無(wú)接觸變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在新建蔡胡梁隧道的應(yīng)用

劉磊

【摘 要】監(jiān)控量測(cè)是新奧法隧道施工的要素，傳統(tǒng)方法已不能滿(mǎn)足施工高效的要求。隨著新技術(shù)的發(fā)展，無(wú)接觸隧道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本技術(shù)被應(yīng)用于新建蔡胡梁隧道有效發(fā)揮指導(dǎo)生產(chǎn)作用而得到好評(píng)。

【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(guān)鍵詞】無(wú)接觸； 隧道；變形監(jiān)測(cè)；蔡胡梁隧道

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

【中圖分類(lèi)號(hào)】U455 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）07-0149-02

1 綜述

隨著我國(guó)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(cè)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(dǎo)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(xiàng)目[1]。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式采用拱頂沉降隧道頂部掛水準(zhǔn)尺、圍巖收斂用收斂?jī)x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(diǎn)：

①如果要進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，無(wú)法施工，嚴(yán)重影響施工進(jìn)

度。

②很多隧道采用多臺(tái)階法施工，周邊圍巖穩(wěn)定性越弱，臺(tái)階縱向長(zhǎng)度越短，無(wú)操作空間，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法掛尺的情況。

③圍巖收斂只能確定兩點(diǎn)間收斂的相對(duì)量，不能確定圍巖是哪一側(cè)位移或者兩側(cè)同時(shí)位移。

④量測(cè)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(xiàn)長(zhǎng)度達(dá)到近7300米，是甘肅S216線(xiàn)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(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式的以上弱點(diǎn)，經(jīng)研究，隧道采用更先進(jìn)的無(wú)接觸監(jiān)測(cè)技術(shù)，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和測(cè)量?jī)x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(wú)接觸變形監(jiān)測(cè)的實(shí)施

2.1 新技術(shù)的原理

利用高精度的測(cè)量?jī)x器（全站儀），在基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)后視點(diǎn)為基礎(chǔ)的直角坐標(biāo)系內(nèi)，利用角度和斜距求得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，比較三維坐標(biāo)，可知監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降和位移、監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的收斂數(shù)據(jù)[2]。

A：基準(zhǔn)點(diǎn)；B：基準(zhǔn)后視點(diǎn)；a：沉降點(diǎn)；b、c、d、e：收斂點(diǎn)

2.2 全站儀及配套設(shè)施

為了滿(mǎn)足隧道監(jiān)測(cè)精度的需要，采用徠卡TS09全站儀，測(cè)角精度1”，分辨率0.1”；測(cè)距精度2+2ppm，分辨率0.1mm；為了保證精度，每點(diǎn)測(cè)量4測(cè)回。

與之相應(yīng)，圖1中a、b、c、d、e等監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)距精度不受影響。監(jiān)測(cè)點(diǎn)要在隧道開(kāi)挖后盡快埋設(shè)，沉降點(diǎn)，收斂點(diǎn)必須在同一里程斷面，盡量對(duì)稱(chēng)布置，做到同面等高。要求將高強(qiáng)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(diǎn)時(shí)要注意反射面與測(cè)線(xiàn)垂直，以減少折光對(duì)測(cè)量精度的影響[3]。

基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)控測(cè)量的根本，所以基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)后視點(diǎn)必須牢固設(shè)置。要求基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在仰拱內(nèi)，鋼筋底部必須緊緊抵住堅(jiān)硬基巖。每次基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置必須多設(shè)置一組，以便進(jìn)行不定期基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢查。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)必須設(shè)置標(biāo)識(shí)牌，加強(qiáng)保護(hù)，尤其是設(shè)置于隧道拱頂和拱墻的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不用時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)采集

全站儀架設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)A設(shè)站，瞄準(zhǔn)基準(zhǔn)后視點(diǎn)B定向，前視監(jiān)測(cè)點(diǎn)a，由Aa斜距、水平角、豎角可得監(jiān)測(cè)點(diǎn)a三維坐標(biāo)。同樣測(cè)定b、c、d、e三維坐標(biāo)。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(cè)量頻率如下表：

注：B為隧道開(kāi)挖寬度，當(dāng)兩者量測(cè)頻率出現(xiàn)較大差異時(shí)，應(yīng)取量測(cè)頻率高的值作為實(shí)測(cè)的量測(cè)頻率。

2.4 監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)的處理

每次觀測(cè)后應(yīng)立即對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校和整理，并將檢驗(yàn)過(guò)的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

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

2.5 監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和反饋

通過(guò)圖3可知周邊圍巖的穩(wěn)定情況，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提出施工注意事項(xiàng)和施工方法建議。針對(duì)分析結(jié)果，可分為3個(gè)等級(jí)進(jìn)行管理，Ⅰ級(jí)：圍巖變形很大，立即停止掘進(jìn)，采取特殊的措施；Ⅱ級(jí)：圍巖變化偏大，密切注意圍巖動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)支護(hù)；Ⅲ級(jí)：圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。

自2016年初，蔡胡梁隧道測(cè)量組每次完成監(jiān)控后都及時(shí)反饋，根據(jù)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)出若干次Ⅰ級(jí)管理建議，最大程度保證了施工的安全進(jìn)行[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在蔡胡梁隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，我們對(duì)非接觸變形監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對(duì)于提高觀測(cè)精度、實(shí)用性和可靠性有了進(jìn)一步深入的了解和加強(qiáng)。本技術(shù)能較好地克服傳統(tǒng)隧道變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的缺陷，依托強(qiáng)大的技術(shù)和測(cè)量?jī)x器制造進(jìn)步，比較容易操作。加快了施工進(jìn)度，保證了施工的安全進(jìn)行，在隧道監(jiān)測(cè)中有非常廣闊的應(yīng)用前景，值得大力推廣。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李曉紅.隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)[M] .北京：科學(xué)出版社，2002.

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

【3】喻東.三維無(wú)尺變形測(cè)量在隧道監(jiān)控量測(cè)中的應(yīng)用[A].2009年全國(guó)公路隧道學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C]，2009.

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

【5】司建強(qiáng).隧道無(wú)接觸測(cè)量技術(shù)在小斷面黃土隧道中的應(yīng)用[J].交通建設(shè)，2012（11）：170-171.