隧道施工期间的变形监测技术
2015-05-12
一、前言变形监测在工程施工中具有重要作用。隧道施工不仅要重视工程运行期间的监测，也要重视施工期间的变形监测，同时还不能忽略临时监测的重要性和必要性。施工期间变形监测的目的之一是监测永久性建筑物在施工期间的安全。临时监测是为突发变形异常而提出的快速反应。由于受岩石结构和岩土情况以及施工中的放炮震动带来的影响，为了确保施工安全，为施工提供准确及时的隧道变化情况信息，便于修正施工参数和施工技术工艺，确保工程质量，隧道开挖过程中必须进行变形监测。 施工期间变形监测的基本要求是：及时埋设监测基准点、工作基点和监测点，及时观测、整理分析资料。拱顶监测和隧道收敛监测就是通过测量手段，来解决拱顶的平面位移和拱顶下沉情况，是隧道施工测量中的重要环节。 隧道施工期间变形监测的精度、观测仪器和观测周期变形监测的精度测量等级及精度取决于变形观测的目的、变形观测体的级别以及预计变形量的“必要精度”。隧道施工期要求拱顶下沉的监测精度为1mm（相对于水准工作基点）收敛监测精度为2mm(一对监测点的相对精度)。为了保证监测精度，整个作业期间不宜更换观测人员和主要观测的仪器，每次观测次序和行进路线也应尽相同。
二、测量仪器设备 测量仪器设备的选择要在满足精度要求的前提下，力求先进和经济实用，要尽可能的采用快速高效的作业方法。结合本工程的具体情况，拱顶下沉监测采用NA型精密水准仪观测和用卡TPS402全站仪进行测距、三角高程观测；隧道收敛监测用收敛监测仪器和三维位移观测相结合。三维位移观测又可以分为绝对坐标观测法和相对位移观测法。
三、变形监测的周期 变形监测周期应以能系统的反应观测变形体的变形过程且又不遗漏其变化时刻为原则，应根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响程度来确定。当发现变形异常时，应及时增加观测次数。根据工地实际情况，结合业主、监理的意见，在稳定地区，首次观测在每次放炮后距离掌子面25m处设点观测；获得基础数据后25~50m处隔天监测一次，距离掌子面50m后的点每周监测一次，连续四周，然后改为每月一次。当位移量较小、变形趋于稳定时，观测间隔适当放宽，当变形值较大或出现异常数据时，应加大观测频率，并及时向业主和监理单位报告。实际执行过程中许多监测点都是每周监测一次。监测资料应及时给予洞挖部门和地质部，洞挖部门应及时按合同报送监理工程师。 1、隧道内监测基准点、工作基点和监测点的建立 拱顶下沉监测点和收敛监测的基准点应尽量利用控制点，但由于隧道的本身条件的限制，隧道开挖过程中工作面是逐步向前推进的，导线也是逐步向前延伸的。隧道贯通前，导线无法闭合或附和因而导线控制网采用复测支导线的形式布设，按规范要求进行作业。隧道开挖过程中所做导线点容易破坏，复测支导线每周进行一次重测和延伸。 2、水准基点和工作基点应按照监测点的分布选在观测断面附近 基准点应定期与洞外的水准点联测。由于施工期间的变形监测更重视相对变形，联测成果仅作为检查工作基点是否变形的参考。洞内监测基准点、工作基点应设定在岩体稳定、方便测量而且受交通影响小的区域。同时注意避开爆破影响区域。洞内观测基准点和工作基点采用特制托架，强制对中。由于拱顶较高，测量是不便放置棱镜，监测点应事先用锚钉打入岩体，然后用仪器的免棱镜条件下测距，为方便水准仪作业，方便悬挂钢尺，锚钉端部还应事先设计吊钩，两种标志可分别布设。为了反映纵向和横向不同部位的位移变化情况，沿隧道横向布设多个监测断面，在每个断面起拱线和边墙底面以上2m和10m处两个部位各埋设一组测点。各个测量点的安装埋设，必须按设计要求精心施工，确保质量，现场测量点应严格保护措施，一旦发生损坏或失效现象，应及时恢复。
四、拱底下沉监测 对拱顶下沉监测，可采用精密水准，按二等水准的精度要求进行作业。由于隧道内拱顶不便于水准作业，可以用特制的长挂杆把钢尺倒挂在拱顶的侧点上。实际作业时，监测基准点布设在基岩上，每次监测时，用水准仪读取钢尺的读数和后视水准尺的读数，根据水准测量原理即可求出测点的相对高程和绝对高程。
五、隧道收敛监测 1、相对位移观测法 首先在监测横断面上预先埋设若干监测锚杆A、B、C等，并在锚杆端部做成平面，贴上反光片。然后在距离隧道监测点断面30米或更远的地方安置全站仪O，以全站仪的任意坐标系作为假定坐标系，用坐标测量法测出监测点的任意坐标系三维坐标A（XA,YA,ZA）,B(XB,YB,ZB),C(XC,YC,ZC)。（任意设站，无需测站坐标和已知定向方位）。最后进行如下计算： SAB=[(XB-XA)2+(YB-YA)2+(ZB-ZA)2]1/2 SBC=[(XC-XB)2+(YC-YB)2+(ZC-ZB)2]1/2 SCA=[(XA-XC)2+(YA-YC)2+(ZA-ZC)2]1/2 该方法就能直接测出相对距离值，既减少了放置棱镜不便带来的麻烦，又减少了因放置棱镜的微小变化而带来的误差。 2、绝度三维位移观测法 相对位移观测法，如果把仪器架于已知点上或与已知基准点联测，即可完成绝对三维位移监测。其优点是：变形表现为三维坐标量的绝对变化，可以客观而全面反映出测点的变化情况，变形监测和施工测量可共用一套测量设备。
六、变形监测数据整理 变形监测外业结束，应尽快进行数据处理。专业的变形监测数据处理和分析软件是必不可少的工具。变形值的一半变化规律是：隧道开挖初期，曲线变化较陡，随着时间及开挖面的推进，曲线逐渐变缓，最后趋于稳定。所以在变形观测初期，数据处理越及时越好。编写变形观测监测工作报告，其内容包括： 施工说明（施工方法、施测时间、地点等）；基准点、监测点位示意图；基准点监测成果表；隧道竖向位移量统计图表；横向水平位移量统计图表；变形观测成果分析意见；结论与建议。 通过时间证明，采用传统水准测量的方法来监测对到拱顶下沉，可以达到0.5~1mm,采用测距三角高程测量的方法可以达到1~2mm的相对精度，在特殊大断面的隧道拱顶下沉监测中具有明显的优越性！
