隧道工程因其造价昂贵、隐蔽性强，对隧道建设的质量、安全保障以及工程进度提出了很高的要求。传统测量工作主要用来指导隧道开挖施工作业及沉降监测，有一定成效但尚不能完全满足新型盾构法施工的技术需求。新型可编程、伺服型全站仪在测量精度、自动化程度以及后处理软件方面，对提供隧道开挖后的管片空间姿态、承受外部载荷后的变形参数以及运营期间的变形监测等应用具有较大的优势。本文结合上海长江隧道工程，对盾构法施工隧道的断面扫描数据采集算法、数据质量模型及变形参数解算进行了较深入的研究。 第1章概述了隧道工程控制测量的技术方案和精度指标，总结了国内外隧道变形监测的新技术进展。 第2章中通过建立隧道断面通用坐标系和断面扫描的误差源分析，提出了隧道断面检测的数学模型，包括隧道断面的数学表达形式、扫描数据质量指标以及变形值的精确解算算法。结合既有测量数据不确定性理论，提出了适用于隧道断面扫描的数据剔除和质量控制的基本准则。通过高精度的空间椭圆拟合以解算出变形椭圆的空间几何参数，获取隧道断面承受外部载荷后的变形情况。将稳健估计剔除粗差与椭圆的二次曲线参数限制条件b2-4ac＜0结合，给出了基于稳健估计的直接最小二乘椭圆拟合算法并以Matlab语言实现了该算法。 第3章中通过建立隧道断面坐标系与工程坐标系转换关系，采用数值积分算法实现了适用于常见道路曲线类型和断面形式的扫描算法。最后介绍了自主开发的隧道断面数据采集软件和分析软件，并采用上海长兴岛至浦东越江隧道工程实测数据进行了验证。实例计算表明算法剔除粗差效果好，精度高。