無接觸變形監(jiān)測技術(shù)在新建蔡胡梁隧道的應(yīng)用

劉磊

（福建省眾益工程勞務(wù)有限公司，福州350400）

1 綜述

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的深入，新奧法施工的公路、鐵路隧道日益增多。隧道變形監(jiān)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(yīng)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(guān)注的項目[1]。

傳統(tǒng)的監(jiān)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(shù)據(jù)。傳統(tǒng)方式有若干不可克服的局限和弱點：

①如果要進行監(jiān)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(wěn)定性越弱，臺階縱向長度越短，無操作空間，會出現(xiàn)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(cè)位移或者兩側(cè)同時位移。

④量測數(shù)據(jù)受人為影響較大，精度不能保證。

⑤需要高空作業(yè)，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(tǒng)監(jiān)測方式的以上弱點，經(jīng)研究，隧道采用更先進的無接觸監(jiān)測技術(shù)，現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展和測量儀器精度的提高為新技術(shù)的可行性和可靠性提供保障。

2 無接觸變形監(jiān)測的實施

2.1 新技術(shù)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(chǔ)的直角坐標系內(nèi)，利用角度和斜距求得監(jiān)測點的三維坐標，比較三維坐標，可知監(jiān)測點的沉降和位移、監(jiān)測點間的收斂數(shù)據(jù)[2]。

圖1

2.2 全站儀及配套設(shè)施

為了滿足隧道監(jiān)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(yīng)，圖 1中a、b、c、d、e等監(jiān)測點各貼有徠卡 4*4cm規(guī)格的反光片（圖2），可以保證在20-60米范圍內(nèi)測距精度不受影響。監(jiān)測點要在隧道開挖后盡快埋設(shè)，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]。

圖2 測點預埋件正面（單位：cm）

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

監(jiān)測點、基準點必須設(shè)置標識牌，加強保護，尤其是設(shè)置于隧道拱頂和拱墻的監(jiān)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(jiān)控量測數(shù)據(jù)采集

全站儀架設(shè)基準點A設(shè)站，瞄準基準后視點B定向，前視監(jiān)測點a，由Aa斜距、水平角、豎角可得監(jiān)測點a三維坐標。同樣測定b、c、d、e三維坐標。原始數(shù)據(jù)記錄齊全，字跡清楚，不得涂改和轉(zhuǎn)抄；劃改應(yīng)注明原因。

測量頻率如下表：

表1 量測頻率表

2.4 監(jiān)控測量數(shù)據(jù)的處理

每次觀測后應(yīng)立即對原始數(shù)據(jù)進行檢校和整理，并將檢驗過的數(shù)據(jù)輸入計算機管理系統(tǒng)。

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。

圖3 時間-位移曲線和距離-位移曲線

2.5 監(jiān)控測量數(shù)據(jù)的分析和反饋

通過圖3可知周邊圍巖的穩(wěn)定情況，結(jié)合超前地質(zhì)預報，提出施工注意事項和施工方法建議。針對分析結(jié)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(tài)，加強監(jiān)測，加強支護；Ⅲ級：圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。

自2016年初，蔡胡梁隧道測量組每次完成監(jiān)控后都及時反饋，根據(jù)監(jiān)控測量數(shù)據(jù)發(fā)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(jié)語

通過在蔡胡梁隧道施工現(xiàn)場的實際應(yīng)用，我們對非接觸變形監(jiān)測技術(shù)進行了系統(tǒng)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(shù)能較好地克服傳統(tǒng)隧道變形監(jiān)測技術(shù)的缺陷，依托強大的技術(shù)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(jiān)測中有非常廣闊的應(yīng)用前景，值得大力推廣。