無接觸變形監測技術在新建蔡胡梁隧道的應用

劉磊

【摘 要】監控量測是新奧法隧道施工的要素，傳統方法已不能滿足施工高效的要求。隨著新技術的發展，無接觸隧道變形監測技術應運而生，本技術被應用于新建蔡胡梁隧道有效發揮指導生產作用而得到好評。

【Abstract】Monitoring and measuring is the key factor for the tunnel construction with new austrian tunneling method. The traditional methods can not meet the requirements of high efficiency in construction. With the development of new technology， the non-contact tunnel deformation monitoring technology arises as the times require. This technology has been applied to the new-built Caihuliang tunnel and has been praised for its effective guidance in production.

【關鍵詞】無接觸； 隧道；變形監測；蔡胡梁隧道

【Keywords】non-contact； tunnel； deformation monitoring； Caihuliang tunnel

【中圖分類號】U455 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0149-02

1 綜述

隨著我國基礎建設的深入，新奧法施工的公路、鐵路隧道日益增多。隧道變形監控量測是新奧法施工的精髓，提供周邊圍巖的變化信息，提供應力變化情況，指導隧道的安全施工。拱頂沉降、周邊圍巖的收斂是每條隧道施工中必須關注的項目[1]。

傳統的監測方式采用拱頂沉降隧道頂部掛水準尺、圍巖收斂用收斂儀的方式采集數據。傳統方式有若干不可克服的局限和弱點：

①如果要進行監控量測，無法施工，嚴重影響施工進

度。

②很多隧道采用多臺階法施工，周邊圍巖穩定性越弱，臺階縱向長度越短，無操作空間，會出現無法掛尺的情況。

③圍巖收斂只能確定兩點間收斂的相對量，不能確定圍巖是哪一側位移或者兩側同時位移。

④量測數據受人為影響較大，精度不能保證。

⑤需要高空作業，存在人員的安全隱患。

新建蔡胡梁隧道左右線長度達到近7300米，是甘肅S216線平華公路的控制性工程，在施工安全和工期方面提出了更高要求。針對傳統監測方式的以上弱點，經研究，隧道采用更先進的無接觸監測技術，現代測量技術的發展和測量儀器精度的提高為新技術的可行性和可靠性提供保障。

2 無接觸變形監測的實施

2.1 新技術的原理

利用高精度的測量儀器（全站儀），在基準點和基準后視點為基礎的直角坐標系內，利用角度和斜距求得監測點的三維坐標，比較三維坐標，可知監測點的沉降和位移、監測點間的收斂數據[2]。

A：基準點；B：基準后視點；a：沉降點；b、c、d、e：收斂點

2.2 全站儀及配套設施

為了滿足隧道監測精度的需要，采用徠卡TS09全站儀，測角精度1”，分辨率0.1”；測距精度2+2ppm，分辨率0.1mm；為了保證精度，每點測量4測回。

與之相應，圖1中a、b、c、d、e等監測點各貼有徠卡4*4cm規格的反光片（圖2），可以保證在20-60米范圍內測距精度不受影響。監測點要在隧道開挖后盡快埋設，沉降點，收斂點必須在同一里程斷面，盡量對稱布置，做到同面等高。要求將高強度鋼筋一端打入圍巖足夠深度并錨固，另一端焊有球拍狀鋼板，反光片牢固地貼在鋼板上。埋點時要注意反射面與測線垂直，以減少折光對測量精度的影響[3]。

基準點是監控測量的根本，所以基準點和基準后視點必須牢固設置。要求基準點設置在仰拱內，鋼筋底部必須緊緊抵住堅硬基巖。每次基準點設置必須多設置一組，以便進行不定期基準點穩定性檢查。

監測點、基準點必須設置標識牌，加強保護，尤其是設置于隧道拱頂和拱墻的監測點，不用時要用塑料袋包裹，防止噴射混凝土和灰塵污染[4]。

2.3 監控量測數據采集

全站儀架設基準點A設站，瞄準基準后視點B定向，前視監測點a，由Aa斜距、水平角、豎角可得監測點a三維坐標。同樣測定b、c、d、e三維坐標。原始數據記錄齊全，字跡清楚，不得涂改和轉抄；劃改應注明原因。

測量頻率如下表：

注：B為隧道開挖寬度，當兩者量測頻率出現較大差異時，應取量測頻率高的值作為實測的量測頻率。

2.4 監控測量數據的處理

每次觀測后應立即對原始數據進行檢校和整理，并將檢驗過的數據輸入計算機管理系統。

繪制時間位-拱頂下沉（周邊收斂）變化曲線和掌子面距離-拱頂下沉（周邊收斂）速率變化曲線。如圖3。

2.5 監控測量數據的分析和反饋

通過圖3可知周邊圍巖的穩定情況，結合超前地質預報，提出施工注意事項和施工方法建議。針對分析結果，可分為3個等級進行管理，Ⅰ級：圍巖變形很大，立即停止掘進，采取特殊的措施；Ⅱ級：圍巖變化偏大，密切注意圍巖動態，加強監測，加強支護；Ⅲ級：圍巖穩定，可以正常施工。

自2016年初，蔡胡梁隧道測量組每次完成監控后都及時反饋，根據監控測量數據發出若干次Ⅰ級管理建議，最大程度保證了施工的安全進行[5]。

3 結語

通過在蔡胡梁隧道施工現場的實際應用，我們對非接觸變形監測技術進行了系統分析，對于提高觀測精度、實用性和可靠性有了進一步深入的了解和加強。本技術能較好地克服傳統隧道變形監測技術的缺陷，依托強大的技術和測量儀器制造進步，比較容易操作。加快了施工進度，保證了施工的安全進行，在隧道監測中有非常廣闊的應用前景，值得大力推廣。

【參考文獻】

【1】李曉紅.隧道新奧法及其量測技術[M] .北京：科學出版社，2002.

【2】于波.隧道新奧法施工中圍巖的監控量測技術[J].山西建筑，2004（7）：168.

【3】喻東.三維無尺變形測量在隧道監控量測中的應用[A].2009年全國公路隧道學術會議論文集[C]，2009.

【4】胡伍生，潘慶林，黃騰.土木工程施工測量手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

【5】司建強.隧道無接觸測量技術在小斷面黃土隧道中的應用[J].交通建設，2012（11）：170-171.