隧道施工期間的變形監(jiān)測技術
2015-05-12
一、前言變形監(jiān)測在工程施工中具有重要作用。隧道施工不僅要重視工程運行期間的監(jiān)測，也要重視施工期間的變形監(jiān)測，同時還不能忽略臨時監(jiān)測的重要性和必要性。施工期間變形監(jiān)測的目的之一是監(jiān)測永久性建筑物在施工期間的安全。臨時監(jiān)測是為突發(fā)變形異常而提出的快速反應。由于受巖石結(jié)構和巖土情況以及施工中的放炮震動帶來的影響，為了確保施工安全，為施工提供準確及時的隧道變化情況信息，便于修正施工參數(shù)和施工技術工藝，確保工程質(zhì)量，隧道開挖過程中必須進行變形監(jiān)測。 施工期間變形監(jiān)測的基本要求是：及時埋設監(jiān)測基準點、工作基點和監(jiān)測點，及時觀測、整理分析資料。拱頂監(jiān)測和隧道收斂監(jiān)測就是通過測量手段，來解決拱頂?shù)钠矫嫖灰坪凸绊斚鲁燎闆r，是隧道施工測量中的重要環(huán)節(jié)。 隧道施工期間變形監(jiān)測的精度、觀測儀器和觀測周期變形監(jiān)測的精度測量等級及精度取決于變形觀測的目的、變形觀測體的級別以及預計變形量的“必要精度”。隧道施工期要求拱頂下沉的監(jiān)測精度為1mm（相對于水準工作基點）收斂監(jiān)測精度為2mm(一對監(jiān)測點的相對精度)。為了保證監(jiān)測精度，整個作業(yè)期間不宜更換觀測人員和主要觀測的儀器，每次觀測次序和行進路線也應盡相同。
二、測量儀器設備 測量儀器設備的選擇要在滿足精度要求的前提下，力求先進和經(jīng)濟實用，要盡可能的采用快速高效的作業(yè)方法。結(jié)合本工程的具體情況，拱頂下沉監(jiān)測采用NA型精密水準儀觀測和用卡TPS402全站儀進行測距、三角高程觀測；隧道收斂監(jiān)測用收斂監(jiān)測儀器和三維位移觀測相結(jié)合。三維位移觀測又可以分為絕對坐標觀測法和相對位移觀測法。
三、變形監(jiān)測的周期 變形監(jiān)測周期應以能系統(tǒng)的反應觀測變形體的變形過程且又不遺漏其變化時刻為原則，應根據(jù)單位時間內(nèi)變形量的大小及外界因素的影響程度來確定。當發(fā)現(xiàn)變形異常時，應及時增加觀測次數(shù)。根據(jù)工地實際情況，結(jié)合業(yè)主、監(jiān)理的意見，在穩(wěn)定地區(qū)，首次觀測在每次放炮后距離掌子面25m處設點觀測；獲得基礎數(shù)據(jù)后25~50m處隔天監(jiān)測一次，距離掌子面50m后的點每周監(jiān)測一次，連續(xù)四周，然后改為每月一次。當位移量較小、變形趨于穩(wěn)定時，觀測間隔適當放寬，當變形值較大或出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，應加大觀測頻率，并及時向業(yè)主和監(jiān)理單位報告。實際執(zhí)行過程中許多監(jiān)測點都是每周監(jiān)測一次。監(jiān)測資料應及時給予洞挖部門和地質(zhì)部，洞挖部門應及時按合同報送監(jiān)理工程師。 1、隧道內(nèi)監(jiān)測基準點、工作基點和監(jiān)測點的建立 拱頂下沉監(jiān)測點和收斂監(jiān)測的基準點應盡量利用控制點，但由于隧道的本身條件的限制，隧道開挖過程中工作面是逐步向前推進的，導線也是逐步向前延伸的。隧道貫通前，導線無法閉合或附和因而導線控制網(wǎng)采用復測支導線的形式布設，按規(guī)范要求進行作業(yè)。隧道開挖過程中所做導線點容易破壞，復測支導線每周進行一次重測和延伸。 2、水準基點和工作基點應按照監(jiān)測點的分布選在觀測斷面附近 基準點應定期與洞外的水準點聯(lián)測。由于施工期間的變形監(jiān)測更重視相對變形，聯(lián)測成果僅作為檢查工作基點是否變形的參考。洞內(nèi)監(jiān)測基準點、工作基點應設定在巖體穩(wěn)定、方便測量而且受交通影響小的區(qū)域。同時注意避開爆破影響區(qū)域。洞內(nèi)觀測基準點和工作基點采用特制托架，強制對中。由于拱頂較高，測量是不便放置棱鏡，監(jiān)測點應事先用錨釘打入巖體，然后用儀器的免棱鏡條件下測距，為方便水準儀作業(yè)，方便懸掛鋼尺，錨釘端部還應事先設計吊鉤，兩種標志可分別布設。為了反映縱向和橫向不同部位的位移變化情況，沿隧道橫向布設多個監(jiān)測斷面，在每個斷面起拱線和邊墻底面以上2m和10m處兩個部位各埋設一組測點。各個測量點的安裝埋設，必須按設計要求精心施工，確保質(zhì)量，現(xiàn)場測量點應嚴格保護措施，一旦發(fā)生損壞或失效現(xiàn)象，應及時恢復。
四、拱底下沉監(jiān)測 對拱頂下沉監(jiān)測，可采用精密水準，按二等水準的精度要求進行作業(yè)。由于隧道內(nèi)拱頂不便于水準作業(yè)，可以用特制的長掛桿把鋼尺倒掛在拱頂?shù)膫?cè)點上。實際作業(yè)時，監(jiān)測基準點布設在基巖上，每次監(jiān)測時，用水準儀讀取鋼尺的讀數(shù)和后視水準尺的讀數(shù)，根據(jù)水準測量原理即可求出測點的相對高程和絕對高程。
五、隧道收斂監(jiān)測 1、相對位移觀測法 首先在監(jiān)測橫斷面上預先埋設若干監(jiān)測錨桿A、B、C等，并在錨桿端部做成平面，貼上反光片。然后在距離隧道監(jiān)測點斷面30米或更遠的地方安置全站儀O，以全站儀的任意坐標系作為假定坐標系，用坐標測量法測出監(jiān)測點的任意坐標系三維坐標A（XA,YA,ZA）,B(XB,YB,ZB),C(XC,YC,ZC)。（任意設站，無需測站坐標和已知定向方位）。最后進行如下計算： SAB=[(XB-XA)2+(YB-YA)2+(ZB-ZA)2]1/2 SBC=[(XC-XB)2+(YC-YB)2+(ZC-ZB)2]1/2 SCA=[(XA-XC)2+(YA-YC)2+(ZA-ZC)2]1/2 該方法就能直接測出相對距離值，既減少了放置棱鏡不便帶來的麻煩，又減少了因放置棱鏡的微小變化而帶來的誤差。 2、絕度三維位移觀測法 相對位移觀測法，如果把儀器架于已知點上或與已知基準點聯(lián)測，即可完成絕對三維位移監(jiān)測。其優(yōu)點是：變形表現(xiàn)為三維坐標量的絕對變化，可以客觀而全面反映出測點的變化情況，變形監(jiān)測和施工測量可共用一套測量設備。
六、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)整理 變形監(jiān)測外業(yè)結(jié)束，應盡快進行數(shù)據(jù)處理。專業(yè)的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和分析軟件是必不可少的工具。變形值的一半變化規(guī)律是：隧道開挖初期，曲線變化較陡，隨著時間及開挖面的推進，曲線逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。所以在變形觀測初期，數(shù)據(jù)處理越及時越好。編寫變形觀測監(jiān)測工作報告，其內(nèi)容包括： 施工說明（施工方法、施測時間、地點等）；基準點、監(jiān)測點位示意圖；基準點監(jiān)測成果表；隧道豎向位移量統(tǒng)計圖表；橫向水平位移量統(tǒng)計圖表；變形觀測成果分析意見；結(jié)論與建議。 通過時間證明，采用傳統(tǒng)水準測量的方法來監(jiān)測對到拱頂下沉，可以達到0.5~1mm,采用測距三角高程測量的方法可以達到1~2mm的相對精度，在特殊大斷面的隧道拱頂下沉監(jiān)測中具有明顯的優(yōu)越性！
