双面棱镜在长区间地铁自动化变形监测中的应用

双面棱镜在长区间地铁自动化变形监测中的应用

摘要：以A市B区C镇南大干线为例，对双面棱镜应用于长区间地铁自动化变

形监测进行研究，为长区间地铁自动化变形监测中的基准网检测提供了借鉴意义。

关键词：双面棱镜；长区间地铁自动化变形监测；基准网检测。

1、引言

随着社会的发展进步，城市化进程的加快，越来越多的城市修建了地铁。地

铁准时，运送量大，安全高效作为越来越多人出行的首选。地铁安全也显得越来

越重要。如何保证地铁的安全，特别是在地铁线路周边有施工场地时。全自动全

站仪，也称测量机器人，是具有目标自动识别、照准及自动测量功能的全站仪。

在地铁安全监测中，地铁结构位移和沉降变化监测的设备通常采用全自动全站仪。

当需要监测的区段比较长，就需要多台仪器一起联测。为了得到仪器位置的

精确坐标，就需要在仪器之间加入双面小棱镜作为连接点，传递坐标，再通过专

业平差软件得到仪器位置的精确坐标，从而得到监测点位置的准确坐标，再计算

出监测点的变化量，给地铁安全管理部门提供参考，保障地铁设施的安全。

2、双面棱镜

棱镜，一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或

使光束发生色散。棱镜是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面体。在光学仪

器中应用很广。棱镜按其性质和用途可分为若干种。例如，在光谱仪器中把复合

光分解为光谱的“色散棱镜”，较常用的是等边三棱镜；

测量棱镜通常使用角锥棱镜，角锥棱镜回射器可反射各种到达棱镜面的光线

或光束，不论棱镜的方向如何，都可反射出去。反射镜只会反射一定角度入射角

的光线。因此角锥棱镜回射器可用在比较难以精密对准且耗时的场合。角锥棱镜

具有三个全内反射，即使是在比较大的入射角都可精密对准。

双面棱镜是将平时测量时使用的2个棱镜通过一定的装置背靠背组合在一起，具有相同的棱镜常数。

3、工程案例分析

3.1、工程概况

南大干线（省妇幼医院至市新路段）工程位于B区C镇，路线全长4.38km，起、止点桩号为K0-141～K4+240，其中涉及到运营地铁X号线的区段有K0-141～

K1+100段、K1+100～K2+540段、K2+540～K3+030段共3段。与运营地铁X号线

E站及“F～G”区间盾构隧道同路由；互通立交包括A、F匝道桥桩基位于地铁区间

隧道侧。

本项目监测工作共分为四个部分：

（一）、地铁X号线隧道D大道妇幼医院节点基坑工程监测范围为K0+396～

K0+988（南大干线里程），相应的地铁里程为Y(Z)DK14+993～ Y(Z)DK15+573；

（二）、地铁X号线隧道D大道路基段及500kV穗西电力隧道(南大干线共建段)工程-第6路段监测范围为K0-141～K0+396及K0+988～K2+761（南大干线里程）,相应的地铁里程为Y(Z)DK14+449～Y(Z)DK14+989、Y(Z)DK15+581～

Y(Z)DK17+331；

（三）、地铁X号线“E站”车站站台、出入口通道沉降监测；

（四）、地铁X号线“F站”车站站台、出入口通道沉降监测。

3.2、监测方法

本工程监测分为地铁内部隧道结构和隧道外部结构监测，地铁隧道内部结构

监测采用远程无线控制的自动化监测方式。隧道外部结构车站站台及车站出入口通道等结构变形监测采用人工监测的方式。

三维位移监测点包括：左、右线隧道监测点。本项目对地铁隧道轨道层结构竖向位移、水平位移采用全站仪自动跟踪的监测方式，后方交会及极坐标测量原理----即采用全站仪自动跟踪测量法，进行自动化监测。采用基于瑞士徕卡TM30型或徕卡1201+自动测量仪器和徕卡先进且成熟的监测系统软件GEOMOS建立的自动化监测系统。在该项目建设施工期间，采用全站仪自动跟踪测量法测量地铁隧道轨道层结构在三维方向---X、Y、Z方向（其中：X、Y为水平方向，Z为垂直方向）的变形变位值，以及变形的准确位置、最大最小值、变形方向和变形速率等。

位移量计算公式：坐标增量即在三维方向上的位移量ΔXn=Xn-Xn-1，ΔYn=Yn-Yn-1，ΔZn=Zn-Zn-1，各次位移量之和即为该点的累计位移量。

3.3、监测基准的布置安装

监测基准包含基准点、测站点、临时基准点、校核基准点等。

（1）基准点的布设：

Ⅰ、地铁X号线隧道D大道妇幼医院节点基坑工程：监测基准点布置在隧道监测段的两端监测范围30m外，每端设置3个基准点，编号为KZ1…KZ12。

Ⅱ、地铁X号线隧道D大道路基段及500千伏穗西电力隧道(南大干线共建段)工程-第6路段：监测基准点布置在隧道监测段的两端监测范围30m外，每端设置3个基准点，编号为JZ1…JZ24。

基准点的埋设：埋设稳固，保证整个监测过程中不受破坏，采用钢支架，牢固安装在隧道内壁，支架固定装上棱镜连接螺丝，实现强制对中（如下图1），棱镜距隧道壁3～5cm，确保观测通视良好，为了防止碰动点位，必要时加装保

护架进行保护。

图1基准点示意图

（2）测站点的布设：

Ⅰ、地铁X号线隧道D大道妇幼医院节点基坑工程：因本工程项目受施工影响的隧道结构距离较长，根据隧道结构具体情况以及地下轨道自动化监测的有关技术要求，设计在隧道轨道层左、右线侧壁每一边各布设3个测站点，编号为CZ1…CZ6；每条隧道3个测站点3台仪器。

Ⅱ、地铁X号线隧道D大道路基段及500千伏穗西电力隧道(南大干线共建段)工程-第6路段：因本工程项目受施工影响的隧道结构距离很长，根据隧道结构具体情况以及地下轨道自动化监测的有关技术要求，设计在隧道轨道层左、右线侧壁每一边各布设11个测站点，编号为LCZ1、……、LCZ11，RCZ1、……、RCZ11；

每条隧道11个测站点11台仪器。

测站点安装：测站点是变形监测的主测站，要求能监测到所有变形观测点，且基座埋设稳固，利于观测和保存。测站点采用钢支架，牢固安装在隧道结构内壁，实现强制对中，即于支架固定装仪器、棱镜连接螺丝，以作仪器、棱镜安装之用。

测站点的基座如下图5、6：

图2测站点基座实物图

图3测站点安装全站仪后效果图