地鐵隧道施工拱頂下沉值監(jiān)測方法分析
2015-05-29
對于隧道施工而言，如何有效的“防塌”是整個地鐵隧道施工的技術(shù)難點所在，而其中在現(xiàn)場監(jiān)測中有一項最重要的內(nèi)容就是對拱頂下沉值進行監(jiān)測，并通過有效的控制，保證施工作業(yè)和以后交付使用的安全性。大量的實驗研究和實踐經(jīng)驗表明，地鐵隧道拱頂?shù)南鲁吝^程及其下沉值將直接影響著隧道的支護設計和地層控制，本文就監(jiān)測基準點的建立，及幾種拱頂下沉值監(jiān)測方法進行簡單的分析。
一、監(jiān)測基準點及其建立
根據(jù)實踐經(jīng)驗，我們可以將監(jiān)測基準點的建立相關(guān)問題歸結(jié)為以下幾個方面：
1、從距離的角度上看，監(jiān)測基準點的位置與開挖隧道的直線距離應該控制在500～1000m之間，監(jiān)測基準點應由3個水準點構(gòu)成，而且3者之間的距離不能太遠。3個水準點在設置上有主輔之分，其中1個水準點設置為主點，另外的2個水準點設置為輔點，這一做法的目的在于借助于水準點的設置保證并檢核基準系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。
2、從穩(wěn)定性角度上看，3個水準點必須設置在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的地方，而且都應該設置特制而成的鋼筋混凝土墩式的標志，3者連成閉合的水準路線，3者之間的高差應借助高精度水準儀（不低于）往返進行測量，并嚴格控制。
3、實踐表明，工作基點的選擇與監(jiān)測點的分布有關(guān)，通常情況下布置于觀測斷面的附近，在實踐中，應定期保證工作基點與隧道外的水準基準點進行聯(lián)測作業(yè)。
4、變形監(jiān)測點應結(jié)合工程的實際，在隧道的拱頂均勻地布置，通常不同的施工實際，其布置方法也有所差異：
?。?）如果是小斷面隧道，其設布置方法是：一旦施工的工作面進行開挖之后，初期支護立刻實施，同時在拱頂錨桿的外端每隔一定距離焊接特制的不銹鋼球?qū)ψ冃吸c進行標志，通過對不銹鋼球下沉的監(jiān)測來反映拱頂?shù)南鲁?，從實踐的經(jīng)驗來看，在鋼球的設置上，其底部應比二次襯砌混凝土的外表面略微高一些，為了便于監(jiān)測結(jié)果的記錄和統(tǒng)計，鋼球還需要編號。
?。?）如果是拱頂較高的隧道，這一實際情況導致了立水準尺或放置棱鏡使用受到了嚴重的局限性，為此，在實際施工過程中，必須事先借助于錨桿將監(jiān)測點打入巖體，在錨桿的端部焊接一個小鋼板，并將反光片貼在上面，保證全站儀測距的方便性；除了焊接一個小鋼板以外，錨桿的端部還需要設計吊鉤，方面鋼尺的懸掛和水準儀作業(yè)。
二、拱頂下沉值監(jiān)測方法分析
1、精密水準測量方法
該工藝屬于傳統(tǒng)監(jiān)測方法，非常適合于對小斷面隧道拱頂下沉的監(jiān)測過程，具體的監(jiān)測過程有如下幾個環(huán)節(jié)：
?。?）應在工作面開挖完畢及不銹鋼球完成焊接之后，立刻從基準系統(tǒng)的主點開始按照二等水準的測量精度，借助不低于的水準儀將鋼球的底標高測量出來。
?。?）初期支護的變形基本穩(wěn)定，二次襯砌混凝土施工即將實施前，從主點開始按照二等水準測量的精度重復上面的操作，將此時的鋼球底標高測量出來。
?。?）根據(jù)兩次測量結(jié)果計算每個鋼球的下沉量：。
（4）一旦變形點（若干點）的高程測量完畢之后，應及時對基準點的3個水準點間的高差進行測量，嚴格控制主、輔點的穩(wěn)定性，及時將不穩(wěn)定的基準點監(jiān)測出來，并有針對性地對觀測結(jié)果進行科學的修正。
2、三角高程測量方法
該工藝也是常見的測量拱頂下沉值的方法，具體實施中，前視使用的是是反光片，后視使用的是水準尺或是棱鏡。從原理上看，該方法是借助于全站儀按照三角高程的測高原理將前視、后視與全站儀軸心的高差測量出來，并根據(jù)測量結(jié)果將測點的絕對高程和相對高程算出來。其使用條件相當廣泛，只要豎直角小300，只要測站位于反光片反射距離范圍之內(nèi)，均可以采用該方法實施拱頂下沉值的測量。
具體測量原理如圖1所示：在測量過程中儀器高和監(jiān)測點的高都不需要丈量，圖中P為全站儀儀器中心位置，A點為已知高程的工作基點，B是監(jiān)測點。借助全站儀直接讀取全站儀中心到棱鏡中心的高差和，再結(jié)合后視棱鏡的高V，則：
下沉量的計算方法和公式與精密水準測量方法一樣。
3、自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
該種測量方法是在沒有操作人員的干預下，實現(xiàn)自動觀測、記錄、處理、存儲、報表編制、預警預報等功能，它由一系列的軟件和硬件構(gòu)成，整個系統(tǒng)配置包括：TCA自動化全站儀、棱鏡、通訊電纜及供電電纜、計算機與專用軟件等等。
該系統(tǒng)的實質(zhì)是把無反射棱鏡自動跟蹤斷面儀隧道拱頂下沉變形系統(tǒng)中對固定斷面任意點的掃描變成任意斷面固定點的掃描。該系統(tǒng)按施工方要求的格式將監(jiān)測點的位移變化轉(zhuǎn)化為標準圖表的形式直觀地表達出來，繪制出監(jiān)測報表和位移曲線，自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報警以及報表生成的功能，可以根據(jù)用戶的要求提供報表的形式。
三、結(jié)語
大量工程實踐表明，不同的測量方法，有著不同的優(yōu)缺點，如采用傳統(tǒng)水準測量的方法，能夠達到±0.5～lmm的精度，但受到立水準尺或者懸掛鋼尺的條件限制，因此不合適用來測量邊墻的點和在特大斷面作業(yè)；采用測距三角高程方法的相對精度也能夠達到±1mm，實踐證明在特大斷面隧道拱頂下沉監(jiān)測中其優(yōu)越性更加顯著，不過，該方法受到光線的嚴重制約，如果粉塵過大，反光片甚至不能反光；自動化全站儀動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是非常的方便，可以做到連續(xù)監(jiān)測，不過如果要布置大量的斷面的話，成本相當高，所以在實際監(jiān)測中應結(jié)合工程實際，多方面進行考慮，科學地選擇。
