淺談隧道監(jiān)控測量方法與數(shù)據(jù)處理

田發(fā)全

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

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淺談隧道監(jiān)控測量方法與數(shù)據(jù)處理

田發(fā)全

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

摘要：以貴州省隧道工程施工為例，對隧道施工監(jiān)控測量的方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：隧道工程；監(jiān)控；測量方法；數(shù)據(jù)處理

1隧道施工監(jiān)控測量方法

1.1　監(jiān)測點(diǎn)的布置方法

(1)地表監(jiān)測點(diǎn)

地表監(jiān)測點(diǎn)是深埋隧道淺埋段的測量項(xiàng)目，隧道沉降的測點(diǎn)在橫向的間距一般是2~5 m。隧道中線上測點(diǎn)可以加密，使中線側(cè)地青的監(jiān)測范圍不小于隧道埋深和最大挖寬。如果地表存在控制性的建筑物，監(jiān)測的范圍就要加寬。而地表沉降的監(jiān)測點(diǎn)和隧道位移的監(jiān)測點(diǎn)也要布于同里程的斷面，每個(gè)洞監(jiān)測的斷面并不需要全布置地表測線，順著隧道的中線，確定地表沉降點(diǎn)縱向的間距，如表1所示。

表1　地表沉降的橫向測點(diǎn)布置圖

(2)洞內(nèi)位移的監(jiān)控量測點(diǎn)

洞內(nèi)位移的監(jiān)控量測點(diǎn)包括拱頂下沉、拱腳下沉、凈空收斂幾處量測點(diǎn)，應(yīng)該布置于隧道同里程的斷面之上，要在開挖12 h內(nèi)進(jìn)行埋設(shè)，對初始值進(jìn)行采集。而且量測斷腸面在布置上要把間距按照施工方法與圍巖等級來確定，如表2所示。

表2　洞內(nèi)監(jiān)控量的測斷面布置

把拱頂?shù)南鲁亮繙y點(diǎn)布置于拱頂?shù)妮S線近處，而凈空收斂和拱腳下沉的量測點(diǎn)都要布置在隧道軸線的兩側(cè)，表現(xiàn)為對稱狀態(tài)。而隧道淺埋段或跨度大時(shí)，就要對觀測點(diǎn)加密處理，設(shè)置好斜基線， 對觀測點(diǎn)的布置要按照施工的方法與圍巖的情況確定，如表3所示。

表3　測線的布置

隧道工程中可以使用全儀完成非接觸的測量工作，所以，測點(diǎn)斷頭的粘貼可以為反光標(biāo)靶，方便數(shù)據(jù)采集。不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)，隧道施工的環(huán)境很復(fù)雜，光線差，標(biāo)靶不能選擇普通的標(biāo)識，要選擇易光線反射隧道專用的反光貼。

1.2　監(jiān)測的方法與精度

(1)巡視檢查的方法與檢查的內(nèi)容

隧道工程施工中需要做好洞內(nèi)的巡視檢查，而檢查的內(nèi)容有：支護(hù)和襯砌的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)情況、環(huán)境和施工條件、監(jiān)測設(shè)施等。做好洞口與洞身淺埋段的觀察，對地青的開裂和變形及邊坡等狀都要及時(shí)記錄。同時(shí)，要做好地面建筑物的觀察。

巡視檢查的方法以目標(biāo)為主，配合錘、釬和量尺等工具，做好支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的檢查與記錄。及時(shí)整理好檢查記錄，和儀器配合進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如有異常，一定要及時(shí)通知相關(guān)單位。

(2)必測項(xiàng)目的監(jiān)測方法與精度

隧道施工監(jiān)控量測重要一項(xiàng)就是必測項(xiàng)目監(jiān)測，對拱頂沉降和凈空收斂等測點(diǎn)布設(shè)根據(jù)我國隧道監(jiān)控的技術(shù)規(guī)定，結(jié)合工程實(shí)際的情況才能確定。進(jìn)行必測項(xiàng)目測量。與其他測量的方式相比，使用非接觸量測具造成的施工干擾最小，而且測量速度最快，可以方便大跨度的隧道，更靈活的使用，沒有傳統(tǒng)接觸量測的缺點(diǎn)，可以按照隧道的變化和位移進(jìn)行隧道三維位移量的量測。尤其是大跨度的隧道，一定要考慮好非接觸的量測。按照施工的方法與圍巖的等級等方面，確定全站儀的設(shè)站法，完成監(jiān)控量測方面的工作。而監(jiān)測點(diǎn)的反光標(biāo)靶，要大于三次觀測法才能提高觀測的精度。必測項(xiàng)目精度要符合一定的要求，如表4所示。

表4　必測項(xiàng)目的精度要求

2隧道施工監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理

隧道施工監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理屬于隧道監(jiān)控量測重要的工作內(nèi)容。做好數(shù)據(jù)的處理和分析，才能更好的進(jìn)行隧道施工。數(shù)據(jù)處理前要做好外業(yè)數(shù)據(jù)的采集和校核，要排除儀器和讀數(shù)的錯(cuò)誤，去掉粗差，然后再進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的處理。

數(shù)據(jù)處理包括了沉降和收斂量在計(jì)算與圖表上的制作，變化量時(shí)間與空間的分布圖繪制，監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)還要進(jìn)行綜合的分析，以比較的方法、作圖的方法及數(shù)值計(jì)算的方法，進(jìn)行監(jiān)控量測的分析，分析變化大小和規(guī)律及發(fā)展的趨勢。

監(jiān)控量信息反饋指按照監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行隧道圍巖的穩(wěn)定及施工的安全等進(jìn)行評價(jià)，以一定的對策確定

隧道二次襯砌。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，隧道二次襯砌時(shí)間會影響初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)，影響受力狀態(tài)與穩(wěn)定性。如果施工過早會承受過大圍巖的壓力，不能發(fā)揮出圍巖自承的作用與支護(hù)的效果。如果過晚進(jìn)行二次襯砌，不利初期支護(hù)穩(wěn)定性。所以，隧道施工的監(jiān)控量測，一定要掌握隧道圍巖與支護(hù)結(jié)果變化和規(guī)律，確定二次襯砌時(shí)間，保證隧道結(jié)構(gòu)的安全。

隧道進(jìn)行量測工作會受到多種因素影響，出現(xiàn)的誤差也會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行位移時(shí)間的繪制，對變化散點(diǎn)形成上下的波動，并不規(guī)則，很難分析，一定要通過數(shù)學(xué)的方法完成監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析找到位移變化規(guī)律，判定圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而，指導(dǎo)施工提供優(yōu)化的方案。

按照施工中日常的監(jiān)控量測進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，進(jìn)行位移時(shí)態(tài)的曲線繪制，如果曲線上升，數(shù)據(jù)波動大，證明圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，要做好監(jiān)控量測。如果曲線平緩，沒有太大的數(shù)據(jù)波動，而且位移的總量未超出控制的基準(zhǔn)，證明圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

隧道施工中一定要做好監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析，包括實(shí)時(shí)分析與階段分析。一般實(shí)時(shí)分析指每日監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，防止安全事故發(fā)生。一般階段分析指以周、月進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測和階段分析，對數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，對施工情況進(jìn)行總結(jié)評價(jià)，形成階段分析的報(bào)告，可以正確指導(dǎo)后續(xù)的施工。

數(shù)據(jù)量過大，觀測后一定要做好數(shù)據(jù)的計(jì)算和整理，對處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行散點(diǎn)曲線圖的繪制，再制作與打印監(jiān)控量測的報(bào)表。圖表相應(yīng)的位置要標(biāo)出階段施工的情況，可以利用數(shù)據(jù)的分析對時(shí)間與空間影響。

隧道監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析要按照監(jiān)測的結(jié)果，進(jìn)行位移散點(diǎn)與移散點(diǎn)的繪制，按照散點(diǎn)數(shù)據(jù)的分布，確定數(shù)學(xué)函數(shù)，從而完成回歸分析。對最終變形值進(jìn)行預(yù)測，對預(yù)測值和點(diǎn)位位移的基準(zhǔn)值比較，綜合施工的情況進(jìn)行分析，判斷隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。位移變形曲線若符合圍巖的變形特點(diǎn)，證明圍巖穩(wěn)定，而初期的支護(hù)結(jié)構(gòu)十分有效而可靠，若位移曲線發(fā)生反向曲線，證明圍巖與支護(hù)不穩(wěn)定，需要采取一定的措施。

進(jìn)行回歸分析可以選擇大一些回歸函數(shù)完成，正確的選擇回歸的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)真正預(yù)測，使測點(diǎn)達(dá)到可能的最終值，對圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全的評估，按照規(guī)定和要求，進(jìn)行隧道監(jiān)控的量測數(shù)據(jù)處理。

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作者簡介：田發(fā)全(1982-)，男，貴州印江人，助理工程師，主要從事質(zhì)量管理工作。

收稿日期：2014-10-14

中圖分類號：U442

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0103-01