隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù)比較應(yīng)用研究

摘 要：監(jiān)控量測(cè)作為隧道新奧法施工的關(guān)鍵要素，對(duì)隧道施工具有極其重要的作用。本文通過(guò)對(duì)人工與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較應(yīng)用研究，顯示自動(dòng)化監(jiān)測(cè)不僅工作效率高、數(shù)據(jù)傳輸速度快，而且還能帶來(lái)較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：隧道；施工；監(jiān)測(cè)技術(shù)；應(yīng)用；研究

為加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)，智慧高速公路建設(shè)已經(jīng)成為堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展的具體要求。傳統(tǒng)的隧道施工監(jiān)測(cè)方法是采用全站儀、水準(zhǔn)儀等每天對(duì)隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行測(cè)量，費(fèi)工費(fèi)時(shí)且準(zhǔn)確性、及時(shí)性受限。為此，省內(nèi)某高速公路建設(shè)引入一種隧道全自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隧道施工過(guò)程中圍巖變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸、分析及處理，這對(duì)于及時(shí)掌握安全隱患、控制變形等具有極其重要的保障作用。

工程概況：某隧道ZK12+917～ZK21+042.28，全長(zhǎng)8 125.28 m；右洞起訖樁號(hào)為YK12+930～YK21+067.6，全長(zhǎng)8 137.6 m，由兩個(gè)標(biāo)段負(fù)責(zé)施工。隧道穿越9條斷層2處構(gòu)造帶，施工中極易發(fā)生大塌方或涌水突泥現(xiàn)象。隧址區(qū)主要地質(zhì)病害為軟巖變形，不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖溶。為保證施工有序安全推進(jìn)，項(xiàng)目引入第三方監(jiān)控量測(cè)單位，主要檢測(cè)內(nèi)容為隧道拱頂下沉和周邊位移監(jiān)測(cè)，本項(xiàng)目通過(guò)前期人工與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)比較研究取得一定應(yīng)用效果，目前已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)階段。

一、隧道傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)

一是拱頂下沉量測(cè)。采用精密水準(zhǔn)儀、全站儀、銦鋼尺進(jìn)行。

二是周邊位移量測(cè)。采用全站儀、收斂計(jì)進(jìn)行。一般采取安裝貼片和激光測(cè)距完成。

二、隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

（一）工藝流程

利用無(wú)線通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)建立隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)平臺(tái)。即平臺(tái)—現(xiàn)場(chǎng)基站—無(wú)線采集器—數(shù)據(jù)收集—分析處理。

（二）檢測(cè)方法

1.拱頂下沉監(jiān)測(cè)

拱頂沉降監(jiān)測(cè)采用帶角度激光測(cè)距儀，激光測(cè)距儀放置于前一斷面已經(jīng)設(shè)置好激光角度的拱腰外置，測(cè)下一斷面拱頂前后所得距離差，即沉降。圖1為工作原理圖，圖2、圖3為設(shè)備大樣圖。

2.周邊位移監(jiān)測(cè)

周邊位移監(jiān)測(cè)采用激光測(cè)距儀，根據(jù)測(cè)距儀信號(hào)發(fā)射與接收的時(shí)間計(jì)算距離，當(dāng)距離發(fā)生變化后，根據(jù)時(shí)間差計(jì)算距離變化量。圖4、圖5為下導(dǎo)、上導(dǎo)設(shè)備大樣圖。

三、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及復(fù)核期人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（一）人工數(shù)據(jù)及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

以下選出具有代表性的監(jiān)測(cè)斷面做出具體對(duì)比分析：

1.人工監(jiān)控量測(cè)。采用非接觸量測(cè)（全站儀）進(jìn)行

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：以下為某高速（圖6）某隧道進(jìn)口右線拱頂YK14+360、YK14+390、YK14+420三個(gè)斷面以及位移YK14+330X、YK14+360X、YK14+390X三個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)；某高速（圖7）某隧道出口右線拱頂YK19+020、YK18+990兩個(gè)斷面以及位移YK19+050X、YK19+020X兩個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)2023年3月12日至2023年3月18日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)折線圖。圖6、圖7拱頂、位移日變化拆線圖。

拱頂下沉累計(jì)變化量分別為-1.1mm、-2.2mm、-2.1mm、-0.3mm、-1.1mm，周邊位移監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量分別為-1.5mm、-1.4mm、-1.5mm、0.0mm、-0.1mm，得拱頂下沉以及周邊收斂變化量符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，未出現(xiàn)異常。

2.自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)

拱頂下沉及周邊位移監(jiān)測(cè)，拱頂下沉帶角度激光測(cè)距儀，周邊位移采用不帶角度激光測(cè)距儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：以下為某高速（1標(biāo)）某隧道進(jìn)口右線拱頂YK14+360、YK14+390、YK14+410三個(gè)斷面以及收斂YK14+330X、YK14+360X、YK14+390X三個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)；某高速（2標(biāo)）某隧道出口右線拱頂YK19+020、YK18+990兩個(gè)斷面以及收斂YK19+050X、YK19+020X兩個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)，2023年3月12日至2023年3月18日七天檢測(cè)數(shù)據(jù)日變化折線圖。圖8、圖9為拱頂、位移日變化拆線圖。

拱頂下沉累計(jì)變化量分別為-6.5mm、-4.8mm、-4.2mm、-3.8mm、-2.9mm，周邊收斂監(jiān)測(cè)累計(jì)變化量分別為-4.7mm、-4.5mm、-2.8mm、-4.2mm、-2.5mm，得拱頂下沉以及周邊位移變化量符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，未出現(xiàn)異常。

（二）對(duì)比分析

本次對(duì)比分析將取相應(yīng)時(shí)間段（2023年3月12日至2023年3月18日）的人工量測(cè)數(shù)據(jù)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，排除環(huán)境因素、人為因素影響以及系統(tǒng)誤差，傳統(tǒng)量測(cè)方式與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所測(cè)得的拱頂下沉、周邊收斂的累計(jì)變化數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)基本吻合。

（三）總結(jié)

第一，根據(jù)以上對(duì)比分析，綜合性地驗(yàn)證了自動(dòng)化量測(cè)在隧道施工監(jiān)控量測(cè)工作中的可行性，也做到了以“自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為主，人工量測(cè)為輔”的工作目標(biāo)，大大提高了監(jiān)測(cè)的真實(shí)性，減少了人為因素的影響。

第二，自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)相較傳統(tǒng)人工量測(cè)，做到了數(shù)據(jù)的不間斷采集和數(shù)據(jù)分析處理，減輕人力、物力成本。

第三，通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)了解各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，把握施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)所處的安全狀態(tài)，判斷圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)、襯砌可靠性。用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過(guò)程中存在的不足，并把監(jiān)控量測(cè)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工，為修改施工方法、調(diào)整圍巖級(jí)別、變更支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)。

第四，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來(lái)的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類似工程或該工法本身的發(fā)展提供借鑒、依據(jù)和指導(dǎo)作用。

第五，自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)的加入，也為實(shí)現(xiàn)“項(xiàng)目建設(shè)全生命周期監(jiān)控量測(cè)”的新目標(biāo)提供了有力支持，為加快傳統(tǒng)建設(shè)行業(yè)與新型互聯(lián)科技行業(yè)的深度結(jié)合做出了貢獻(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)于2022年8月份完成設(shè)備調(diào)試更新安裝并綁定平臺(tái)，目前設(shè)備及平臺(tái)基本運(yùn)行正常，偶爾存在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遮擋采集不到有效數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞的現(xiàn)象。在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過(guò)程中由于受隧道洞內(nèi)條件限制，所用設(shè)備又多為精密儀器，傳感器多次重復(fù)使用成活率受限，系統(tǒng)相關(guān)硬件的保護(hù)工作還需不斷加強(qiáng)與改進(jìn)。另外，隧道臨時(shí)用電線路、用水不穩(wěn)定，洞內(nèi)各類施工班組交叉施工，人員較雜，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到供電和人為因素影響較大，為此，需一定的人力、物力去做后期維護(hù)工作。后期，通過(guò)全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，基本可以實(shí)現(xiàn)人工成本降低。今后推廣中，需要從設(shè)備性能提升、檢測(cè)指標(biāo)利用、無(wú)線傳遞方面加以改善，以促進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)更好地發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：田社利（1973.03－），男，漢族，陜西西安人，本科，工程師，主要從事公路工程監(jiān)理工作。