的速度要求选择形变分析传感器频率。（5）根据系统检测精度要求确定形变分析传感器分辨率。

3 地铁隧道形变自动化监测实际工程

3.1 工程概况

本文项目对两条地铁进行地铁隧道形变自动化监测方案设计。本项目主要在断面水平方向以及顶部设置自动化监测机器人和检测棱镜传感器，以用于检测两条隧道的形变程度。基准点的架设主要依靠植筋胶来进行固定。自动化监测工作基点的布置也应当在施工影响范围之外，第一组布置在适用范围50m之外，第二组布置在第一组30m之外，棱镜传感器距离隧道壁3-5cm左右，以确保及时观测到形变发生。

3.2 地铁隧道形变的参数化建模

地铁隧道形变的参数化建模主要依靠耦控制网复测方式进行，选用全站仪边角法进行测取。观测过程采用自动化监测方式来进行，通过观测后方交会处，以极坐标方式观测减少后方交会作用的影响。自动监测系统主要采用徕卡TM50全站仪，通过边角网平差进行测量。

4 总结

本文对施工工程中的地铁隧道形变进行了分析，对其原理进行分析阐述，在此基础上分析了地铁隧道形变监测的几种方式，并选取了适合本次项目的方式，对其工程方法进行分析改良，确保这种方法能够适用于地铁隧道形变监测。

参考文献

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