淺析隧道施工中的變形監(jiān)測技術(shù)

高永國

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

1.前言

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

臨時(shí)監(jiān)測主要是提出針對(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)測其變形情況。

拱頂監(jiān)測和隧道收斂監(jiān)測主要是采取一定的測量手段，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

2.1 變形監(jiān)測精度

變形觀測目的、觀測體級(jí)別及預(yù)計(jì)變形量精度對(duì)于測量等級(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)測精度相對(duì)于監(jiān)測點(diǎn)的相對(duì)精度應(yīng)達(dá)到 2毫米。為確保監(jiān)測人員結(jié)構(gòu)的合理性，整個(gè)監(jiān)測過程中盡量不要對(duì)觀測員及主要儀器設(shè)備進(jìn)行更換，每次觀測順序及路線也應(yīng)保持一致。

2.2 測量儀器設(shè)備

選擇的測量儀器設(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)測拱頂下沉，采用全站儀對(duì)三角高程觀測進(jìn)行測距的結(jié)合方法監(jiān)測拱頂下沉，采用收斂量測儀量測并觀測三維位移相結(jié)合的方法監(jiān)測隧道收斂。

2.3 變形觀測周期

變形觀測周期的確定原則主要是可對(duì)變形體變形過程的觀測進(jìn)行系統(tǒng)反應(yīng)，并詳細(xì)監(jiān)測變化時(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，初次觀測應(yīng)將觀測點(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，每周監(jiān)測一次距掌子面50米后位置，持續(xù)監(jiān)測一個(gè)月，之后改為每月監(jiān)測一次。明挖區(qū)域第一周監(jiān)測2一3次，再持續(xù)一個(gè)月每周監(jiān)測一次，之后每月監(jiān)測一次。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)測點(diǎn)每周只進(jìn)行一次監(jiān)測。監(jiān)測資料應(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

要充分利用控制點(diǎn)確定拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)和收斂監(jiān)測基準(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)測及延伸。可根據(jù)分布的監(jiān)測點(diǎn)在觀測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。因監(jiān)測施工期變形對(duì)于相對(duì)變形更加重視，聯(lián)測成果只能用于對(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、便于測量且不易影響交通的區(qū)域設(shè)定洞內(nèi)監(jiān)測工作基點(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，棱鏡的放置在測量時(shí)不方便，監(jiān)測點(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)測斷面布置于隧道橫向，將一組測點(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)測點(diǎn)數(shù)，安裝埋設(shè)的各種測量點(diǎn)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工，以保證施工質(zhì)量，現(xiàn)場測量點(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

4.1 監(jiān)測方法

可按二等水準(zhǔn)的精度要求采用精密水準(zhǔn)監(jiān)測拱頂下沉，因水準(zhǔn)作業(yè)在隧道內(nèi)拱頂不方便，可在拱頂測點(diǎn)上采用特制長掛桿倒掛鋼尺。實(shí)際監(jiān)測時(shí)，在基巖上布設(shè)監(jiān)測基準(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)測量原理對(duì)測點(diǎn)絕對(duì)和相對(duì)高程進(jìn)行計(jì)算。

4.2 三角高程測量法

該方法預(yù)先將若干錨桿埋設(shè)在監(jiān)測隧道縱斷面上，并將反射片貼在錨桿端部形成的平面上。全站儀在監(jiān)測時(shí)要象水準(zhǔn)儀一樣在測點(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)三角高程測高原理將前后視與全站儀軸心高差測出，即可計(jì)算出測點(diǎn)的絕對(duì)和相對(duì)高程。

5.隨道收斂監(jiān)測

5.1 相對(duì)位移觀測法

先將若干監(jiān)測錨桿預(yù)先埋設(shè)在監(jiān)測橫斷面上，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)測量法將監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)系三維坐標(biāo)測出并計(jì)算相對(duì)距離值。

5.2 絕對(duì)三維位移觀測法

若將相對(duì)位移觀測法中儀器在已知點(diǎn)上架設(shè)或聯(lián)測已知基準(zhǔn)點(diǎn)，就能監(jiān)測絕對(duì)三維位移。其具有明顯優(yōu)勢，絕對(duì)變化的三維坐標(biāo)量的變形表現(xiàn)能將測點(diǎn)變形可以全面客觀地反映，可共用一套測量設(shè)備監(jiān)測變形并進(jìn)行施工測量。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，并將觀測墩埋設(shè)于洞內(nèi)作為固定工作點(diǎn)用于全站儀的放置。

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