工程變形監(jiān)測技術(shù)應用的探究
2015-05-29
引言
測量是一切工作的開始，為此在進行隧道工程施工變形測量之前，首先要建立變形檢測的控制網(wǎng)，該控制網(wǎng)主要包括高程控制網(wǎng)和平面控制網(wǎng)，隧道工程施工變形控制網(wǎng)具有精度高、獨立性強的特點。它的組成網(wǎng)主要有：第一，變形點又叫觀測點，多分布設于建筑物上；第二，基準點通常埋在變形的范圍之外，盡可能的保證其位置的長期穩(wěn)定；第三，工作點是觀測點和基準點之間的聯(lián)系點，工作點與觀測點構(gòu)成變形網(wǎng)，和基準點構(gòu)成首級網(wǎng)。變形網(wǎng)的主要特點有：首先，變形網(wǎng)不需要計算數(shù)據(jù)，且布設自由；其次，變形網(wǎng)的長度較短，但是其精度高；再次，圖形復雜，多余觀測多；最后，穩(wěn)定性要求高。
1.隧道施工變形監(jiān)測概述
隧道施工具有很多不同于地面施工的特點，由于施工多是在巖石條件下進行，因此具體的施工操作往往受到巖層結(jié)構(gòu)以及巖土情況的影響。此外在進行施工時，機械振動或者開挖爆破也會造成巖石的變化，從而對施工帶來影響。為了使工程安全順利的完成，必須對隧道的變化信息進行嚴格的監(jiān)控與上報，以便做出針對性的方案，保證工程質(zhì)量。
2.隧道工程施工監(jiān)測控制網(wǎng)的特點
隧道工程施工變形監(jiān)測的內(nèi)容主要包括地下項目的監(jiān)測和地面項目的監(jiān)測，因此與之相對應的隧道工程施工變形監(jiān)測控制網(wǎng)就分為地下和地面兩部分。然而由于地下空間的有限，所以地下平面監(jiān)測控制網(wǎng)多為導線形式，因此為自由網(wǎng)，即起算的數(shù)據(jù)可自由設定，無需從地面?zhèn)鬟f坐標。
2.1自由設站的站點位置
在自由設站體系中，由于每次站點的方位并不是完全相同的，因此測點的精度受到觀測元素和測站兩方面的影響。
2.2地下導線點位設計
站點的精度的確定與設站位置的設定有著至關(guān)重要的聯(lián)系，但是站點位置是對洞內(nèi)控制點的位置而講的。在有限的地下空間的條件下，為了確保站點能夠始終處于高精度的位置上，防止站點在不利位置，我們要以合理的方式對監(jiān)測導線的控制點進行布置。如果把導線沿洞底板兩側(cè)交錯布點，即折線法，則能夠起到不錯的效果。這樣保證能夠?qū)φ谱用娴那逦^測的同時，又可以保證控制點的穩(wěn)定。
對于沿洞壁側(cè)的布點，不僅要考慮點的穩(wěn)定性，還要考慮對掌子面觀測的方便性，對于粉塵少、水汽少在地下、或者觀測條件好的地點則可以采用此類布點方法。其最大的優(yōu)點是便于施工設施的統(tǒng)一分配，可以預留空間。但是，該布點方法要求控制點盡可能的靠近掌子面，進而使得站點在有利的位置，這不利于點的保護和穩(wěn)定。所以在選用這種方法時，要對工作的環(huán)境進行充分的考慮、權(quán)衡。
3.監(jiān)測點布設的原則
監(jiān)測點布設的原則主要有以下五點：
第一，應根據(jù)工程的性質(zhì)、地質(zhì)的條件、設計的要求、施工的工藝以及監(jiān)測的費用等綜合考慮來確定點的類型和數(shù)量。
第二，表面變形點的位置要有利于對測點的保護、還要反映監(jiān)測的對象外在特征以及方便儀器觀測。
第三，深埋的監(jiān)測點不能破壞結(jié)構(gòu)的正常受力，也不能削弱結(jié)構(gòu)剛度和強度。
第四，設置的監(jiān)測點應布置在最不利位置上。
第五，在進行多項目測試時，監(jiān)測點的布置要在空間和時間上有機的統(tǒng)一，力求便找出內(nèi)在的聯(lián)系和變化。
4.隧道工程施工變形監(jiān)測技術(shù)
根據(jù)隧道特征和巖石的性質(zhì)應該選用不用的技術(shù)或方法對施工中的變形情況進行監(jiān)測，先進的科學技術(shù)以及理論成果和技術(shù)成果為隧道變形監(jiān)測提供了新的技術(shù)、設備和理念，目前在工程中主要應用的監(jiān)測技術(shù)有以下幾種。
4.1隧道收斂監(jiān)測技術(shù)
隧道收斂監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點是適合于大斷面隧道施工的監(jiān)測，缺點也較為明顯，就是進行監(jiān)測時需要大型設備的支持，并且技術(shù)較為復雜。根據(jù)測量使用的原理可以將收斂監(jiān)測技術(shù)分為相對位移觀察監(jiān)測法和絕對三維位移觀察監(jiān)測法。
相對位移監(jiān)測法的具體操作流程如下：首先將監(jiān)測錨桿安裝到監(jiān)控斷面上，并且保證錨桿的端部較為平整并且能夠產(chǎn)生反光效應；以此基點為準，選取30m遠的位置安裝全站儀；運用坐標測量技術(shù)測出基點的三維坐標，通過將數(shù)據(jù)與全站儀內(nèi)存中的坐標系相結(jié)合可以精確地計算出相對位置。
絕對三維位移監(jiān)測法內(nèi)容為：將測量儀器安裝到坐標系明確的監(jiān)測點，這樣能夠?qū)ΡO(jiān)測點的變化情況進行準確全面的測量。這種測量方式具有設備簡便，易于操作的優(yōu)點。
4.2隧道位移變形監(jiān)測
受到巖石性質(zhì)以及施工的影響，在隧道施工過程中可能會出現(xiàn)地表下沉位移或者隧道周邊位移現(xiàn)象，對兩種位移進行監(jiān)測的技術(shù)方法如下。
對地表下沉位移進行監(jiān)測的具體實施內(nèi)容：首先要設置監(jiān)控位置，一般將監(jiān)測點選取在隧道洞口，安裝儀器用于測量地表下陷的程度；設置三個水準基點，對這三個基點的數(shù)據(jù)進行綜合的分析計算出下陷量。
在監(jiān)測隧道周邊位移時，通常在隧道的兩壁上設置測量點位和水準點，以便監(jiān)測隧道周邊整體斷面的變形情況。
4.3拱頂下沉監(jiān)測
可以分別使用三角高程測量技術(shù)和水準精密度測量技術(shù)。三角高程測量技術(shù)需要在隧道的縱斷面上安裝錨桿，通過錨桿頂端產(chǎn)生的反射效應，綜合利用水準尺、反光片以及棱鏡的反射對軸心距離進行測量。這種測量方式的測量原理與相對位移監(jiān)測法相同，只是在操作過程中較為繁瑣。在進行隧道施工時，水準作業(yè)通常會受到拱頂?shù)挠绊?，運用水準精密度測量方法可以得到基準點與點位的高程，進而為水準作業(yè)奠定基礎。在運用水準精密度測量時要注意將所有基準點設置在隧道的基巖上，在拱頂位置也要安裝監(jiān)測點位，并且采用倒掛的方式將鋼尺固定在點位上，在進行實際的測量時，使用水準儀讀取基準點的數(shù)據(jù)以及鋼尺的度數(shù)，經(jīng)過計算得出高程。
4.4震動爆破監(jiān)測
隧道開挖過程中，對開挖面進行爆破必然會影響到巖層的穩(wěn)定性，甚至會造成坍塌事故的發(fā)生，進而對施工進度和施工人員的安全產(chǎn)生不利影響。為了消除或者減低爆破造成的影響，需要對隧道進行支護處理。對震動爆破進行監(jiān)測可將監(jiān)測點選擇在支護設施周圍，通過對震動速度進行測量和分析，判斷出爆破所造成的影響，并對后期的變形情況做出預測，從而選擇有效的支護形式和施工措施。
5.隧道施工變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理
對隧道的變形情況進行監(jiān)測是初步階段，還需要運用一定的方式對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析，從而為接下來的施工設計提供依據(jù)。還可以通過對長期的監(jiān)測分析案例進行總結(jié)，從而在整體上提升隧道施工技術(shù)水平。
目前對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析的主要程序為：首先進行回歸分析，將變形監(jiān)測的相關(guān)理論引入到數(shù)據(jù)的分析上并作為指導，對多個監(jiān)測點得出的變量值進行計算，從而確定最終的位移距離，在對位移距離掌握的情況下可以很好地推理出變形程度；然后是將數(shù)據(jù)運用表格的形式進行匯總備案，以便總結(jié)和以后的參考；通過對監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果進行判斷，由專業(yè)的技術(shù)人員做出評價和說明，并最終形成監(jiān)測報告。
6.質(zhì)量安全控制措施
6.1質(zhì)量控制措施
第一，制訂詳細的施工方案。
第二，測量人員必須持證工作，做到人、證一一對應。同時測量的過程需要進行詳細的記錄，不得任意更改。
第三，嚴格執(zhí)行“三檢”標準。
第四，特殊工種的操作人員更要持證上崗，對特定技術(shù)的人員可以現(xiàn)場進行考核。
第五，根據(jù)有關(guān)規(guī)范嚴格控制工序細節(jié)質(zhì)量。
6.2安全控制措施
第一，安全技術(shù)操作規(guī)程應該在施工過程中嚴格貫徹，對于違章作業(yè)應該嚴格制止。
第二，對于進場作業(yè)的安全培訓與教育工作要做好，在作業(yè)中，及時的開展安全技術(shù)會議。
第三，保證用電設備安全可靠。
第四，進場作業(yè)應該配備安全防護措施。
7.位移測量方法
應力、應變和位移是監(jiān)控量測的三個主要內(nèi)容，埋設電子元件，采用專用的儀表可以測量應力、應變，應力和應變是結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力的反映，隸屬于測試學，在巖土、地質(zhì)學科應用較廣。洞周收斂、拱頂下沉和地表沉降是位移測量方法的主要內(nèi)容，作為檢測的重點，直觀迅速的反映了圍巖形變，對位移測量的要求是快捷、高效、準確。但是對于這種高精度的要求，當前的測量方法是不易滿足的。目前精度較高的測量方法為全站儀位移測量方法。
全站儀的誕生到現(xiàn)在也有幾十年，換代速度是2一3年。每次換型，都提高了測量的精度和可靠性，降低了人為的誤差，實現(xiàn)了測繪工作的自動化、數(shù)字化和內(nèi)外業(yè)一體化。當前0.5"，1 .5"，4"，10”是測量角度的精度。0.8 mm + 1ppm ， 3 mm+2ppm， 5mm+3ppm是測距的精度，側(cè)程從1000米到幾千米不等。這就滿足了測繪工作的需要。
隨著科技的進步，為新測量方法的開展提供了條件，Leica，SOHIA等為測量變形的主要儀器，該儀器具有高穩(wěn)定性、高精度的優(yōu)點，配合全站儀的反射片，可稱為具有回復反射性能的反射膜片，丙烯酸脂是反射膜片的主要材質(zhì)，背部為不干膠，厚約0. 28 mm，銀灰色
在實際中，這些儀器的精度往往較標稱精度高，采取有效的措施即可保證全站儀測量位移的實施。事實表明，自由設站測量模式下，一個測繪得到的位移測量精度普遍較低，但是如果采用雙擺站觀測模式，提高測繪次數(shù)，或者選擇高精度全站儀，計算方法采用嚴密平差，則可提高全站儀自由設站方法位移量測精度，即達到0. 5一1 mm，對于隧道的檢測要求即可滿足了。
8.觀測的周期和頻率
觀測的周期和頻率與工程的進展情況有關(guān)。在支護或洞室開挖15天內(nèi)，一天之內(nèi)應保證觀察1到2次；當掌子面到觀測斷面的距離不小于洞徑的2倍或支護或洞室開挖15天至30天時，每隔一天觀察1次；30天到90天時，一星期觀察1次；90天之后則是每月觀察2、3次。如果有特殊要求，則按要求進行。如果出現(xiàn)發(fā)事件，則應加強觀測。洞周收斂位移的監(jiān)測周期依據(jù)位移速度確定，因為不同的基線以及測點位移速度不同，所以要以最大位移者來確定監(jiān)測是周期。
9.建議和展望
隧道工程施工變形的監(jiān)測，涉及到方方面面，有測量、巖土、地質(zhì)、計算機、應用數(shù)學、光電技術(shù)以及通信技術(shù)等諸多領域，是一項十分龐大而又復雜的工程項目。論文通過對隧道工程施工過程中的位移測量法和其有關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)進行了簡單的闡述，著重分析了施工控制網(wǎng)布設的相關(guān)問題。今后對隧道工程施工變形監(jiān)測和控制應從如下幾個方面進行研究：一是集合多種技術(shù)的隧道工程施工變形自動化系統(tǒng)；二是隧道工程不同類型的監(jiān)測資料合作處理的理論。
10.結(jié)束語
總而言之，作為當今覆蓋面較全、應用范圍較廣的建筑結(jié)構(gòu)形式，控制網(wǎng)具有較強的承載能力，可以用于跨度大的地方。然而在實際操作中，這個度很難掌握，一不小心就有可能引發(fā)施工質(zhì)量。因此，要想對隧道工程變形進行監(jiān)測以及更好的控制，必須要在錨栓的安裝、網(wǎng)架桿件的制作等方面嚴格按照要求，領會施工中的每一個環(huán)節(jié)，如此才能保證施工的質(zhì)量，發(fā)揮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特長，從而實現(xiàn)隧道工程變形進行監(jiān)測及控制。
