近年来,我国城市轨道交通发展迅速,有效缓解了城市交通拥堵状况,作为城市交通命脉的重要组成部分,其地下结构的安全运营非常重要。在城市轨道交通建设发展的过程中,人们对于城市交通轨道服役的安全问题还没有给予足够的重视。另外我国城市交通轨道纵向距离长,所跨过的地下土层结构复杂多变、土层性质不同、轨道周围的环境复杂、通车频率高、列车振动幅度大等因素,造成轨道的整体性能持续下降,其中交通轨道在垂直方向上的地面沉降问题影响尤为突出,成为影响城市轨道交通能否安全运营的重要问题之一。能否对城市轨道盾构隧道的纵向沉降程度进行实时而又准确地监测变的十分关键。但是,目前不论国内还是国外现有的盾构隧道纵向沉降监测方法仍存在许多不足之处。本课题以此背景为出发点,针对现有的隧道纵向沉降测量仪器的不足,提出一种利用倾角传感器监测盾构隧道纵向沉降的新方法并完成测量系统的研究设计,系统功能上能测得隧道纵向沉降曲线,有较高的测量精度,并且经济成本低,能够实现远程监测。本课题的主要研究内容有:提出一种监测盾构隧道沉降的新方法:应用MEMS倾角传感器监测盾构隧道的纵向沉降值,建立沉降理论模型。最后,绘制盾构隧道的纵向沉降曲线。根据MEMS倾角传感器监测盾构隧道纵向沉降的功能要求设计了整体电路,倾角传感器选择高测量精度的SCA100T系列的MEMS双轴传感器;提出并设计了安全预警系统,共有健康、三级、二级和一级四个预警等级及相应的预案措施;为提高系统测量精度,对系统进行了温度补偿分析,采用最小二乘法拟合算法拟合出环境温度和测量角度偏移量的三阶曲线公式,通过程序实时智能地补偿因温度引起的采样数据的偏移量;软件上采用中位值平均滤波算法对采集到的数据实现数字滤波;设计了PC端和手机端来显示绘制的隧道沉降曲线;通过测试分析系统的最大测量误差是0.0498°,测量精度可达到0.05°,满足系统设计要求。