淺析隧道施工中的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

高永國(guó)

（遼寧省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司第三分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110022）

1.前言

在隧道施工中變形監(jiān)測(cè)的作用十分重要，不只是對(duì)監(jiān)測(cè)工程運(yùn)行過程提高重視，也要對(duì)監(jiān)測(cè)施工期變形提高重視，并重視臨時(shí)監(jiān)測(cè)的必要性及重要性。在施工期間，對(duì)臨時(shí)及永久建筑物的安全監(jiān)測(cè)是變形監(jiān)測(cè)的一個(gè)主要目的。

臨時(shí)監(jiān)測(cè)主要是提出針對(duì)突發(fā)變形異常的迅速反應(yīng)，補(bǔ)充監(jiān)測(cè)施工期間的變形。因受巖土及巖石結(jié)構(gòu)、開挖中放炮震動(dòng)等因素產(chǎn)生的影響，在開挖過程中隧道通常都會(huì)發(fā)生一些變化。為提高施工安全性，為施工準(zhǔn)確及時(shí)提供隧道變化的相關(guān)信息，利于對(duì)施工術(shù)工藝和參數(shù)的修正，提高工程質(zhì)量，必須在隧道開挖過程中監(jiān)測(cè)其變形情況。

拱頂監(jiān)測(cè)和隧道收斂監(jiān)測(cè)主要是采取一定的測(cè)量手段，對(duì)拱頂發(fā)生平面位移及其下沉情況詳細(xì)了解。不只是為隧道掘進(jìn)安全提供一種監(jiān)視手段，也為支護(hù)設(shè)計(jì)調(diào)整、支護(hù)時(shí)間的合理選定及對(duì)圍巖穩(wěn)定性的綜合評(píng)價(jià)等方面提供重要參考，是隧道施工測(cè)量中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。

2.隧道施工期的變形監(jiān)測(cè)

2.1 變形監(jiān)測(cè)精度

變形觀測(cè)目的、觀測(cè)體級(jí)別及預(yù)計(jì)變形量精度對(duì)于測(cè)量等級(jí)及精度具有決定性作用。在隧道施工過程中，監(jiān)測(cè)拱頂下沉的精度相對(duì)于水準(zhǔn)工作基點(diǎn)應(yīng)達(dá)到 1毫米，收斂監(jiān)測(cè)精度相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)精度應(yīng)達(dá)到 2毫米。為確保監(jiān)測(cè)人員結(jié)構(gòu)的合理性，整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中盡量不要對(duì)觀測(cè)員及主要儀器設(shè)備進(jìn)行更換，每次觀測(cè)順序及路線也應(yīng)保持一致。

2.2 測(cè)量?jī)x器設(shè)備

選擇的測(cè)量?jī)x器設(shè)備應(yīng)基于達(dá)到精度要求，具有先進(jìn)性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性，盡量采取高效快捷的測(cè)量方法。針對(duì)隧道施工實(shí)際，可采用精密水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)拱頂下沉，采用全站儀對(duì)三角高程觀測(cè)進(jìn)行測(cè)距的結(jié)合方法監(jiān)測(cè)拱頂下沉，采用收斂量測(cè)儀量測(cè)并觀測(cè)三維位移相結(jié)合的方法監(jiān)測(cè)隧道收斂。

2.3 變形觀測(cè)周期

變形觀測(cè)周期的確定原則主要是可對(duì)變形體變形過程的觀測(cè)進(jìn)行系統(tǒng)反應(yīng)，并詳細(xì)監(jiān)測(cè)變化時(shí)刻，應(yīng)結(jié)合單位時(shí)間內(nèi)變形量及產(chǎn)生影響所受的外界因素進(jìn)行確定。若發(fā)現(xiàn)存在異常變形時(shí)，就要對(duì)觀測(cè)次數(shù)及時(shí)增加。根據(jù)有關(guān)要求與施工實(shí)際，根據(jù)業(yè)主、施工企業(yè)及監(jiān)理部門的意見，在穩(wěn)定區(qū)域，初次觀測(cè)應(yīng)將觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在放炮后距掌子面25米位置；得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后隔天在25-50米位置再進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，每周監(jiān)測(cè)一次距掌子面50米后位置，持續(xù)監(jiān)測(cè)一個(gè)月，之后改為每月監(jiān)測(cè)一次。明挖區(qū)域第一周監(jiān)測(cè)2一3次，再持續(xù)一個(gè)月每周監(jiān)測(cè)一次，之后每月監(jiān)測(cè)一次。在具有較小位移量、變形較為穩(wěn)定時(shí)，可適當(dāng)加大觀測(cè)時(shí)間間隔，在發(fā)生較大變形值或產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將觀測(cè)頻率增大，并及時(shí)報(bào)告監(jiān)理工程師及業(yè)主。在實(shí)際施工中，很多監(jiān)測(cè)點(diǎn)每周只進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)資料應(yīng)及時(shí)送達(dá)地質(zhì)部和洞挖部門，并及時(shí)根據(jù)合同要求向監(jiān)理工程師報(bào)告。

3.隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)

要充分利用控制點(diǎn)確定拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)和收斂監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，但因受到隧道自身?xiàng)l件所限，開挖隧道時(shí)都是逐漸推進(jìn)工作面，并向前延伸導(dǎo)線。隧道實(shí)現(xiàn)全部貫通前，導(dǎo)線一般都不能閉合或附和，所以造成導(dǎo)線控制網(wǎng)布設(shè)主要利用復(fù)測(cè)支導(dǎo)線形式，根據(jù)規(guī)范要求實(shí)施。開挖隧道時(shí)容易破壞導(dǎo)線點(diǎn)，每周對(duì)支導(dǎo)線進(jìn)行一次復(fù)測(cè)及延伸。可根據(jù)分布的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)斷面附近選擇工作基點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)，應(yīng)定期對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)和洞外水準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。因監(jiān)測(cè)施工期變形對(duì)于相對(duì)變形更加重視，聯(lián)測(cè)成果只能用于對(duì)工作基點(diǎn)是否變形進(jìn)行檢查的一個(gè)參考。應(yīng)在巖體穩(wěn)定、便于測(cè)量且不易影響交通的區(qū)域設(shè)定洞內(nèi)監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，并注意將爆破影響區(qū)域避開。采用特制托架作為洞內(nèi)觀測(cè)工作基點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)，因具有較高拱頂，棱鏡的放置在測(cè)量時(shí)不方便，監(jiān)測(cè)點(diǎn)要提前在巖體上打入錨桿，將小鋼板焊在錨桿端部，小鋼板上貼一反光片，方便對(duì)全站儀測(cè)距。為方便采用水準(zhǔn)儀作業(yè)和鋼尺懸掛，可提前在錨桿端部設(shè)計(jì)吊鉤，并分別布設(shè)兩種標(biāo)志。為使橫縱向不同位置的位移變化得到客觀反映，應(yīng)將多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置于隧道橫向，將一組測(cè)點(diǎn)分別埋設(shè)于每斷面起拱線和邊墻底面上2米和10米兩個(gè)位置，在隧道圍巖觀測(cè)其在施工過程中的位移變化。根據(jù)實(shí)際需要對(duì)每個(gè)橫斷面可確定不超過7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)，安裝埋設(shè)的各種測(cè)量點(diǎn)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工，以保證施工質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)要采取保護(hù)措施，若發(fā)生失效或損壞等現(xiàn)象，要及時(shí)采取有效措施進(jìn)行恢復(fù)。

4.拱項(xiàng)下沉監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)方法

可按二等水準(zhǔn)的精度要求采用精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)拱頂下沉，因水準(zhǔn)作業(yè)在隧道內(nèi)拱頂不方便，可在拱頂測(cè)點(diǎn)上采用特制長(zhǎng)掛桿倒掛鋼尺。實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，在基巖上布設(shè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，每次可采用水準(zhǔn)儀對(duì)鋼尺及后視水準(zhǔn)尺讀數(shù)分別進(jìn)行讀取，結(jié)合水準(zhǔn)測(cè)量原理對(duì)測(cè)點(diǎn)絕對(duì)和相對(duì)高程進(jìn)行計(jì)算。

4.2 三角高程測(cè)量法

該方法預(yù)先將若干錨桿埋設(shè)在監(jiān)測(cè)隧道縱斷面上，并將反射片貼在錨桿端部形成的平面上。全站儀在監(jiān)測(cè)時(shí)要象水準(zhǔn)儀一樣在測(cè)點(diǎn)和工作基點(diǎn)間安置，只是采用反光片前視，采用水準(zhǔn)尺或棱鏡后視。此方法根據(jù)三角高程測(cè)高原理將前后視與全站儀軸心高差測(cè)出，即可計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)和相對(duì)高程。

5.隨道收斂監(jiān)測(cè)

5.1 相對(duì)位移觀測(cè)法

先將若干監(jiān)測(cè)錨桿預(yù)先埋設(shè)在監(jiān)測(cè)橫斷面上，并將反射片貼在錨桿端部形成的平面上，

再與隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面不小于30米位置安放全站儀，將其次內(nèi)存定義的坐標(biāo)系作為假定坐標(biāo)系，采用坐標(biāo)測(cè)量法將監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系三維坐標(biāo)測(cè)出并計(jì)算相對(duì)距離值。

5.2 絕對(duì)三維位移觀測(cè)法

若將相對(duì)位移觀測(cè)法中儀器在已知點(diǎn)上架設(shè)或聯(lián)測(cè)已知基準(zhǔn)點(diǎn)，就能監(jiān)測(cè)絕對(duì)三維位移。其具有明顯優(yōu)勢(shì)，絕對(duì)變化的三維坐標(biāo)量的變形表現(xiàn)能將測(cè)點(diǎn)變形可以全面客觀地反映，可共用一套測(cè)量設(shè)備監(jiān)測(cè)變形并進(jìn)行施工測(cè)量。只是該方法法需將一個(gè)后視基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在隧道內(nèi)附近，并將觀測(cè)墩埋設(shè)于洞內(nèi)作為固定工作點(diǎn)用于全站儀的放置。

[1]宋冶.自由設(shè)站法三維變形觀測(cè)精度的檢測(cè)[J]，工程勘察，2012.11

[2]渠守尚，馬勇.側(cè)量機(jī)器人在小浪底大壩外部監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]，測(cè)繪通報(bào)，2014.8

[3]劉紹堂.瑪儀刃斷面儀在小浪底水利樞紐工程中的應(yīng)用[J]，測(cè)繪科技通訊，2013.18

[4]起志仁.大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的分析研究[J]，大壩觀測(cè)與土工測(cè)試，2012.10

[5]陳永奇，吳子安，昊中如.變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)[M]，北京：測(cè)繪出版社，2009