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        公路隧道拱頂沉降數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測精度確定方法探討

        2023-01-30 03:28:10樊祥君方傳海王星星易炳疆
        公路交通技術(shù) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:高差拱頂測點(diǎn)

        樊祥君, 方傳海, 王星星, 易炳疆

        (1.招商局重慶公路工程檢測中心有限公司, 重慶 400067; 2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 成都 610052)

        隧道監(jiān)控量測是隧道施工過程中必須開展與分析的一項(xiàng)工作。拱頂沉降監(jiān)測是其中必測項(xiàng)目,主要通過埋設(shè)測點(diǎn),持續(xù)采集與分析變形數(shù)據(jù),對(duì)隧道內(nèi)部的掉塊、塌方等情況進(jìn)行有效預(yù)警,在隧道淺埋段,結(jié)合地表沉降數(shù)據(jù)還能有效預(yù)防隧道冒頂?shù)陌l(fā)生。隧道拱頂沉降監(jiān)測對(duì)判斷隧道施工期間圍巖穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用。

        隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目中,位移監(jiān)測屬于隧道工程與測量工程的交叉領(lǐng)域,現(xiàn)有隧道規(guī)范和測量規(guī)范對(duì)公路隧道施工期間監(jiān)控量測的精度要求、選用儀器設(shè)備的規(guī)定、數(shù)據(jù)采集方法的規(guī)定既有側(cè)重又有差異,這給現(xiàn)場應(yīng)用帶來了困惑。為此,本文將通過拱頂沉降監(jiān)測,分析討論不同規(guī)范中條文的相關(guān)規(guī)定,并根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中的條文給出一種確定隧道施工期間拱頂沉降監(jiān)測精度的方法,供同行討論。

        1 確定精度的方法

        1.1 現(xiàn)有規(guī)范關(guān)于精度要求的分析

        目前,隧道監(jiān)控量測工作中位移監(jiān)測精度取值主要參考以下標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范:《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)[1]、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)[2]、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660—2020)[3]、《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)[4]等。其中涉及國標(biāo)和行標(biāo)。

        1) 國家標(biāo)準(zhǔn)

        《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)對(duì)垂直位移監(jiān)測精度的要求如表1所示。

        表1 沉降監(jiān)測精度的規(guī)定[1]Table 1 Provisions on settlement monitoring accuracy

        表1中變形監(jiān)測的精度等級(jí),是根據(jù)我國變形監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn),并參考國外標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)變形監(jiān)測內(nèi)容確定的。垂直位移監(jiān)測按變形觀測點(diǎn)垂直位移的高程中誤差或相鄰變形觀測點(diǎn)高差中誤差的大小來劃分,將變形監(jiān)測分為四個(gè)等級(jí),一等適用于高精度變形監(jiān)測項(xiàng)目,二、三等適用于中等精度變形監(jiān)測項(xiàng)目,四等適用于低精度的變形監(jiān)測項(xiàng)目。

        《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)是測量類國標(biāo),監(jiān)測精度要求的涉及面較廣泛,包括建筑、橋梁、地下工程、大壩等。該標(biāo)準(zhǔn)的要求有一定的通用性,但針對(duì)性較弱。由于不同的受監(jiān)測物其允許變形量有很大差異,因此,采用同一套監(jiān)測精度作為要求有一定局限性。筆者認(rèn)為,表1中的精度要求可作為制定具體項(xiàng)目中監(jiān)測精度指標(biāo)的參考依據(jù),并不能直接作為具體監(jiān)測參數(shù)的精度要求。

        《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)中對(duì)軌道隧道施工監(jiān)控量測的沉降監(jiān)測精度也有要求,如表2所示。

        表2 城市軌道交通沉降監(jiān)測精度的規(guī)定[2]Table 2 Provisions on settlement monitoring accuracy of urban railtransit

        該規(guī)范中確定位移監(jiān)測的精度主要依據(jù)監(jiān)測等級(jí),各等級(jí)的位移控制值包括累計(jì)變化量控制值和變化速率控制值。高差中誤差的精度要求由位移控制值的大小確定,控制值要求越嚴(yán)格,所需要滿足的精度越高。

        該規(guī)范中位移監(jiān)測精度的確定考慮較全面,主要依據(jù)監(jiān)測等級(jí)和位移控制值制定,對(duì)于軌道隧道的監(jiān)測工作具有指導(dǎo)意義,但該要求對(duì)累計(jì)變形量大于40 mm的情況規(guī)定較為粗獷。公路隧道Ⅴ級(jí)圍巖或部分Ⅵ級(jí)圍巖的預(yù)留變形量常大于40 mm,甚至存在更大的情況。因此,該精度要求對(duì)公路隧道施工監(jiān)控量測中拱頂沉降監(jiān)測的指導(dǎo)有一定局限性。

        2) 建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

        《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)對(duì)沉降監(jiān)測精度的要求如表3所示。

        表3 沉降監(jiān)測精度的規(guī)定[3]Table 3 Provisions on settlement monitoring accuracy

        此規(guī)范中的監(jiān)測精度要求主要是參考國家水準(zhǔn)測量規(guī)范中的要求,針對(duì)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)中不同的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)制定。對(duì)建筑工程變形監(jiān)測有指導(dǎo)意義,但對(duì)施工中隧道監(jiān)控量測工作的適用有局限性。

        3) 交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

        交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中涉及到垂直位移(沉降)精度的標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范主要是《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660—2020)。該規(guī)范中規(guī)定:拱頂下沉監(jiān)測在預(yù)留變形量不大于30 mm時(shí),精度應(yīng)達(dá)到0.5 mm;預(yù)留變形量大于30 mm時(shí),精度應(yīng)達(dá)到1 mm。

        此說法對(duì)于施工中的隧道監(jiān)控量測工作有指導(dǎo)意義,但要求較粗獷,不夠明確。對(duì)于以下情況并未細(xì)化:

        (1) 僅規(guī)定采取“預(yù)留變形量30 mm”為閾值對(duì)精度進(jìn)行分級(jí),不夠精確。當(dāng)預(yù)留變形量很大時(shí),若依然采用1 mm的精度要求,可能會(huì)存在精度冗余的情況。因此,需要根據(jù)不同的預(yù)留變形量更加細(xì)化和明確監(jiān)測精度。

        (2) 未引入數(shù)據(jù)分辨率和數(shù)據(jù)可信度的概念。對(duì)于本規(guī)范中的要求,無法判斷是需要數(shù)據(jù)讀數(shù)精確至“1 mm”,還是成果數(shù)據(jù)的可信度要達(dá)到“1 mm”。因此,需要引入測量學(xué)中的中誤差概念,來判斷成果數(shù)據(jù)的可信程度。

        1.2 精度確定原則

        對(duì)比分析前文不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于沉降監(jiān)測精度的規(guī)定,現(xiàn)有規(guī)范中對(duì)于公路車行隧道拱頂沉降監(jiān)測精度的要求都存在一定的局限性[5]。因此,筆者就公路車行隧道施工監(jiān)控量測中拱頂沉降監(jiān)測這一參數(shù),提出一種監(jiān)測精度的確定方法,并探討其相對(duì)合理性及相對(duì)適用性。

        從前文的探討可知,精度要求應(yīng)具有以下特點(diǎn):

        1) 具有針對(duì)性:應(yīng)根據(jù)不同項(xiàng)目的要求和特點(diǎn)制定具體的、有針對(duì)性的監(jiān)測精度要求。

        2) 滿足技術(shù)要求:通過監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)能達(dá)到準(zhǔn)確反映變形情況的精度要求,不應(yīng)出現(xiàn)由于精度不足導(dǎo)致無法判斷變形與否的情況。

        3) 無過大的冗余:精度要求應(yīng)適度,不應(yīng)一味追求高精度,過高的精度要求對(duì)反映變形狀況無明顯意義,且會(huì)耗費(fèi)過多的人力物力。

        4) 能夠?qū)嶋H運(yùn)用:制定精度要求時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮,采用何種方式、何種儀器設(shè)備、現(xiàn)場的客觀條件是否能實(shí)施。換言之,制定的精度要求能否落地,是否便于實(shí)施。

        1.3 精度確定方法

        參考監(jiān)控量測工作常用的現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中的條文作為制定精度的依據(jù),現(xiàn)有條文[6]如下:

        1) 《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)中規(guī)定:綜合設(shè)計(jì)和我國相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)將已確定的變形允許值的1/20作為變形監(jiān)測的精度指標(biāo)值,即相應(yīng)指標(biāo)中誤差。

        2) 《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)中規(guī)定:監(jiān)測精度應(yīng)根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目、控制值大小、工程要求、國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等綜合確定,并應(yīng)滿足對(duì)監(jiān)測對(duì)象的受力或變形特征分析的要求。

        3) 《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)中規(guī)定:對(duì)沉降觀測,應(yīng)取差異沉降的沉降差允許值的1/10~1/20作為沉降差測定的中誤差,并將該數(shù)值視為監(jiān)測點(diǎn)測站高差中誤差。

        綜上分析,確定監(jiān)測精度的思路如下:

        1) 確定受監(jiān)測物體的允許變形量。

        2) 確定允許誤差的最大值。此處的“允許誤差最大值”,可理解為不影響判斷變形量、變形趨勢、穩(wěn)定性的最小數(shù)據(jù)差異。

        3) 確定衡量觀測精度的標(biāo)準(zhǔn)。

        依據(jù)上述思路,依次確定需要的數(shù)據(jù):

        (1) 拱頂沉降允許變形量:參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 第一冊 土建工程》(JTG 3370.1—2018)中的規(guī)定,取該規(guī)范中的預(yù)留變形量作為允許變形量。

        (2) 允許誤差的最大值:參考《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)、《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)等規(guī)范,取允許變形量的1/20。

        (3) 衡量標(biāo)準(zhǔn):參考《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020),《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)等規(guī)范中的控制標(biāo)準(zhǔn),取相鄰觀測點(diǎn)的高差中誤差作為衡量觀測精度的標(biāo)準(zhǔn)。

        綜上,得出公路隧道施工拱頂沉降監(jiān)測精度參考值,如表4所示。

        表4 公路隧道施工拱頂沉降監(jiān)測精度參考值[7]Table 4 Reference value of monitoring precision of arch roof settlement during the tunnel

        除表4之外的情況,可根據(jù)設(shè)計(jì)文件中的預(yù)留變形量,取其1/20作為相鄰觀測點(diǎn)的高差中誤差。相鄰觀測點(diǎn)的高差中誤差按照下式計(jì)算:

        (1)

        式中:MΔ為相鄰觀測點(diǎn)的高差中誤差,mm;v為高差改正數(shù),即測點(diǎn)的最或是值與觀測值之差,mm;n為測段數(shù)。

        (2)

        式中:w為閉合差或附合差,mm。

        此方法是依據(jù)測段數(shù)計(jì)算改正數(shù)和高差中誤差,并與要求中誤差進(jìn)行對(duì)比,判斷數(shù)據(jù)精度。測量中,觀測距離的差異會(huì)造成觀測精度的差異,因此,為了排除觀測距離差異造成的影響,在具體實(shí)施時(shí),宜將監(jiān)測斷面間距相等或相近的監(jiān)測點(diǎn)劃歸為一個(gè)閉合或附合路線,將監(jiān)測斷面間距差異較大的測點(diǎn)分別設(shè)立閉合或附合路線。

        2 儀器及監(jiān)測數(shù)據(jù)采集方法

        2.1 現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定

        1) 《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)

        該規(guī)范中規(guī)定:隧道拱頂下沉和底面回彈宜采用收斂計(jì)法、斷面測量法和水準(zhǔn)測量方法;三等及以下精度要求的,也可采用全站儀自動(dòng)跟蹤測量法。根據(jù)現(xiàn)場的客觀條件對(duì)規(guī)范中提到的方式方法進(jìn)行分析[8]。

        (1) 收斂計(jì)法:是對(duì)比收斂測線長度的變化來判斷位移情況,測線兩端點(diǎn)需要布設(shè)穩(wěn)固的掛鉤用于采集數(shù)據(jù)[9],這種方法用于實(shí)施拱頂沉降監(jiān)測有一定的難度,主要有幾點(diǎn)原因:a) 仰拱施工前,很難在拱頂測點(diǎn)的下方找到穩(wěn)固、且不易破壞的地方布設(shè)收斂掛鉤;b) 隧道施工期間大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出頻繁,布設(shè)在下方的收斂掛鉤極易被破壞,這就會(huì)造成監(jiān)測數(shù)據(jù)中斷。

        (2) 水準(zhǔn)測量方法:水準(zhǔn)測量是一種常用的測定兩點(diǎn)間高差的方式,相對(duì)于其他方法在測量精度和數(shù)據(jù)采集效率來方面都有較大的優(yōu)勢[10],但在隧道拱頂沉降監(jiān)測這個(gè)特定的使用情景下,存在一定的局限性。公路隧道的建筑限界高度通常大于4.5 m,而目前常用的銦鋼條碼尺長度為2 m或3 m,若采用在拱頂測點(diǎn)倒掛銦鋼尺的方式開展工作,就需要利用平臺(tái)將水準(zhǔn)儀升高,以便使視線高處于銦鋼尺的讀數(shù)范圍內(nèi)。這種方式在具體實(shí)施時(shí)存在一定的難度。用于升高儀器的腳手架等平臺(tái)會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)、移動(dòng)的情況,會(huì)造成儀器的架設(shè)不穩(wěn)的情況,這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度和可靠性會(huì)受到極大的影響。此外,這種操作方式還會(huì)帶來額外的高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)[11]。水準(zhǔn)測量方法在凈空較小,拱頂?shù)箳煦熶摮邥r(shí),不需要利用其他設(shè)備升高水準(zhǔn)儀的視線高的情況較為適用。

        2) 《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)

        該規(guī)范中規(guī)定:豎向位移監(jiān)測可采用幾何水準(zhǔn)測量、電子測距三角高程測量、靜力水準(zhǔn)測量等方法。

        幾何水準(zhǔn)測量同前文水準(zhǔn)測量方法[11]。靜力水準(zhǔn)測量方法多用于自動(dòng)化沉降監(jiān)測,過程中會(huì)用到液體存放容器、連通管等設(shè)備,成本較高,在公路隧道施工監(jiān)測項(xiàng)目中很少用。

        該規(guī)范相較于《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)提出了可使用“電子測距三角高程測量方法”,技術(shù)要求沿用《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8—2016)中的規(guī)定[12]?!督ㄖ冃螠y量規(guī)范》(JGJ 8—2016)中規(guī)定:三角高程測量時(shí),應(yīng)在后視點(diǎn)、前視點(diǎn)上設(shè)置棱鏡,在其中間設(shè)置全站儀,每站的前后視線長度之差,對(duì)三等觀測不宜超過30 m,四等觀測不宜超過50 m[13]。這就要求需要將全站儀架設(shè)在測點(diǎn)中間的位置,且拱頂沉降測點(diǎn)需要布設(shè)為能夠安裝棱鏡的形式。由于采集數(shù)據(jù)時(shí)要將棱鏡對(duì)準(zhǔn)全站儀,每一站采集數(shù)據(jù)前,就需要利用升高設(shè)備將技術(shù)人員抬升到拱頂測點(diǎn)的高度,安裝棱鏡,同時(shí)調(diào)整棱鏡方向,對(duì)準(zhǔn)全站儀。這種方式數(shù)據(jù)采集效率相對(duì)較低,而且存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。此方法在批量隧道拱頂沉降監(jiān)測方面受限。

        3) 《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660—2020)

        該規(guī)范中規(guī)定:拱頂下沉監(jiān)測可使用水準(zhǔn)儀、銦鋼尺、全站儀或其他非接觸量測儀器[14]。該規(guī)范中僅提及了能夠使用的儀器設(shè)備,但具體的操作方法和操作技術(shù)要求沒有明確。依據(jù)該規(guī)范,采用全站儀開展拱頂沉降監(jiān)測的項(xiàng)目,通常會(huì)直接采集測點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),以2次數(shù)據(jù)Z坐標(biāo)的差值作為沉降量[15]。這種方式采集的數(shù)據(jù)沒有多余觀測數(shù)據(jù),無法判別數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可信度,而數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可信度對(duì)于判斷隧道的穩(wěn)定性是及其重要的,因此需增加多余觀測,來確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度。

        2.2 儀器及監(jiān)測方法

        拱頂沉降監(jiān)測方法和儀器設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下原則:

        1) 所采集數(shù)據(jù)的精度能滿足判斷受監(jiān)測物體穩(wěn)定性的需要;

        2) 所采用的儀器設(shè)備普及率高,不屬于價(jià)格高昂的稀有設(shè)備;

        3) 監(jiān)測方法簡單,容易開展,對(duì)作業(yè)面無特殊要求;

        4) 數(shù)據(jù)采集效率高;

        5) 開展數(shù)據(jù)采集工作成本相對(duì)較低,無需投入過多的人力和物力;

        6) 不應(yīng)存在較大的安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

        根據(jù)上述原則,并結(jié)合隧道內(nèi)施工期間的作業(yè)環(huán)境,綜合各種監(jiān)測方法探討下述監(jiān)測方法:

        1) 需要采集的數(shù)據(jù):監(jiān)測點(diǎn)之間的高差數(shù)據(jù)。且測量路線應(yīng)構(gòu)成閉合或附合路線,產(chǎn)生多余觀測,用于判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度。

        2) 儀器設(shè)備:采用全站儀。全站儀采集數(shù)據(jù)時(shí)可不受視線高的限制,通視的情況下就能夠讀取測點(diǎn)處棱鏡或反射片的數(shù)據(jù)信息。

        3) 監(jiān)測點(diǎn):優(yōu)先選擇埋設(shè)小棱鏡的方式,如果隧道復(fù)噴次數(shù)較多,監(jiān)測點(diǎn)容易被破壞,埋設(shè)小棱鏡成本過高,也可采用埋設(shè)鐵板粘貼反光標(biāo)志的形式。

        4) 需要計(jì)算的數(shù)據(jù):閉合差或附合差、測點(diǎn)間高差中誤差、改正后測點(diǎn)高程。

        下面采用隧道監(jiān)測區(qū)域中2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(A1、A2)、3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(B1、B2、B3)的監(jiān)測數(shù)據(jù),簡述數(shù)據(jù)采集和成果計(jì)算的過程?;鶞?zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系見圖1。

        圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)相對(duì)位置關(guān)系Fig.1 Relative position between reference points and monitoring points

        全站儀架設(shè)在A1與B1中間,依次測量出A1-B1的高差數(shù)據(jù)hA1-B1,B1-B2的高差數(shù)據(jù)hB1-B2,B2-B3的高差數(shù)據(jù)hB2-B3,B3-A2的高差數(shù)據(jù)hB3-A2;再反向測量出A2-A1的高差數(shù)據(jù)hA2-A1。

        wb=∑hi-j

        (3)

        式中:wb為閉合差,mm;hi-j為i點(diǎn)與j點(diǎn)之間的高差,mm。

        按照1.3節(jié)中的改正數(shù)公式(2)計(jì)算高差改正數(shù),再根據(jù)計(jì)算出的改正數(shù),按式(4)計(jì)算改正后的高差。

        (4)

        首次監(jiān)測數(shù)據(jù)采集時(shí),可按照上述閉合水準(zhǔn)路線方式進(jìn)行,后各次監(jiān)測數(shù)據(jù)可按照基準(zhǔn)點(diǎn)A1到A2的方向以附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行。附合差可按照下式計(jì)算:

        wf=hA1-A2-∑hi-j

        (5)

        式中:wf為附合差,mm。

        用上述方法測量時(shí),除需注意監(jiān)測工作中的常規(guī)要求外,還需注意以下幾點(diǎn):

        1) 各點(diǎn)之間的高差數(shù)據(jù)應(yīng)用盤左、盤右分別測量,保證較差在可接受范圍內(nèi),再取均值作為2點(diǎn)間高差,此做法是為了盡量消除指標(biāo)差。

        2) 首次和后續(xù)各次監(jiān)測數(shù)據(jù)采集時(shí)的儀器架設(shè)位置應(yīng)保持一致。監(jiān)測項(xiàng)目需要的成果是各次數(shù)據(jù)與首期數(shù)據(jù)的差值,可利用計(jì)算過程數(shù)據(jù)相減的特點(diǎn)來消除部分系統(tǒng)誤差。因此,每次采集數(shù)據(jù)時(shí)需要盡量保持客觀條件一致。

        3) 由于垂直角觀測誤差會(huì)隨著儀器與測點(diǎn)間距的增加而增大,因此需要控制測線的最大距離,建議儀器與最遠(yuǎn)點(diǎn)間距不超過200 m。

        4) 若監(jiān)測斷面間距較近,且儀器與最遠(yuǎn)測點(diǎn)間距未超過200 m。距離對(duì)高差測量的誤差影響可忽略時(shí),為了提高數(shù)據(jù)采集效率的情況下,可在一站測量多個(gè)測點(diǎn)間高差。

        3 實(shí)測數(shù)據(jù)

        為了驗(yàn)證此方法的實(shí)用性,選擇了一個(gè)正在進(jìn)行監(jiān)控量測工作的隧道進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)測。所選擇的隧道為3車道,監(jiān)測段圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí),設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為120 mm,監(jiān)測段范圍長度約180 m,監(jiān)測斷面間距為10 m~20 m。采用徠卡TS09 Plus全站儀采集數(shù)據(jù),該設(shè)備測角精度為一測回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1″,一測回豎直角測角標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2″;測距精度為固定誤差a≤2 mm,比例誤差≤2 mm/km,監(jiān)測點(diǎn)采用粘貼反光片的方式。

        數(shù)據(jù)采集過程中,將每個(gè)測段的照準(zhǔn)差控制在2.0 mm以內(nèi),當(dāng)照準(zhǔn)差超過2.0 mm時(shí)重新采集該測段平距和高差數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)及計(jì)算如表5所示。

        表5 實(shí)測數(shù)據(jù)Table 5 Measured data

        表5計(jì)算結(jié)果表明:閉合差為-0.5 mm,改正數(shù)為0.10 mm,測點(diǎn)間高差中誤差為0.11 mm。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)可知,當(dāng)隧道監(jiān)測段長度≤200 m,采用水平角精度1″,豎直角精度2″,測距精度2 mm+2 ppm規(guī)格的全站儀,并按照文中所提到的方法采集數(shù)據(jù),且將每個(gè)測段照準(zhǔn)差控制在2.0 mm以內(nèi)時(shí),相鄰測點(diǎn)高差中誤差能達(dá)到0.11 mm,能滿足圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí),預(yù)留變形量為120 mm,且達(dá)到的精度高于根據(jù)1/20的變形總量理論計(jì)算的最低精度要求。

        4 結(jié)束語

        結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)和國標(biāo)《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50026—2020)中以變形總量1/20作為變形監(jiān)測的精度指標(biāo)要求理論得出,不同圍巖等級(jí)隧道拱頂沉降監(jiān)測對(duì)全站儀精度要求如下:

        1) Ⅱ級(jí)圍巖:測角精度:水平方向≤0.5″,豎直方向≤1.0″,測距精度:高于1.0 mm+1.0 ppm。

        2) Ⅲ級(jí)圍巖:測角精度:水平方向≤1.0″,豎直方向≤2.0″,測距精度:高于1.0 mm+1.5 ppm。

        3) Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖:測角精度:水平方向≤1.0″,豎直方向≤2.0″,測距精度:高于2.0 mm+2.0 ppm。

        建議《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660—2020)在修訂時(shí),能夠根據(jù)隧道圍巖等級(jí)和預(yù)留變形量的大小來規(guī)定位移監(jiān)測的精度和選擇適宜的監(jiān)測儀器。

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