隧洞施工測(cè)量及沉降變形觀測(cè)方法分析

陳 彬

(黔東南州水利投資有限責(zé)任公司，貴州凱里 556000)

1 隧洞施工測(cè)量

1.1 隧洞施工控制測(cè)量的特點(diǎn)

對(duì)于隧道施工的控制其主要是從隧道的開挖精度進(jìn)行的，具體而言就是指對(duì)于隧道兩個(gè)相向開挖方向的控制，就是將隧道的開挖高度以及寬度都控制在一定的范圍以內(nèi)。對(duì)于隧道的外部控制測(cè)量工作應(yīng)當(dāng)在施工之前就完成，在施工之前相關(guān)的測(cè)量人員應(yīng)當(dāng)先對(duì)于隧道的周邊地形以及地貌加以測(cè)量，在得出數(shù)據(jù)以后再進(jìn)行施工。實(shí)際施工時(shí)應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)統(tǒng)一的平面，設(shè)定控制點(diǎn)對(duì)于隧道進(jìn)行控制，但是由于隧道本身的特性，首位的控制點(diǎn)之間不一定能夠直接進(jìn)行連接，這樣一來就可以在隧道中設(shè)定多個(gè)中間點(diǎn)，而后建立起互相間的聯(lián)系。全站儀發(fā)明之前，隧道中的平面測(cè)量工作還是通過三角高程測(cè)量以及水準(zhǔn)測(cè)量所完成的，但是實(shí)際的操作中也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這兩種測(cè)量方法測(cè)量時(shí)存在著諸多的不便之處，在隧道中測(cè)量時(shí)往往無法滿足測(cè)量的要求。伴隨著全站儀的問世，其能夠?qū)τ谒淼纼?nèi)外三維平面進(jìn)行測(cè)量，其僅需要對(duì)于隧道的單邊進(jìn)行透視，然后便能夠同計(jì)算機(jī)的處理得出相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，相對(duì)于之前的測(cè)量方法具有明顯的優(yōu)越性[1]。

1.2 隧洞洞外三維控制導(dǎo)線測(cè)量方法

1.2.1 選點(diǎn)

選點(diǎn)的原則:相鄰兩點(diǎn)要相互通視，兩點(diǎn)間距離一般不超過600 m，總點(diǎn)數(shù)要盡量少。洞口附近的點(diǎn)要選在不容易被破壞的地方，其附近的兩點(diǎn)距離要控制在100 m左右

1.2.2 埋點(diǎn)

先用鋤頭在選好點(diǎn)的位置挖一個(gè)25×25 cm深度40～50 cm左右的坑，接著將拌好的混凝土倒入其中，搗實(shí)抹平，然后再將長(zhǎng)約35 cm的Φ16鋼筋埋入混凝土中，并應(yīng)將有打“十”字叉的一端朝上，待混凝土凝固后用油漆寫上點(diǎn)的編號(hào)。如果選的點(diǎn)在巖石上，就用鋼釬和錘子在巖石上打個(gè)“十”字叉，并用油漆寫上點(diǎn)的編號(hào)[2]。

1.2.3 測(cè)量

測(cè)量天氣盡量選在陰天進(jìn)行，采用支導(dǎo)線測(cè)量。導(dǎo)線點(diǎn)起點(diǎn)高程采用設(shè)計(jì)圖上給定值，也可以是假設(shè)高程或者套用1∶10 000陸軍地形圖上的特征高程點(diǎn)(近似值)，起點(diǎn)坐標(biāo)為假設(shè)坐標(biāo)。起始邊方位角用羅盤儀測(cè)定:先把羅盤儀放在儀器頂上，其側(cè)邊方向與望遠(yuǎn)鏡軸線方向平行，水平轉(zhuǎn)動(dòng)儀器直到羅盤儀指針白色那端指向“N”時(shí)，鎖緊水平制動(dòng)螺旋，把全站儀水平度盤置零，再順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)儀器瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)，此時(shí)儀器顯示的水平角度就是測(cè)站點(diǎn)起始邊的方位角，根據(jù)測(cè)量要求及環(huán)境設(shè)置好儀器，就可以開始導(dǎo)線測(cè)量了。如果直線隧洞長(zhǎng)度＜1 000 m，則直接用全站儀測(cè)量導(dǎo)線點(diǎn)的三維坐標(biāo)，每一測(cè)站要通過變動(dòng)儀器高測(cè)3次坐標(biāo)，每次三維坐標(biāo)讀數(shù)差控制在5 mm以內(nèi)，最終坐標(biāo)取3次的平均值作為下一測(cè)站的原始數(shù)據(jù)。直線隧洞長(zhǎng)度＞1 000 m，地形較復(fù)雜的，可結(jié)合GPS衛(wèi)星定位測(cè)量校核。

1.3 全站儀在開挖掘進(jìn)細(xì)部放樣中的應(yīng)用

對(duì)于直線隧洞，建立以洞軸線(中線)樁號(hào)增加方向?yàn)樽鴺?biāo)系北方向的施工坐標(biāo)系統(tǒng)，這樣全站儀所顯示的三維坐標(biāo)即有明確的代表意義，E表示測(cè)點(diǎn)離開洞軸線的距離，N表示測(cè)點(diǎn)的隧洞樁號(hào);對(duì)于曲線隧洞，利用小型程序計(jì)算器設(shè)計(jì)輔助計(jì)算也可瞬時(shí)計(jì)算出樁號(hào)和垂直洞軸線的距離。因此施工放樣就不必在軸線上設(shè)站了，可以直接利用導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行。每次放樣必須檢查校核條件以免數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤造成損失。開挖掘進(jìn)細(xì)部放樣在每次開始鉆孔之前進(jìn)行，周邊孔逐孔測(cè)量放樣。

1.4 開挖斷面測(cè)量

在進(jìn)行開挖斷面測(cè)量時(shí)，全站儀架在測(cè)站上，瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)，輸入方位角。啟動(dòng)全站儀免棱鏡測(cè)量方式，照準(zhǔn)目標(biāo)，用白油漆(白油漆的光反射率較高)在待測(cè)斷面上標(biāo)出各測(cè)點(diǎn)。全站儀照準(zhǔn)白油漆點(diǎn)直接測(cè)出各點(diǎn)的坐標(biāo)或水平角、豎直角、斜距和高程，并將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)處理。測(cè)點(diǎn)間距要求為:直墻段50～70 cm 1個(gè)點(diǎn)，弧形段35～45 cm 1個(gè)點(diǎn)，拱及拱角上下15～25 cm 1個(gè)點(diǎn)。橫斷面測(cè)量一般要求直線洞室每5 m測(cè)量1個(gè)斷面，曲線洞室每3 m測(cè)1個(gè)斷面，由于施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，一個(gè)測(cè)站所測(cè)斷面的數(shù)據(jù)是有限的，當(dāng)無法進(jìn)行下一個(gè)斷面測(cè)量時(shí)，就要遷站。在此之前，依次測(cè)出后面要用到的測(cè)站坐標(biāo)，然后搬到下一個(gè)測(cè)站，重復(fù)進(jìn)行前面的工作。在施工現(xiàn)場(chǎng)完成測(cè)量之后將各測(cè)量數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，通過編輯、整理及時(shí)將實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)反饋給施工人員。作業(yè)人員應(yīng)根據(jù)計(jì)算的超欠挖情況，及時(shí)調(diào)整開挖參數(shù)，以達(dá)到更好的開挖效果。

2 隧洞的沉降變形觀測(cè)

2.1 隧洞施工中變形的觀測(cè)

一般用觀察的方法或檢驗(yàn)的方法，從開挖后表面的變形、支撐受力后的情況，可以大致判斷變形原因。必要時(shí)可設(shè)置變形觀測(cè)標(biāo)志進(jìn)行觀測(cè)，取得變形的大小、方向和速度的定量量測(cè)數(shù)據(jù)資料，以便決定采取相應(yīng)的工程措施和防護(hù)措施。

2.2 隧洞襯砌完工后的觀測(cè)

在可能發(fā)生沉降及位移的地質(zhì)不良地段及變形區(qū)，設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，變形觀測(cè)標(biāo)志可設(shè)在隧洞的頂部、側(cè)壁和底板部位。一般每10～15 m在上下左右各設(shè)1個(gè)測(cè)標(biāo)，各測(cè)標(biāo)應(yīng)按里程統(tǒng)一編號(hào)，同時(shí)在變形區(qū)50 m以外設(shè)立穩(wěn)固的觀測(cè)控制點(diǎn)。檢測(cè)測(cè)標(biāo)高程變形和水平位移的方法如下:①檢測(cè)測(cè)標(biāo)高程變形，可采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行測(cè)量計(jì)算;②檢測(cè)測(cè)標(biāo)水平位移可采用準(zhǔn)直法進(jìn)行觀測(cè)，準(zhǔn)直法即將一排測(cè)標(biāo)都設(shè)在一條直線(準(zhǔn)直方向線)上，根據(jù)測(cè)標(biāo)偏離這條直線的垂直距離的大小，可求出測(cè)標(biāo)的橫向位移;根據(jù)測(cè)標(biāo)至直線上某控制點(diǎn)水平距離，可以求出測(cè)標(biāo)的縱向位移。這條準(zhǔn)直線(方向線)可以用經(jīng)緯儀或激光準(zhǔn)直儀設(shè)出，或在某固定兩端點(diǎn)間設(shè)置細(xì)弦線標(biāo)志，若某些測(cè)標(biāo)不能嚴(yán)格在直線上，可用小測(cè)微尺量出測(cè)標(biāo)到弦線的垂距，觀察該垂距的變化即可判斷位移的變化。

3 結(jié)論

在水工隧洞開挖測(cè)量放樣中，由于全站儀具有高效精確的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)工程進(jìn)度和提高開挖質(zhì)量。轉(zhuǎn)彎、爬坡、變徑段隧洞放樣的數(shù)字化解析算法能大幅提高隧洞放樣的速度和準(zhǔn)確度，建議將此方法進(jìn)行推廣，以取代過去粗放的模擬放樣方法，準(zhǔn)確的工程計(jì)量對(duì)于順利進(jìn)行工程決算具有重要的意義。同時(shí)，變形觀測(cè)是為了掌握測(cè)標(biāo)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的變形規(guī)律，所以按期進(jìn)行觀測(cè)記錄，變形觀測(cè)后，將觀測(cè)數(shù)據(jù)整理列入記錄表內(nèi)，必要時(shí)可對(duì)某些測(cè)標(biāo)繪制變形曲線或沉降曲線，以便于進(jìn)行分析研究變形規(guī)律，及時(shí)采取相應(yīng)的工程措施。至此，可以充分說明隧洞工程施工測(cè)量和沉降變形觀測(cè)的重要性。

[1]吳煥通，崔永軍.隧洞施工及組織管理指南[M].北京:人民交通出版社，2007:15－17.

[2]李文濤.斜長(zhǎng)小斷面隧洞施工貫通測(cè)量的實(shí)踐[J].東北水利水電，2008，26(04):24 －25.