地鐵隧道施工拱頂下沉值監(jiān)測方法分析
2015-05-29
對于隧道施工而言，如何有效的“防塌”是整個地鐵隧道施工的技術(shù)難點(diǎn)所在，而其中在現(xiàn)場監(jiān)測中有一項(xiàng)最重要的內(nèi)容就是對拱頂下沉值進(jìn)行監(jiān)測，并通過有效的控制，保證施工作業(yè)和以后交付使用的安全性。大量的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，地鐵隧道拱頂?shù)南鲁吝^程及其下沉值將直接影響著隧道的支護(hù)設(shè)計(jì)和地層控制，本文就監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的建立，及幾種拱頂下沉值監(jiān)測方法進(jìn)行簡單的分析。
一、監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)及其建立
根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們可以將監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的建立相關(guān)問題歸結(jié)為以下幾個方面：
1、從距離的角度上看，監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的位置與開挖隧道的直線距離應(yīng)該控制在500～1000m之間，監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)由3個水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成，而且3者之間的距離不能太遠(yuǎn)。3個水準(zhǔn)點(diǎn)在設(shè)置上有主輔之分，其中1個水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置為主點(diǎn)，另外的2個水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置為輔點(diǎn)，這一做法的目的在于借助于水準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置保證并檢核基準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。
2、從穩(wěn)定性角度上看，3個水準(zhǔn)點(diǎn)必須設(shè)置在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的地方，而且都應(yīng)該設(shè)置特制而成的鋼筋混凝土墩式的標(biāo)志，3者連成閉合的水準(zhǔn)路線，3者之間的高差應(yīng)借助高精度水準(zhǔn)儀（不低于）往返進(jìn)行測量，并嚴(yán)格控制。
3、實(shí)踐表明，工作基點(diǎn)的選擇與監(jiān)測點(diǎn)的分布有關(guān)，通常情況下布置于觀測斷面的附近，在實(shí)踐中，應(yīng)定期保證工作基點(diǎn)與隧道外的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測作業(yè)。
4、變形監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際，在隧道的拱頂均勻地布置，通常不同的施工實(shí)際，其布置方法也有所差異：
?。?）如果是小斷面隧道，其設(shè)布置方法是：一旦施工的工作面進(jìn)行開挖之后，初期支護(hù)立刻實(shí)施，同時(shí)在拱頂錨桿的外端每隔一定距離焊接特制的不銹鋼球?qū)ψ冃吸c(diǎn)進(jìn)行標(biāo)志，通過對不銹鋼球下沉的監(jiān)測來反映拱頂?shù)南鲁?，從?shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來看，在鋼球的設(shè)置上，其底部應(yīng)比二次襯砌混凝土的外表面略微高一些，為了便于監(jiān)測結(jié)果的記錄和統(tǒng)計(jì)，鋼球還需要編號。
?。?）如果是拱頂較高的隧道，這一實(shí)際情況導(dǎo)致了立水準(zhǔn)尺或放置棱鏡使用受到了嚴(yán)重的局限性，為此，在實(shí)際施工過程中，必須事先借助于錨桿將監(jiān)測點(diǎn)打入巖體，在錨桿的端部焊接一個小鋼板，并將反光片貼在上面，保證全站儀測距的方便性；除了焊接一個小鋼板以外，錨桿的端部還需要設(shè)計(jì)吊鉤，方面鋼尺的懸掛和水準(zhǔn)儀作業(yè)。
二、拱頂下沉值監(jiān)測方法分析
1、精密水準(zhǔn)測量方法
該工藝屬于傳統(tǒng)監(jiān)測方法，非常適合于對小斷面隧道拱頂下沉的監(jiān)測過程，具體的監(jiān)測過程有如下幾個環(huán)節(jié)：
?。?）應(yīng)在工作面開挖完畢及不銹鋼球完成焊接之后，立刻從基準(zhǔn)系統(tǒng)的主點(diǎn)開始按照二等水準(zhǔn)的測量精度，借助不低于的水準(zhǔn)儀將鋼球的底標(biāo)高測量出來。
（2）初期支護(hù)的變形基本穩(wěn)定，二次襯砌混凝土施工即將實(shí)施前，從主點(diǎn)開始按照二等水準(zhǔn)測量的精度重復(fù)上面的操作，將此時(shí)的鋼球底標(biāo)高測量出來。
?。?）根據(jù)兩次測量結(jié)果計(jì)算每個鋼球的下沉量：。
（4）一旦變形點(diǎn)（若干點(diǎn)）的高程測量完畢之后，應(yīng)及時(shí)對基準(zhǔn)點(diǎn)的3個水準(zhǔn)點(diǎn)間的高差進(jìn)行測量，嚴(yán)格控制主、輔點(diǎn)的穩(wěn)定性，及時(shí)將不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測出來，并有針對性地對觀測結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的修正。
2、三角高程測量方法
該工藝也是常見的測量拱頂下沉值的方法，具體實(shí)施中，前視使用的是是反光片，后視使用的是水準(zhǔn)尺或是棱鏡。從原理上看，該方法是借助于全站儀按照三角高程的測高原理將前視、后視與全站儀軸心的高差測量出來，并根據(jù)測量結(jié)果將測點(diǎn)的絕對高程和相對高程算出來。其使用條件相當(dāng)廣泛，只要豎直角小300，只要測站位于反光片反射距離范圍之內(nèi)，均可以采用該方法實(shí)施拱頂下沉值的測量。
具體測量原理如圖1所示：在測量過程中儀器高和監(jiān)測點(diǎn)的高都不需要丈量，圖中P為全站儀儀器中心位置，A點(diǎn)為已知高程的工作基點(diǎn)，B是監(jiān)測點(diǎn)。借助全站儀直接讀取全站儀中心到棱鏡中心的高差和，再結(jié)合后視棱鏡的高V，則：
下沉量的計(jì)算方法和公式與精密水準(zhǔn)測量方法一樣。
3、自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
該種測量方法是在沒有操作人員的干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)自動觀測、記錄、處理、存儲、報(bào)表編制、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個系統(tǒng)配置包括：TCA自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計(jì)算機(jī)與專用軟件等等。
該系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是把無反射棱鏡自動跟蹤斷面儀隧道拱頂下沉變形系統(tǒng)中對固定斷面任意點(diǎn)的掃描變成任意斷面固定點(diǎn)的掃描。該系統(tǒng)按施工方要求的格式將監(jiān)測點(diǎn)的位移變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)圖表的形式直觀地表達(dá)出來，繪制出監(jiān)測報(bào)表和位移曲線，自動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報(bào)警以及報(bào)表生成的功能，可以根據(jù)用戶的要求提供報(bào)表的形式。
三、結(jié)語
大量工程實(shí)踐表明，不同的測量方法，有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，如采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量的方法，能夠達(dá)到±0.5～lmm的精度，但受到立水準(zhǔn)尺或者懸掛鋼尺的條件限制，因此不合適用來測量邊墻的點(diǎn)和在特大斷面作業(yè)；采用測距三角高程方法的相對精度也能夠達(dá)到±1mm，實(shí)踐證明在特大斷面隧道拱頂下沉監(jiān)測中其優(yōu)越性更加顯著，不過，該方法受到光線的嚴(yán)重制約，如果粉塵過大，反光片甚至不能反光；自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是非常的方便，可以做到連續(xù)監(jiān)測，不過如果要布置大量的斷面的話，成本相當(dāng)高，所以在實(shí)際監(jiān)測中應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，多方面進(jìn)行考慮，科學(xué)地選擇。
