隧道施工期間的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

【摘要】在隧道施工期間運(yùn)用變形監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)的特點(diǎn)與方法，結(jié)合隧道施工工程的實(shí)際特征，對(duì)在隧道施工期間的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用做出探討。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；變形監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)技術(shù)

隧道在使用與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生變形，如拱頂下沉，拱腰收斂等。了解隧道變形，研究其產(chǎn)生的根源、特征及其隨空間與時(shí)間的變化規(guī)律，加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)工作，避免或盡可能減少損失，是變形觀測(cè)的主要任務(wù)，也是隧道安全管理的重要內(nèi)容。

1、隧道施工期變形監(jiān)測(cè)的精度、觀測(cè)儀器和觀測(cè)周期

1.1 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(guò)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1mm，收斂監(jiān)測(cè)精度（一對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)精度）達(dá)到2mm。為確保測(cè)量體系的穩(wěn)定性，整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)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。

1.2 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，采用全站儀三角高程觀測(cè)的方法監(jiān)測(cè)拱頂下沉，采用收斂量測(cè)儀量測(cè)或觀測(cè)三維位移的方法監(jiān)測(cè)隧道收斂。

1.3 變形觀測(cè)周期

變形觀測(cè)周期的確定方法是對(duì)可變形體變形過(guò)程的觀測(cè)進(jìn)行系統(tǒng)反應(yīng)，并詳細(xì)監(jiān)測(cè)記錄變化時(shí)刻，從而結(jié)合單位時(shí)間內(nèi)的變形量及其產(chǎn)生影響和所受的外界因素進(jìn)行綜合考慮確定。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(jiàn)，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25m位置；得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后隔天在25～50m位置再進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，每周監(jiān)測(cè)一次距掌子面50m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)2～3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。

2、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(kāi)挖過(guò)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(kāi)挖過(guò)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。

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)，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)定期與洞外的水準(zhǔn)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。由于施工期的變形監(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)位置是否變化的參考。

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(kāi)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)量時(shí)不便于放置棱鏡，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)事先用錨桿打入巖體，錨桿端部焊一小鋼板，把反光片貼在小鋼板上，以便于全站儀測(cè)距；為便于利用水準(zhǔn)儀作業(yè)，方便懸掛鋼尺，錨桿端部還應(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，沿隧道橫向布置多個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，用其觀測(cè)隧道圍巖在施工中的位移變化狀況。每個(gè)橫斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)根據(jù)需要而定，可以是1～7個(gè)不等。

各種測(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)，一旦發(fā)生損壞或失效現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)。

3、對(duì)隧道施工期間進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法

3.1 攝影測(cè)量技術(shù)

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

3.2 隧道收斂監(jiān)測(cè)法

（1）相對(duì)位移觀察監(jiān)測(cè)法。在監(jiān)控測(cè)量的橫斷面上設(shè)置端部是平面且有反光片的監(jiān)測(cè)錨桿；在距離此監(jiān)控測(cè)量基點(diǎn)的30m以外的穩(wěn)定地段設(shè)置全站儀； 然后通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量法，測(cè)量出監(jiān)控測(cè)量基點(diǎn)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(jì)算出橫斷面一組觀點(diǎn)的相對(duì)的距離值，此方法可以降低監(jiān)測(cè)誤差。

（2）絕對(duì)三維位移觀察監(jiān)測(cè)法。將設(shè)備儀器架設(shè)到已知監(jiān)測(cè)點(diǎn)位或者將設(shè)備通過(guò)之前埋設(shè)的點(diǎn)位，聯(lián)合基準(zhǔn)點(diǎn)一起進(jìn)行測(cè)量；這樣可以全面且客觀地展現(xiàn)出監(jiān)控測(cè)量基點(diǎn)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(cè)成本。

3.3 拱頂下沉監(jiān)控測(cè)量方法

（1）三角高程測(cè)量。此方法通過(guò)在監(jiān)控測(cè)量隧道段的縱斷面上設(shè)置錨桿，其原理與相對(duì)位移觀察監(jiān)測(cè)法一樣，只是操作方法較為復(fù)雜，通過(guò)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(jìn)行距離與軸心的監(jiān)測(cè)。

（2）水準(zhǔn)精密度測(cè)量。隧道施工時(shí)，隧道內(nèi)的拱頂對(duì)水準(zhǔn)作業(yè)帶來(lái)了極大的限制；在采用此方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，將此方法下的所有監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)全部埋設(shè)到基巖上去，拱頂也安置監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位，將讀數(shù)的鋼尺倒掛于點(diǎn)位；在監(jiān)測(cè)時(shí)，利用水準(zhǔn)儀對(duì)鋼尺和基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，結(jié)合變形監(jiān)測(cè)技術(shù)中的水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)原理，可以得到監(jiān)控測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)與點(diǎn)位的相對(duì)、絕對(duì)高程。

3.4 隧道位移的變形監(jiān)測(cè)

（1）地表下沉位移監(jiān)測(cè)。在隧道的洞口地段埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)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(gè)左右的水準(zhǔn)基點(diǎn)，綜合幾個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出地表的下陷量。

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

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，測(cè)量人員承擔(dān)的責(zé)任是“及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的變形，及時(shí)報(bào)警”。而一旦測(cè)量結(jié)果超過(guò)允許值，就必須果斷地采取一切措施來(lái)抑制該工程進(jìn)一步的形變，避免出現(xiàn)塌方和安全隱患，從而最大限度地保障人民生命安全。

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