1經濟的發展，社會的進步，離不（bú）開交通運輸行業的支持（chí），隨著我國城市化進程的不斷加快，社會對交通運輸行業的要（yào）求（qiú）越來越高，而在（zài）人均占地麵（miàn）積不斷（duàn）減（jiǎn）小的情況下，發（fā）展交（jiāo）通運輸業，隻能依靠地下隧道交通運輸的發展。地鐵隧道工程（chéng）在建設中和建設後，可能會由於自（zì）身（shēn）結構、地質、水體、臨近地區施工等（děng）因素的影響，發生隧道裂縫、變（biàn）形等危及隧道安全的病害，因此對地鐵隧道進行實時（shí）的、長（zhǎng）期的變形監測以（yǐ）便及時發現險情，保障隧道運營的安全性是十分必要的;地鐵隧道的變形監測不僅可為地鐵的安全運（yùn）營提供可靠保障，還（hái）能為今（jīn）後地鐵工程的修建及周（zhōu）邊工程的施工提供（gòng）重要的參考（kǎo）價值（zhí）。

　　2地鐵隧道變形監測

　　2.1地鐵隧道變形原因

　　2.1.1軌道結構（gòu）變形地鐵隧道變形包括軌道結構變形（xíng）和隧道結構變形兩種形式。其中軌道結構變形的主要原（yuán）因是列車荷載長期對軌道產生反複作用，使軌道發生幾何偏差，進而影響軌道的平整性和（hé）順暢性;除列車荷載作（zuò）用外，隧道周邊（biān）建設施（shī）工的卸載、負荷、加載也會引起道床的不均勻沉降，這種沉降同樣會影響軌道的平整度及順暢性（xìng）。對於鐵路來說，地鐵運行車輛重量較輕、速度低，軌道和車輛行走部分的變形一般不會引起地鐵事故（gù），但軌道變形造成的不平順可能會導致列車發生不正常振動，這會降低列車運行的穩定性，減少用戶的舒適度，更重要的是會加快軌道結構部件的損壞（huài）速度，從而間接影（yǐng）響列車的行車安全。2.1.2隧（suì）道結構（gòu）變形地鐵隧道結構變形發生在施工階段和運營階段，在施工階段，地鐵暗挖隧道工程（chéng）是在岩土體內部進行的，在開挖過程中對地下岩土的擾（rǎo）動是不可避免的，這就破壞了地下岩（yán）土體（tǐ）原有的平衡（héng）條件。隧道開挖時，地層初期受到的影響較小，發生的形變也是微型形變，隨著開挖的不斷深入，變形會極具增大（dà），然後（hòu）又（yòu）趨於緩慢。因此，在隧道開挖過程中應對隧道的拱頂下沉（chén）量和地表的下沉量進行檢測，以便於對隧道結構的穩定性和開挖工程的安（ān）全性提（tí）供分析依據。地鐵隧道開挖引起的地層變（biàn）形是一個漫長而（ér）緩慢的過程，無（wú）論是淺埋暗挖法（fǎ），還是盾構法，在工程完工投入使用後，都會不同程度的發生整體下沉的現象，尤其是工程處於軟（ruǎn）土層中時下沉現象更加明顯。交（jiāo）通對於經濟發展具有促進作用，地鐵隧道的建設同（tóng）樣也會促進周邊地（dì）區建築行業（yè）的發展，地（dì）鐵隧道附近和隧道上方基坑施工逐漸（jiàn）增（zēng）多，大規模的交通線網也不斷得以建設。在交通網線相互交叉穿越時，新工程的開挖會對既有（yǒu）地鐵隧道的受力狀況（kuàng）產生影響，原有的受力平衡被破壞（huài），地應力不得不重新分布，由此也引發了地（dì）鐵隧道的變形。

　　2.2地鐵隧（suì）道變形（xíng）監測內容

　　地鐵（tiě）隧道變形不（bú）僅會影響列車運行的穩定性，還可能對整個工（gōng）程及其臨近（jìn）工程的（de）結構造成影響，因此做好地鐵隧道變形的監測（cè）工作，對於維護地鐵隧道工程的安全具有實際意義。在實際的監測（cè）過程中，不同階段的監測（cè）任務不（bú）同，施工階段主要監測的內容（róng）包括工程支護結構、結構自身的穩定性、變形區的地表情況、建築物情況、管（guǎn）線及其他相關（guān）環境;隧道投入使（shǐ）用後監測（cè）的主要內容則為隧道運營情況和周邊建設情況對隧道軌道、道床和建築工程結構，同時還應對運營地區附近（jìn）的地表、建築、管線等相關情況進行（háng）實時監督。對工程施工階段和投入（rù）使用後（hòu）階段的變形（xíng）情況進行分析（xī）後，可知施工、使用後期間的隧道結構變形情況（kuàng）、施工階段的支護結構變形（xíng）情況（kuàng）、投入使用後軌道（dào）、道床的變形情況（kuàng）都屬於被監測對象。

　　2.3地鐵隧道變形監測技術

　　2.3.1傳統監測技術傳統監測技術是利用水準測量（liàng）儀的檢測功（gōng）能對隧道結構的變形情況進（jìn）行監測，主要對隧道變形區域的斷麵進行監測。該法在實際使用過程中存在一係列不足：首先，該法無法使用先進的遠程測量技術，在監測過程中不得不打（dǎ）斷監測區內的列車運行;其次，地鐵（tiě）隧道內可視性差，空間受到限製，運行環境複雜（zá），給監測的安全性和監測質量造成了不利影響;最後，監測點數（shù）量受限，若設置監測（cè）點過多（duō），不僅會增大工作量（liàng），還會延長監測周期的（de）長度，無法準（zhǔn）確的反映出變形的真實情況;若（ruò）設置監測點過（guò）少，無法根據有限的數據得（dé）到較為精準的變形趨勢，這對後期的隧道結構的變形負荷分析是極為不利（lì）的。傳統的監測技（jì）術（shù）已經（jīng）無法適應現代社會的需求，新型的監測技術急需被研發使（shǐ）用。2.3.2三維變形監測技術三維變形監測（cè）技術也被稱為激光雷達技術，該技術在實際測量時可完全擺（bǎi）脫人工操（cāo）作，被監測物體的幾何圖像的排列情況由掃（sǎo）描棱鏡中放（fàng）射的激光點雲中獲得，通（tōng）過激光（guāng）的快速測距功能，建立物體的三維空間模型。當三維（wéi）變形檢測技術在沒（méi）有發射棱鏡的情況（kuàng）下，能以最低10萬個點每秒的速度獲得某個監測點的三維坐標。檢（jiǎn）測（cè）方法如下：首先在被（bèi）監（jiān）測區域（yù）內沿著軌道中（zhōng）心線設置環形（xíng）閉合測量控製網;然後在隧道中心（xīn）後設橫斷麵，間距為3m，將反射標靶分別設置在牆壁垂線、穹拱、地鐵路基上，以便於三維激光（guāng）掃（sǎo）描收集點雲;最（zuì）後，隧道的（de）三維模型的確定則需要通過數據（jù）、連接、存儲等數（shù）據處理方式（shì）實現，這一係列的操作（zuò）是建立在（zài）曲線（xiàn）曲麵的非均（jun1）勻有理B樣條曲線表麵（miàn）函數基礎上的。對於地鐵隧道的變形監測來說，24h不間斷監測是保障隧道結構和地（dì）鐵安全原型的有效手段;但地鐵運行的密（mì）度較為（wéi）密集，若能在不打斷地（dì）鐵運行的情況下，保障（zhàng）測量人員的安全，同時還能保障測量結果的有效性則需要通過測量機器人的協助才能實現以上目標。測量機器人利用遠程自動檢測係統可對地（dì）鐵隧（suì）道的結構、牆壁垂線（xiàn）、隧道路基等實施不間斷監控，監控周期段，可（kě）在短時間內為工作人（rén）員提供地鐵隧道運行的安全狀態。

　　3地（dì）鐵隧道變形監測分析（xī）及預報方法

　　3.1測量機器人（rén）的布設

　　利用自動電子全站儀（yí）(ETS)進行隧道變形監測，該檢測設（shè）備也被稱為測量機器人（rén），是一（yī）種可自動對目標進（jìn）行搜索、辨認（rèn）、追蹤和校準（zhǔn）的三維坐標的智（zhì）能型監測設備，觀測點采用（yòng）全站儀自由設站的原則對隧道變形觀（guān）測點進行全程監測。在觀測點上放反射片，增加感光率，提高（gāo）觀（guān）測數據的（de）準（zhǔn）確性，其餘觀測（cè）任務則由測量機器人在軟件的控製下自動完（wán）成。通過對觀測周期的調節設定，可觀（guān）測不同時期的數據，然後利用計（jì）算軟件對不同周期的三維坐標值進行（háng）處理，最終獲得觀測點的三維（wéi）坐標異動情況，並以x，y，z表示。在對隧道變形進行監測（cè）時，測量機器人的設站（zhàn）方法如下：將觀測墩放在第一個鐵（tiě）軌的外麵，測量（liàng）機器人被用底座固定在觀測墩上，外側用玻（bō）璃罩保護，觀測站安裝反射片的數目控（kòng）製在6-16片，安裝區域（yù）分布在牆壁垂線、穹拱、軌道固定點和軌道排水渠各處，在監測過程中，所有的坐標數（shù）據均由測量機器人自動采集，然後通過數據線傳輸到控製服務器上。

　　3.2基（jī）準點及工作基點（diǎn）的設置

　　對隧道工程進（jìn）行變形監測時，通常將監測基準點放在車站內，如帶有強製歸心裝置的觀測墩處，左側出（chū）入段和左線各設置3個階段（duàn）點，定期對基準點進行檢（jiǎn）測（cè），確保（bǎo）監測結果的可靠性。工作幾點布設時，可在監測範圍內中部的隧（suì）道側牆上設置托架，長度為400mm，左出入（rù）線段和左線分別設置1個工作基點;變形監測點可按要求的斷麵進行布設，每個斷（duàn）麵在軌道附近（jìn）的道床上（shàng）布（bù）設兩個（gè）監測（cè）點，共設置六個觀測斷麵，對每個觀（guān）測點配備（bèi）反射棱鏡，棱鏡反射麵（miàn）指向工作基點。

　　3.3數據處理

　　3.3.1變形（xíng）數據（jù）處理方法發展現狀地鐵隧道變形監測的主要目的是通過采（cǎi）集隧道結構的變形數據，了解隧道和軌道的運行情況，以便於及時發現問題，防止重大安全事故的發生，同時為後期的工程提供參考價值。因此，對監測數據的處理，並根據數據得出變形規律，進而做出科學的預報是監測工程的關鍵所在。由於現在的監測手段不斷發生變化，已（yǐ）經由傳統的單一監測模式（shì）發展至點、線、麵結合的（de）立體交叉多元監測模式，采集的數據也由離散型轉向連續性，因此對數據（jù）的分析預（yù）報也應該由靜態分析轉向動態（tài）分析（xī）。在時間序列、回歸分析、人工神經網絡（luò）、灰色係統、卡爾曼濾波和小（xiǎo）波分析等多種智能分析方法的應用，極大的（de）推動了變形動態模型（xíng）的（de）發展和應用。3.3.2卡爾曼濾波算法卡爾曼（màn）濾波算法是Kalman在濾波理論的基礎上（shàng）提出（chū）的一種時域上的（de）狀（zhuàng）態空間分析方法，在該算法中，動態係統的描述通過狀態方程實（shí）現，狀態觀測信息通過觀測方法進行分析，結合空間攝影理論（lùn），提出的狀態估計理論。離（lí）散線（xiàn）形（xíng）係統的卡爾曼濾波模型的狀態方程和觀測方程可用下式表達：①Xk+1=φk+1，kXk+ψk+1，kUk+1+Γk+1，kΩk+1②Lk+1=Bk+1Xk+1+Gk+1Uk+1+Δk+1X為狀態向量，L為觀測向量，U為控製向量，φ為狀態轉移（yí）矩陣，ψ為時刻控製矩陣，B為觀（guān）測矩（jǔ）陣，Γ和G為（wéi）隨時間變（biàn）化的係數矩陣，Δ是觀測噪聲，Ω是動態噪聲。下角標為“k”，表示該數據為在tk時刻所測（cè）得的數據，角標為“k+1”時，則為tk+1時刻所測（cè）得的數據;當角標為“k+1，k”時（shí），表示該（gāi）數據由k時刻至k+1時刻時間段內所測得的數據。卡爾曼（màn）濾波模型的建立基礎是假設離散線（xiàn）形係統的觀測噪聲和動態噪聲都為零均值（zhí）白噪聲，且二者（zhě）之間不存在必然聯（lián）係（xì），在此模型的基礎上可推導出呂爾曼濾波方程以及預報方程。3.3.3時間序列分析算（suàn）法在分析隨機數據序列時，時（shí）間序列分析法是一種（zhǒng）有效的處理方法，該法通（tōng）過分析一組時（shí）序相關的數據序列，找到時（shí）間對數據的影響規律，然後在此基礎上對數據的（de）變化趨勢做出分析和（hé）預報。時間（jiān）序列分析算法已經廣泛應（yīng）用於經濟、氣象、天文（wén）和測繪等多個領域。若時間序列{xi｝為平穩、正態、零均（jun1）值，其取值受到前麵時間序列（liè）和對應噪聲值的影響，按照多（duō）元線形回歸（guī）思想即可得（dé）到該時間序列（liè）的模型，對模型進行不（bú）同條件設定時，可分別獲得自回歸模型和滑動（dòng）平均模（mó）型的表達形式。3.3.4數據處理係統數（shù）據（jù）處理係統的主（zhǔ）要功能是繪製變形過程的曲線、數據的後處理（lǐ）、數據報表、預報警等。實施繪製曲線的功能可使工作人員能夠直觀、實時的查看（kàn）工程結構變形情況;數據分析係統則通過有效的處（chù）理措施（shī）後對測（cè）量誤差進行減（jiǎn）弱或消除（chú）;預警係統則對超過參數設定值的數據進行報警，確保工程的施工安全;報警方式可通過聲、光方式和短信預警方式，其中短信（xìn）預警既可以手動操作（zuò），也可以自動完成。

　　3.4工（gōng）程（chéng）應用

　　對某地鐵隧（suì）道工程采用三維激光掃（sǎo）描方法進行變（biàn）形監測，該隧（suì）道1號線處有熱力管道工程橫穿而過，在工程施工過程（chéng）中對隧（suì）道結構造成了一定的影響，變形區域由K3+770至K3+810，在對該區段進行監（jiān）測（cè）時（shí），所得結（jié）果如下：隧道結構最大變（biàn）形（xíng）點累積（jī）變形量得（dé）到+1.90mm，軌道（dào）最大變形量累（lèi）積達到+1.86mm，軌道沉降最大值為-0.29mm。根據以上監測結（jié）果可知（zhī），工程施工對隧道結構和（hé）軌道結構的（de）累積變形未超出2mm(變形範圍)，熱力管道工程的施工對該段地鐵隧道的結構和軌（guǐ）道沒有影響。通過對監測（cè）點連續性監（jiān）測，發現與人工監測方式相比，該（gāi）監測技（jì）術（shù）采集數據穩定，其監測精度準確可靠。

　　4結（jié）語

　　城市化（huà）進（jìn）程的不斷加快導致以人口超飽和、城市綠（lǜ）化減（jiǎn）少、建築空間擁擠、交通阻塞嚴重為代表的城市綜合症越來越嚴重，尤其是交通阻塞問題，已經嚴重影響了各大中小型城市的發展。交通阻塞（sāi）問題的（de）主要原因（yīn）是城市交通（tōng）總（zǒng）容量不足，擴建道路是解決交通阻塞問題的有（yǒu）效途徑，在城市建築麵積逐漸減少的今天，利用地（dì）下軌道擴展交通空（kōng）間，可有（yǒu）效（xiào）緩解交通阻塞問題。在地下隧道工程施工過程中和投入使用後，工程（chéng）結構變形問題不可避免，利用先進（jìn）的三維監測技術（shù），對地（dì）下隧道工程實施快速、高效、準確的變形監測，不（bú）僅可為地鐵的運營提供安全保（bǎo）障，還可（kě）為後期的工程建（jiàn）設（shè）提（tí）供科學參考。