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一、引言
隨著我國地鐵交通的快速發展，目前有20多個城市地鐵開通營運，有10多個城市啟動地鐵建設。為確保地鐵建設和營運安全，對隧道的穩定性進行監測，越來越受到社會和政府的廣泛重視，尤其是軟土環境中隧道的穩定性更加受到關注。但由于隧道空間狹小、結構環境復雜、機車行駛干擾等因素的影響，都給隧道變形自動監測造成較多的技術困難。本文以南京地鐵2號線某隧道保護區監測為例，介紹了徠卡TM30監測機器人組成的自動化監測系統，對該系統的精度及可靠性方面進行了探討。
二、工程概況
南京金融城、南京報業、國泰君安項目基坑位于地鐵二號線雨潤大街站至元通站區間兩側。其中金融城基坑圍護結構外邊線距地鐵二號線區間最近距離約為15米。在這些工程建設過程中，有可能導致地鐵結構變形，甚至坍塌。
三、自動化監測系統
監測網由若干基準點、工作基點和監測點組成，其中基準點是監測網的核心，布設的位置、數量應根據監測區域的大小、監測周期的長短和監測精度來設計。一般在監測區域外圍100～200m相對穩定的地方布設6～12個基準點（分成1～ 2組），并牢固地安置觀測棱鏡。當工作基點數量大于1個時，應布設基準傳遞點，如圖2所示。工作基點的布設根據監測區域大小而定，當監測成果精度優于±1mm時，TM30 0.5″儀器監測視線長度不宜超過100 m。監測點布設在隧道斷面上，每5～10m選擇1個斷面，每個斷面上均勻布設5～8個觀測棱鏡作為監測點，如圖3所示。在布設基準點和監測點時要特別注意，儀器觀測有效視場內不得出現其他棱鏡（視場內有多個棱鏡時會直接影響觀測精度） ，在監測網布設前應精確計算每個點的布設位置。
布置完后地鐵隧道如圖4所示：
為實時監控臨近基坑對地鐵隧道的影響，本工程采用徠卡TM30測量機器人進行自動化監測，配合L型小棱鏡測量隧道的水平位移與收斂變形和隧道沉降。數據處理采用Leica配套的GeoMoS軟件，包含Monitor監測器和Analyzer分析器兩個模塊，系統結構圖如圖5所示。
四、數據通訊
觀測數據可通過有線或無線方式實時傳回服務器，目前可通過有線電信和無線CDMA、GPRS、3G等模式進行數據傳載。從應用效果來看，3G 模式的傳載速度要明顯優于其他傳載方式。
五、數據處理
地鐵隧道變形自動監測的重要環節是數據處理，一般情況下使用GeoMoS 軟件已基本能夠完成經典的平差計算、數據分析和成果輸出。但在有特殊要求的地鐵監測項目中，還應對監測數據中變形量、測量誤差、列車行駛震動和風動造成觀測數據的偏離，棱鏡儀器表面灰塵影響以及基準點不穩定對監測數據的影響作進一步處理，這就要對GeoMoS軟件做二次開發或定制專門軟件進行監測數據的處理。在地鐵監測工程中運用神經網絡分析模型進一步分析基準點的穩定性，預測工作基點的最合適值和監測點變形量，運用小波理論對監測數據進行偏差過濾等，使監測成果更加客觀準確地描述隧道結構變形過程與變形趨勢。
數據處理完成后生成平面位移成果表和平面位移趨勢圖、垂直沉降成果表、垂直沉降趨勢圖、隧道收斂成果表和隧道斷面變形成果表等，如圖6所示。
六、成果及評價
南京地鐵監測系統百米內水平位移監測精度優于0.5mm，沉降位移監測精度達到0.5mm，其精度及穩定性遠遠優于人工監測系統，用戶反饋良好，目前蘇州、無錫的地鐵都在仿效使用該監測系統；
南京地鐵監測項目順利通過成果鑒定并獲高度評價，其中主任委員寧津生院士贊揚道：國內領先、國際先進！
七、結束語
地鐵隧道變形自動化監測是一項復雜的系統工程，它不僅要融合現代測繪技術、通信技術、計算機技術和傳感器技術，而且要運用現代數學理論和巖土工程理論對監測數據進行系統分析與變因研究。經過初步試驗，使用TM30 0.5″儀器和科學的數據處理系統，監測成果精度優于±1mm 是完全能達到的。
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