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(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)測方式采用拱頂沉降隧道頂部掛水準(zhǔn)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(diǎn)：

①如果要進(jìn)行監(jiān)控量測，無法施工，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)階縱向長度越短，無操作空間，會(huì)出現(xiàn)無法掛尺的情況。

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(dá)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(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測方式的以上弱點(diǎn)，經(jīng)研究，隧道采用更先進(jìn)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(shí)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(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)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，比較三維坐標(biāo)，可知監(jiān)測點(diǎn)的沉降和位移、監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)測量4測回。

與之相應(yīng)，圖 1中a、b、c、d、e等監(jiān)測點(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)測距精度不受影響。監(jiān)測點(diǎn)要在隧道開挖后盡快埋設(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)要注意反射面與測線垂直，以減少折光對(duì)測量精度的影響[3]。

圖2 測點(diǎn)預(yù)埋件正面（單位：cm）

基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)控測量的根本，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)測點(diǎn)a，由Aa斜距、水平角、豎角可得監(jiān)測點(diǎn)a三維坐標(biāo)。同樣測定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(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校和整理，并將檢驗(yàn)過的數(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(shí)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(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，加強(qiáng)支護(hù)；Ⅲ級(jí)：圍巖穩(wěn)定，可以正常施工。

自2016年初，蔡胡梁隧道測量組每次完成監(jiān)控后都及時(shí)反饋，根據(jù)監(jiān)控測量數(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

通過在蔡胡梁隧道施工現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用，我們對(duì)非接觸變形監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對(duì)于提高觀測精度、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)測技術(shù)的缺陷，依托強(qiáng)大的技術(shù)和測量儀器制造進(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)測中有非常廣闊的應(yīng)用前景，值得大力推廣。