隧道施工期間的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)
2015-05-12
一、前言變形監(jiān)測(cè)在工程施工中具有重要作用。隧道施工不僅要重視工程運(yùn)行期間的監(jiān)測(cè)，也要重視施工期間的變形監(jiān)測(cè)，同時(shí)還不能忽略臨時(shí)監(jiān)測(cè)的重要性和必要性。施工期間變形監(jiān)測(cè)的目的之一是監(jiān)測(cè)永久性建筑物在施工期間的安全。臨時(shí)監(jiān)測(cè)是為突發(fā)變形異常而提出的快速反應(yīng)。由于受巖石結(jié)構(gòu)和巖土情況以及施工中的放炮震動(dòng)帶來的影響，為了確保施工安全，為施工提供準(zhǔn)確及時(shí)的隧道變化情況信息，便于修正施工參數(shù)和施工技術(shù)工藝，確保工程質(zhì)量，隧道開挖過程中必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。 施工期間變形監(jiān)測(cè)的基本要求是：及時(shí)埋設(shè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)觀測(cè)、整理分析資料。拱頂監(jiān)測(cè)和隧道收斂監(jiān)測(cè)就是通過測(cè)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(cè)量中的重要環(huán)節(jié)。 隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)的精度、觀測(cè)儀器和觀測(cè)周期變形監(jiān)測(cè)的精度測(cè)量等級(jí)及精度取決于變形觀測(cè)的目的、變形觀測(cè)體的級(jí)別以及預(yù)計(jì)變形量的“必要精度”。隧道施工期要求拱頂下沉的監(jiān)測(cè)精度為1mm（相對(duì)于水準(zhǔn)工作基點(diǎn)）收斂監(jiān)測(cè)精度為2mm(一對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)精度)。為了保證監(jiān)測(cè)精度，整個(gè)作業(yè)期間不宜更換觀測(cè)人員和主要觀測(cè)的儀器，每次觀測(cè)次序和行進(jìn)路線也應(yīng)盡相同。
二、測(cè)量?jī)x器設(shè)備 測(cè)量?jī)x器設(shè)備的選擇要在滿足精度要求的前提下，力求先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)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(cè)采用NA型精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)和用卡TPS402全站儀進(jìn)行測(cè)距、三角高程觀測(cè)；隧道收斂監(jiān)測(cè)用收斂監(jiān)測(cè)儀器和三維位移觀測(cè)相結(jié)合。三維位移觀測(cè)又可以分為絕對(duì)坐標(biāo)觀測(cè)法和相對(duì)位移觀測(cè)法。
三、變形監(jiān)測(cè)的周期 變形監(jiān)測(cè)周期應(yīng)以能系統(tǒng)的反應(yīng)觀測(cè)變形體的變形過程且又不遺漏其變化時(shí)刻為原則，應(yīng)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)變形量的大小及外界因素的影響程度來確定。當(dāng)發(fā)現(xiàn)變形異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。根據(jù)工地實(shí)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(cè)在每次放炮后距離掌子面25m處設(shè)點(diǎn)觀測(cè)；獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后25~50m處隔天監(jiān)測(cè)一次，距離掌子面50m后的點(diǎn)每周監(jiān)測(cè)一次，連續(xù)四周，然后改為每月一次。當(dāng)位移量較小、變形趨于穩(wěn)定時(shí)，觀測(cè)間隔適當(dāng)放寬，當(dāng)變形值較大或出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)加大觀測(cè)頻率，并及時(shí)向業(yè)主和監(jiān)理單位報(bào)告。實(shí)際執(zhí)行過程中許多監(jiān)測(cè)點(diǎn)都是每周監(jiān)測(cè)一次。監(jiān)測(cè)資料應(yīng)及時(shí)給予洞挖部門和地質(zhì)部，洞挖部門應(yīng)及時(shí)按合同報(bào)送監(jiān)理工程師。 1、隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立 拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)和收斂監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡量利用控制點(diǎn)，但由于隧道的本身?xiàng)l件的限制，隧道開挖過程中工作面是逐步向前推進(jìn)的，導(dǎo)線也是逐步向前延伸的。隧道貫通前，導(dǎo)線無法閉合或附和因而導(dǎo)線控制網(wǎng)采用復(fù)測(cè)支導(dǎo)線的形式布設(shè)，按規(guī)范要求進(jìn)行作業(yè)。隧道開挖過程中所做導(dǎo)線點(diǎn)容易破壞，復(fù)測(cè)支導(dǎo)線每周進(jìn)行一次重測(cè)和延伸。 2、水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)按照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布選在觀測(cè)斷面附近 基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)定期與洞外的水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)。由于施工期間的變形監(jiān)測(cè)更重視相對(duì)變形，聯(lián)測(cè)成果僅作為檢查工作基點(diǎn)是否變形的參考。洞內(nèi)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)應(yīng)設(shè)定在巖體穩(wěn)定、方便測(cè)量而且受交通影響小的區(qū)域。同時(shí)注意避開爆破影響區(qū)域。洞內(nèi)觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)采用特制托架，強(qiáng)制對(duì)中。由于拱頂較高，測(cè)量是不便放置棱鏡，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)事先用錨釘打入巖體，然后用儀器的免棱鏡條件下測(cè)距，為方便水準(zhǔn)儀作業(yè)，方便懸掛鋼尺，錨釘端部還應(yīng)事先設(shè)計(jì)吊鉤，兩種標(biāo)志可分別布設(shè)。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(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在每個(gè)斷面起拱線和邊墻底面以上2m和10m處兩個(gè)部位各埋設(shè)一組測(cè)點(diǎn)。各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的安裝埋設(shè)，必須按設(shè)計(jì)要求精心施工，確保質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)措施，一旦發(fā)生損壞或失效現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)。
四、拱底下沉監(jiān)測(cè) 對(duì)拱頂下沉監(jiān)測(cè)，可采用精密水準(zhǔn)，按二等水準(zhǔn)的精度要求進(jìn)行作業(yè)。由于隧道內(nèi)拱頂不便于水準(zhǔn)作業(yè)，可以用特制的長(zhǎng)掛桿把鋼尺倒掛在拱頂?shù)膫?cè)點(diǎn)上。實(shí)際作業(yè)時(shí)，監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在基巖上，每次監(jiān)測(cè)時(shí)，用水準(zhǔn)儀讀取鋼尺的讀數(shù)和后視水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理即可求出測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程和絕對(duì)高程。
五、隧道收斂監(jiān)測(cè) 1、相對(duì)位移觀測(cè)法 首先在監(jiān)測(cè)橫斷面上預(yù)先埋設(shè)若干監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)斷面30米或更遠(yuǎn)的地方安置全站儀O，以全站儀的任意坐標(biāo)系作為假定坐標(biāo)系，用坐標(biāo)測(cè)量法測(cè)出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的任意坐標(biāo)系三維坐標(biāo)A（XA,YA,ZA）,B(XB,YB,ZB),C(XC,YC,ZC)。（任意設(shè)站，無需測(cè)站坐標(biāo)和已知定向方位）。最后進(jìn)行如下計(jì)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(cè)出相對(duì)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(cè)法 相對(duì)位移觀測(cè)法，如果把儀器架于已知點(diǎn)上或與已知基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，即可完成絕對(duì)三維位移監(jiān)測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是：變形表現(xiàn)為三維坐標(biāo)量的絕對(duì)變化，可以客觀而全面反映出測(cè)點(diǎn)的變化情況，變形監(jiān)測(cè)和施工測(cè)量可共用一套測(cè)量設(shè)備。
六、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理 變形監(jiān)測(cè)外業(yè)結(jié)束，應(yīng)盡快進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。專業(yè)的變形監(jiān)測(cè)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(shí)間及開挖面的推進(jìn)，曲線逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。所以在變形觀測(cè)初期，數(shù)據(jù)處理越及時(shí)越好。編寫變形觀測(cè)監(jiān)測(cè)工作報(bào)告，其內(nèi)容包括： 施工說明（施工方法、施測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)等）；基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖；基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)成果表；隧道豎向位移量統(tǒng)計(jì)圖表；橫向水平位移量統(tǒng)計(jì)圖表；變形觀測(cè)成果分析意見；結(jié)論與建議。 通過時(shí)間證明，采用傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量的方法來監(jiān)測(cè)對(duì)到拱頂下沉，可以達(dá)到0.5~1mm,采用測(cè)距三角高程測(cè)量的方法可以達(dá)到1~2mm的相對(duì)精度，在特殊大斷面的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)中具有明顯的優(yōu)越性！
