數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理技術(shù)在市政隧道工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
2015-04-14
一、前言
隨著技術(shù)的不斷更新，幾乎所有的工程建筑都用其來(lái)對(duì)自己的整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便掌握建筑的變形情況，及時(shí)采取有效措施，保證整個(gè)施工過(guò)程的安全性。在隧道施工期間運(yùn)用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，是確保施工期間隧道穩(wěn)定、安全的重要手段。本文基于變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)與方法，結(jié)合隧道施工工程的實(shí)際特征，對(duì)在隧道施工期間的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用作出探討。
數(shù)據(jù)自動(dòng)化化監(jiān)測(cè)優(yōu)缺點(diǎn)分析
目前，我國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的交通建設(shè)。其中，對(duì)于新建的隧道來(lái)說(shuō)，存在這一個(gè)線路交叉的問(wèn)題。為了保證隧道的施工以及運(yùn)營(yíng)的安全，必須要對(duì)道路的線路以及既有線路的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于隧道的監(jiān)測(cè)通常采用的是人工、自動(dòng)同時(shí)進(jìn)行的方式，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)的頻率高，周期長(zhǎng)（可進(jìn)行24小時(shí)不間斷測(cè)量）并且適應(yīng)性較強(qiáng)，進(jìn)而得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)在于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)容易收到周邊環(huán)境的干擾，影響其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。人工監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性的處理，不容易被環(huán)境干擾，穩(wěn)定性較強(qiáng)；缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)巨大的人力物力，并且對(duì)于某些細(xì)微的環(huán)境變化感覺(jué)不靈敏，無(wú)法進(jìn)行24小時(shí)不間斷測(cè)量。因此，首選的監(jiān)測(cè)方法是人工監(jiān)測(cè)結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在使用自動(dòng)化方式采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，繼而對(duì)二者監(jiān)測(cè)的相關(guān)性進(jìn)行分析，找出造成兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果有差異的原因，進(jìn)而確定其影響因素，通過(guò)一系列的科學(xué)分析與調(diào)整得到可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
二、 隧道施工采用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的
1、隧道施工屬于山體內(nèi)部作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)比一般的路面施工高出幾倍。采用變形檢測(cè)技術(shù)，可以隨時(shí)掌握隧道內(nèi)部圍巖與支護(hù)的變化情況，調(diào)整施工方案。
2、施工過(guò)程中，山體與巖石結(jié)構(gòu)以及巖層難免要受到一定的影響，使內(nèi)部發(fā)生變化。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及時(shí)反饋出的監(jiān)測(cè)結(jié)果，給施工人員提供了準(zhǔn)確的隧道內(nèi)部變化信息，確保了施工的安全性與穩(wěn)定性。
3、可以隨時(shí)修改與矯正施工的技術(shù)，完善施工不足，加強(qiáng)施工質(zhì)量。
三、隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本要求
1、及時(shí)、迅速地設(shè)置監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)控測(cè)量的基礎(chǔ)，所以在埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)候一定要仔細(xì)，盡量利用控制點(diǎn)逐步向前延伸; 而且基準(zhǔn)點(diǎn)還必須定期地連同洞外的水準(zhǔn)點(diǎn)一起對(duì)隧道施工進(jìn)行變形測(cè)量。
2、及時(shí)埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位，準(zhǔn)確設(shè)定工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇巖體穩(wěn)定、少軟弱破碎圍巖的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置，要保證其能在監(jiān)測(cè)過(guò)程中準(zhǔn)確地反映監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的變形情況。
3、及時(shí)對(duì)所選對(duì)象進(jìn)行觀察測(cè)量與監(jiān)控。
4、對(duì)監(jiān)測(cè)后得出的數(shù)據(jù)要進(jìn)行整理與記錄，及時(shí)分析數(shù)據(jù)。
5、 根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定變形監(jiān)測(cè)的周期。
不能理論性地確立變形監(jiān)測(cè)的周期，監(jiān)測(cè)周期應(yīng)為流動(dòng)的、可更改的。監(jiān)測(cè)的對(duì)象隨時(shí)在發(fā)生內(nèi)部變化，變形監(jiān)測(cè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形數(shù)量與速度以及外界環(huán)境因素的變化來(lái)確定或者修改周期的長(zhǎng)短。如果不能確立監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化情況，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)象變化異常，那么可以及時(shí)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)，延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期。
6、在隧道的洞內(nèi)外都必須要進(jìn)行觀察與測(cè)量。
?。ㄒ唬┟恳粋€(gè)新的開挖面工程啟動(dòng)的時(shí)候，都要綜合地質(zhì)工程師的此處地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，結(jié)合開挖面的工作剖面圖，判定此處圍巖的級(jí)別;
（二）進(jìn)行開挖時(shí)，沒(méi)有被支護(hù)的圍巖要進(jìn)行高度監(jiān)測(cè);
?。ㄈ┟刻於ㄆ谟^察洞外、洞口的地表情況，監(jiān)測(cè)地表的沉陷度、水滲度，觀測(cè)邊坡的穩(wěn)定性。
四、影響自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的因素
自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工化監(jiān)測(cè)的結(jié)果在外角點(diǎn)處有較大的差異，而在內(nèi)角點(diǎn)處位于隧道的底板位置兩種監(jiān)測(cè)所得到的結(jié)果相差就很小了。這種情況的出現(xiàn)，可能是由于溫度的變動(dòng)以及車輛的振動(dòng)引起的。至于對(duì)隧道底板的兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果相差不大，則可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：車輛振動(dòng)不會(huì)影響到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，或者說(shuō)，對(duì)其影響較小。從隧道沉降歷時(shí)曲線圖以及道路沉降歷時(shí)曲線圖來(lái)看，我們可以知道，對(duì)于兩種方式的監(jiān)測(cè)所得到的結(jié)果來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)較大差異的季節(jié)情況不是一成不變的，也就是說(shuō)，溫度對(duì)于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)沒(méi)有什么影響，即便是有影響，也非常小。從邊墻位置上測(cè)點(diǎn)的變形的曲線來(lái)看，我們可以大體將邊墻位置變形分為兩個(gè)階段，即扭轉(zhuǎn)變形階段以及橫向傾斜變形。而從底板上測(cè)點(diǎn)的變形曲線來(lái)看，也可以大體將底板變形分為兩個(gè)階段，即縱向傾斜變形階段以及同步變形階段。結(jié)合不同的變形模式以及靜力水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果較大差別的原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。靜力水準(zhǔn)儀是由電容傳感器、主體容器以及連通管等組成，對(duì)于主體安裝墩來(lái)說(shuō)，當(dāng)其發(fā)生高程變化時(shí)，主體會(huì)根據(jù)不同的位置產(chǎn)生液面變化，這樣就會(huì)使得電容極板與浮子間的相對(duì)位置產(chǎn)生變動(dòng)，其中，電容極板是固定在容器項(xiàng)上的，而浮子裝有中間極。只要測(cè)出電容比的變化就能夠算出測(cè)點(diǎn)的相對(duì)沉降。但是當(dāng)儀器主體發(fā)生傾斜的時(shí)候，測(cè)試儀器的電容也會(huì)有所變化，這就會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。結(jié)合上面的分析，我們可以知道，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果影響較大的是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形模式以及橫向傾斜變形模式。
五、隧道位移的變形監(jiān)測(cè)
在施工過(guò)程中，如果隧道發(fā)生位移，分為“地表下沉位移”與“隧道周邊位移”兩種情況。
1、地表下沉位移監(jiān)測(cè)
在隧道的洞口地段埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位，用于觀察施工期間地表發(fā)生下陷的變形情況，一般設(shè)置三個(gè)左右的水準(zhǔn)基點(diǎn)，綜合幾個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出地表的下陷量。
2、 隧道周邊位移
一般將監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位與水準(zhǔn)基點(diǎn)設(shè)置于隧道的兩側(cè)壁上，監(jiān)測(cè)整個(gè)隧道周邊的坑道斷面的收斂情況。
3、對(duì)隧道施工期間的震動(dòng)爆破情況監(jiān)測(cè)
在隧道進(jìn)行施工時(shí)，開發(fā)新的挖掘面必然要利用爆破的形式對(duì)洞內(nèi)壁體的巖層產(chǎn)生一定的破壞與影響; 為了避免隧道出現(xiàn)坍塌等事故，要對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)架設(shè); 監(jiān)測(cè)點(diǎn)可水平設(shè)置在支護(hù)周圍，監(jiān)測(cè)爆破情況對(duì)巖體變形產(chǎn)生的影響，及時(shí)根據(jù)巖體變化調(diào)整支護(hù)情況，維護(hù)支護(hù)的穩(wěn)定性。根據(jù)隧道爆破施工時(shí)測(cè)量的振動(dòng)速度，進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)分析數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)爆破對(duì)此工作面產(chǎn)生變形的影響以及日后的變形情況，架設(shè)支護(hù)。還可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)爆破方案，將產(chǎn)生的變形影響降到最低。
六、對(duì)隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理
1、對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。以變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論指導(dǎo)為基礎(chǔ)，處理與計(jì)算多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的數(shù)據(jù)的變量值，推算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終位移距離，了解變形規(guī)律并掌握變化情況。
2、繪制基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表。將各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)一繪制成表格的形式，定期對(duì)表格的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，便于分析參考。
3、 隧道各處變形的具體說(shuō)明。根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的變形數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計(jì)隧道哪些地方發(fā)生了變形以及變形的數(shù)據(jù)與情況。
4、根據(jù)變形監(jiān)測(cè)的成果進(jìn)行分析。結(jié)合所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出變形監(jiān)測(cè)的成果，對(duì)此成果進(jìn)行分析，給出對(duì)本次隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的意見，完善監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足。
