隧道施工期間的變形監(jiān)測技術(shù)探討

張懷遠

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西晉中 030620)

作為工程測量學(xué)的重要體系與研究內(nèi)容，變形監(jiān)測技術(shù)在整個建設(shè)施工過程中起著非常重要的作用。它通過對物體的監(jiān)督測量，分析物體的內(nèi)部構(gòu)造與空間位置如何隨時間的發(fā)展而變化，還可以確立物體的變化特征。隨著這一技術(shù)的不斷更新，幾乎所有的工程建筑都用其來對自己的整個施工過程進行監(jiān)測，以便掌握建筑的變形情況，及時采取有效措施，保證整個施工過程的安全性。在隧道施工期間運用變形監(jiān)測技術(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)測技術(shù)的特點與方法，結(jié)合隧道施工工程的實際特征，對在隧道施工期間的變形監(jiān)測技術(shù)的運用作出探討。

1 隧道施工采用變形監(jiān)測技術(shù)的目的

1)隧道施工屬于山體內(nèi)部作業(yè)，危險系數(shù)比一般的路面施工高出幾倍。采用變形檢測技術(shù)，可以隨時掌握隧道內(nèi)部圍巖與支護的變化情況，調(diào)整施工方案。

2)施工過程中，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。通過變形監(jiān)測技術(shù)及時反饋出的監(jiān)測結(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)可以隨時修改與矯正施工的技術(shù)，完善施工不足，加強施工質(zhì)量。

2 隧道施工期間變形監(jiān)測技術(shù)的基本要求

1)及時、迅速地設(shè)置監(jiān)測基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點是監(jiān)控測量的基礎(chǔ)，所以在埋設(shè)基準(zhǔn)點的時候一定要仔細(xì)，盡量利用控制點逐步向前延伸;而且基準(zhǔn)點還必須定期地連同洞外的水準(zhǔn)點一起對隧道施工進行變形測量。

2)及時埋設(shè)監(jiān)控測量點位，準(zhǔn)確設(shè)定工作基點。工作基點應(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)測過程中準(zhǔn)確地反映監(jiān)測地點的變形情況。

3)及時對所選對象進行觀察測量與監(jiān)控。

4)對監(jiān)測后得出的數(shù)據(jù)要進行整理與記錄，及時分析數(shù)據(jù)。

5)根據(jù)實際情況設(shè)定變形監(jiān)測的周期。

不能理論性地確立變形監(jiān)測的周期，此處的監(jiān)測周期應(yīng)為流動的、可更改的。監(jiān)測的對象隨時在發(fā)生內(nèi)部變化，變形監(jiān)測應(yīng)當(dāng)根據(jù)單位時間內(nèi)監(jiān)測對象的變形數(shù)量與速度以及外界環(huán)境因素的變化來確定或者修改周期的長短。如果不能確立監(jiān)測對象的變化情況，在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)對象變化異常，那么可以及時增加監(jiān)測次數(shù)，延長監(jiān)測周期。

6)在隧道的洞內(nèi)外都必須要進行觀察與測量。

a.每一個新的開挖面工程啟動的時候，都要綜合地質(zhì)工程師的此處地質(zhì)調(diào)查報告，結(jié)合開挖面的工作剖面圖，判定此處圍巖的級別;

b.進行開挖時，沒有被支護的圍巖要進行高度監(jiān)測;

c.每天定期觀察洞外、洞口的地表情況，監(jiān)測地表的沉陷度、水滲度，觀測邊坡的穩(wěn)定性。

7)變形監(jiān)測的時候一定要采用最新型最先進的設(shè)備儀器，在保證準(zhǔn)確精度的同時也要注重設(shè)備的經(jīng)濟與實用。

8)監(jiān)測方法要密切配合隧道施工進程與監(jiān)測儀器，做到快速、準(zhǔn)確、高效率。

3 對隧道施工期間進行變形監(jiān)測的技術(shù)方法

變形監(jiān)測作為一種新型的高科技技術(shù)，有著不同的測量方法。本文根據(jù)隧道在山體內(nèi)部施工的特征，歸納總結(jié)了幾種適用于監(jiān)測隧道施工時的方法。

3.1 攝影測量技術(shù)

攝影測量技術(shù)主要針對大面積的變形監(jiān)測，例如隧道施工平面的大型特殊測量。利用數(shù)字近景攝影測量技術(shù)與激光掃描的形態(tài)對隧道地面進行精準(zhǔn)的剖析測量與智能技術(shù)化分析，綜合地統(tǒng)計隧道施工期間地面的變形情況。

3.2 隧道收斂監(jiān)測法

此方法適用于大斷面的隧道的監(jiān)控測量，但由于需要的設(shè)備過大，例如平臺車等，使得技術(shù)復(fù)雜，操作不方便。

1)相對位移觀察監(jiān)測法。在監(jiān)控測量的橫斷面上設(shè)置端部是平面且有反光片的監(jiān)測錨桿;在距離此監(jiān)控測量基點的30 m以外的安全地段設(shè)置全站儀;然后通過坐標(biāo)測量法，測量出監(jiān)控測量基點的三維坐標(biāo)，再結(jié)合全站儀內(nèi)存的定義任意坐標(biāo)系，計算出相對的距離值，此方法可以降低監(jiān)測誤差。

2)絕對三維位移觀察監(jiān)測法。將設(shè)備儀器架設(shè)到已知監(jiān)測點位或者將設(shè)備通過之前埋設(shè)的點位，聯(lián)合基準(zhǔn)點一起進行測量;這樣可以全面且客觀地展現(xiàn)出監(jiān)控測量基點的變形狀態(tài)，反映變形情況，由于此方法只需一套設(shè)備儀器就可以完成，所以十分節(jié)省資源，降低監(jiān)測成本。

3.3 拱頂下沉監(jiān)控測量方法

1)三角高程測量。此方法通過在監(jiān)控測量隧道段的縱斷面上設(shè)置錨桿，其原理與相對位移觀察監(jiān)測法一樣，只是操作方法較為復(fù)雜，通過錨桿端部的反射片，分別利用反光片和水準(zhǔn)尺、棱鏡的反射進行距離與軸心的監(jiān)測。

2)水準(zhǔn)精密度測量。隧道施工時，隧道內(nèi)的拱頂對水準(zhǔn)作業(yè)帶來了極大的限制;在采用此方法進行監(jiān)測時，將此方法下的所有監(jiān)測基準(zhǔn)點全部埋設(shè)到基巖上去，拱頂也安置監(jiān)控測量點位，將讀數(shù)的鋼尺倒掛于點位;在監(jiān)測時，利用水準(zhǔn)儀對鋼尺和基準(zhǔn)點進行數(shù)據(jù)的讀取，結(jié)合變形監(jiān)測技術(shù)中的水準(zhǔn)監(jiān)測原理，可以得到監(jiān)控測量基準(zhǔn)點與點位的相對、絕對高程。

3.4 隧道位移的變形監(jiān)測

在施工過程中，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。在隧道的洞口地段埋設(shè)監(jiān)控測量點位，用于觀察施工期間地表發(fā)生下陷的變形情況，一般設(shè)置三個左右的水準(zhǔn)基點，綜合幾個點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，計算出地表的下陷量。

2)隧道周邊位移。一般將監(jiān)控測量點位與水準(zhǔn)基點設(shè)置于隧道的兩側(cè)壁上，監(jiān)測整個隧道周邊的坑道斷面的收斂情況。

3.5 對隧道施工期間的震動爆破情況監(jiān)測

在隧道進行施工時，開發(fā)新的挖掘面必然要利用爆破的形式對洞內(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，要對隧道進行支護架設(shè);監(jiān)測點可水平設(shè)置在支護周圍，監(jiān)測爆破情況對巖體變形產(chǎn)生的影響，及時根據(jù)巖體變化調(diào)整支護情況，維護支護的穩(wěn)定性。

根據(jù)隧道爆破施工時測量的振動速度，進行分析與計算。根據(jù)分析數(shù)據(jù)預(yù)測爆破對此工作面產(chǎn)生變形的影響以及日后的變形情況，架設(shè)支護。還可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計爆破方案，將產(chǎn)生的變形影響降到最低。

4 對隧道施工期間變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理

1)對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行回歸分析。以變形監(jiān)測技術(shù)的理論指導(dǎo)為基礎(chǔ)，處理與計算多個監(jiān)測點反饋的數(shù)據(jù)的變量值，推算監(jiān)測點的最終位移距離，了解變形規(guī)律并掌握變化情況。

2)繪制基準(zhǔn)點監(jiān)測統(tǒng)計表。將各個基準(zhǔn)點測量的數(shù)據(jù)統(tǒng)一繪制成表格的形式，定期對表格的數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)，便于分析參考。

3)隧道各處變形的具體說明。根據(jù)各監(jiān)測點反饋的變形數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計隧道哪些地方發(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)測的成果進行分析。結(jié)合所有監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出變形監(jiān)測的成果，對此成果進行分析，給出對本次隧道施工期間變形監(jiān)測技術(shù)的意見，完善監(jiān)測技術(shù)的不足。

5 結(jié)語

正確有效地采用變形監(jiān)測技術(shù)對隧道施工進行監(jiān)控測量，不但保障了施工的安全，而且大大提升了施工的質(zhì)量，變形監(jiān)測技術(shù)的成果數(shù)據(jù)還能反饋施工技術(shù)的不足與缺陷，使技術(shù)人員綜合數(shù)據(jù)，完善優(yōu)化施工方案，加快施工進度，避免很多安全問題的出現(xiàn)。

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