1.背景介绍
隧道工程在建设与运营过程中工程条件往往比较复杂，有时环境十分恶劣，稍有不甚，就会造成塌方、沉陷、突泥涌水、支护结构变形、人员和设备伤害等等，进而严重影响隧道安全。了解隧道变形，研究其产生的根源、特征及其随空间与时间的变化规律，加强变形监测和预测、预报工作，避免或尽可能减少损失，是变形观测的主要任务，也是隧道安全管理的重要内容。
2.项目概况
中义隧道是丽香铁路全线控制性工程，因为要穿越玉龙雪山，随着隧道不断施工掘进，洞体埋深加剧、洞身逐渐拉长，掌子面因未能得到有效控制造成围岩自稳力极差，拱架变形扭曲、拱顶掉块儿和掌子面溜坍现场频繁发生，给施工带来了极大难度。为了更准确地了解围岩变化速率及变化趋势，中铁隧道局项目部利用安伯格三维扫描系统全覆盖监测特性来代替传统单点监测。
3.隧道监测内容
(1) 围岩及支护状态的观察描述;
(2)地表沉降;
(3)隧道拱顶沉降;
(4)隧道收敛监测;
(5)土体垂直位移监测;
(6)土体水平位移监测。
4.三维监测方案
硬件设备：topconGTL-1000全站式扫描仪；
软件系统：Amberg tunnel隧道后处理软件。
选择初期支护阶段同一段里程进行周期性为一天的数据扫描采集，通过连续两次数据对比可得到日变化量，第一次跟最后一次数据对比可得到累计变化量；进行整体对比分析，分析方法分点云数据两次对比，断面数据两次对比，点云数据对比为整体对整体，可以查看任意部位的整体变化趋势，断面数据对比为同一里程的变化情况。
下图为扫描的整体三维点云对比的正摄影像图，基于色差来了解区域的整体变化趋势，对应的色谱区间在图中最下方。
正摄影像图
2D视图跟3D视图显示，基于扫描仪的全覆盖特性，可以查看任意位置的变化情况，图中左侧为对应的变化色差图，通过颜色来区分变化量的大小范围，右侧为对应查看里程上面的变形。
2D视图
3D视图
下图为上台阶里程为43716的变化情况，右上角为局部放大显示，其中紫色断面为初始断面，红色断面为第二次对比断面，可以直观看出断面的整体沉降，断面数值正为扩大，负为收敛，下图平均变化量为-46.59mm，所以整体变化以收敛为主。
上台阶变形断面图
下图为全断面里程43706变化断面图，从拱腰部分的收敛情况就很直观的可以看出断面右侧的收敛值要比左边的收敛量更明显，这是单点监控量测所不能直观显示的。通过设置剪切线的标高跟区域，如下图2只显示为断面右侧区域收敛情况，更准确的掌握变化趋势。
可以查看对应区间的平均收敛值，更方便指导现场管理。
下表为具体点位的水平位移值，相比于传统的监控量测显示总的变化值，这个可以看出左右的变化情况。
下表为对应的每个里程的拱顶沉降值，具体里程间隔可以根据要求自己设定（理论上最小可以1cm间隔导出断面），较传统监控量测的五米一个断面或者三米一个断面间距更具有代表性。
5.结论
与传统单点监测相比，基于扫描仪的全覆盖扫描特性，不仅能满足固定位置单点的变形量分析，相较于单点监测的以点概全更有优势，利用三维点云数据做变形监测分析更能反映结构整体的变化趋势。相信以后监测也会往三维方向发展。