大跨度隧道无尺量测技术应用

2004年10月TunnelConstructionOct,2004

大跨度隧道无尺量测技术应用

刘胜东

(中铁隧道股份公司隧道二公司　　河南新乡　453000)

摘　要　主要介绍大跨度、长大隧道利用全站仪配合反射片无尺量测进行变形监测的技术。关键词　大跨度　无尺量测

1　简介

目前,我国净空位移的监测多采用钢尺式收敛计。该法具有成本低,简单可靠的优点。但随着隧道施工技术的发展,大跨度、多断面、长大隧道不断修建,这种方法已有明显的局限性,如现场操作困难,对施工干扰大,测量精度下降等问题。为解决该问题,在圆梁山隧道进行了新型监测技术———非接触三维观测技术实验与应用。

该技术在日本、瑞士等国已经广泛应用于地下工程方面,其方法大致有以下三种:一种是以多台电子经纬仪为主要设备的三维解析测量;二是以全站仪为主,配光电反射片的三维变形量测;三是以近景摄影机为主要设备的近景变形量测。根据现有条件在圆梁山隧道采用了以全站仪为主要设备的隧道净空三维观测方法。测量仪器选择徕卡TCRA1800全站仪。

(a)

2　现场应用及结果

2.1　监测系统及测点布设

监测系统采用徕卡TCRA1800+方形十字反射片(边长2cm)组成现场观测系统,测点由基座与保护盒两部分组成,基座由5cm角钢及20cm长<22的钢筋焊接而成,待掌子面开挖完毕后,将其固定在初支上或锚固在岩壁上。保护盒由2mm厚钢板加工而成。采用保护盒主要因为现场环境恶劣,保护反射片不被破坏,以确保量测精度。

反射片粘在保护盒内,测量时将其开启,测量完将其关闭,以有效的保护反射片不被破坏。如图1(a)为保护盒关闭状态,(b)为保护盒打开状态。盒盖内用棉纱清洁,反射片完好。现场共布设观测断面六个,按其里程分别定为DK351+515、+550、+600、+635、+670、+700断面。每一断面布设测

(b)

图1　保护盒部分

先将仪器架设至任意与测点通视位置,然后设定仪器参数。每测站由全站仪自动观测6测回。为减小测试误差,可对同一断面进行左右测站测试。由全站仪自动将数据记录在仪器自带的PC卡上,待全部断面测试完毕,用专用软件将全站仪内数据传输至电脑内,由处理程序将现场数据进行处理。经计算得出测点间测线长度,本次量测测线长度与上次量测测线长度相比较即可得本次收敛值和累计收敛值。具体施做步骤见图2观测流程图。2.3　观测结果

点三个,位于隧道拱顶与两侧拱腰位置。2.2　观测方法

采用自由测站法进行洞室变形观测。量测时,

自2001年5月底至2003年初用了20多个月

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32隧道建设　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

表2　收敛变形成果表

收敛变形(mm)

时间

S0

9.28

0.00

+635断面

S10.00

S20.00

0.00

0.00

S0

+670断面

S1

S2

S0

+700断面

S1

S2

9.29-0.101.26-0.360.00

9.30-0.211.12-0.39-0.50-0.17-1.10

图2　观测流程图

10.4-1.960.5110.7-1.490.20-3.09

-1.65-1.74-4.56

0.000.39

0.000.08

0.17

10.6-1.430.27-2.74-1.52-1.99-5.620.00

时间,对布置在洞内的6个断面进行了收敛量测分析,主要结果见表1、2,测线布设见图3。

10.10-1.460.28-2.75-2.04-3.69-6.89-0.830.44-0.5310.14-1.14-0.38-3.40-4.95-2.1010.24-1.220.08-2.88

11.5-3.201.84-2.39-2.44-4.37-8.18-3.991.50-2.2512.2-0.55-0.08-2.74-0.92-6.58-7.60-1.60-0.45-2.02

-0.990.37-1.97

10.18-3.831.48-2.90-2.17-3.72-7.06-5.901.79-5.77

　　注:表中S0、S1、S2分别表示测线0、测线1、测线2。

其典型测点收敛历时曲线见图4。

图3　测线布设图

表1　收敛变形成果表

收敛变形(mm)

时间

S0

7.227.247.267.318.58.258.268.289.29.49.69.129.169.189.219.269.2910.210.410.710.1011.512.2

1.72-6.39-9.77

-0.320.41-4.250.10-0.24-4.10

0.78-5.08-9.43-0.570.23-3.071.09-5.71-10.160.23-0.95-3.44

0.000.230.410.250.15

+515断面

S10.000.15

S20.000.01

S0

+550断面

S1

S2

S0

+600断面

S1

S2

0.01-0.160.05-0.070.14-0.27

0.00

0.00

0.00

0.40-2.08-1.540.48-2.42-2.27-0.75-3.85-6.47-0.98-3.89-7.76-0.38-3.80-7.180.51-4.06-8.060.77-4.61-8.260.00

0.00

0.00

0.81-4.94-8.90-0.250.51-1.000.23-4.51-8.73-1.76-0.32-2.700.48-4.69-8.56-0.45-0.16-3.890.49-4.66-7.99-1.110.52-4.93

-1.37-0.40-4.69

图4　DK351+550断面各测线历时曲线图

与类似工程相对比,由典型断面各测线历时曲

线可见,各测线收敛历时变化情况与理论较符合,各测线经过开挖变形阶段后,围岩变形趋于收敛。量测数据离散性较小数据呈规律性变化。

3　总结

该方法主要应用于围岩变形量测,具有以下优点:

①自动化程度高,操作简便,大大减少了因人工操作而引起的误差;

②系统精度高,左右两侧进行复测复核,能够满足量测要求;

③非接触量测,在大跨度隧道量测中具有明显优势;

④软件操作方便,可及时反馈信息。

由于该方法尚处于开发试验阶段,在现场应用

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第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　刘胜东　　大跨度隧道无尺量测技术应用33

中暴露出了一些不足,主要有以下几点:

①测点装置尚需改进。由于现场环境较差,为保证现场的易用性,测点应具有成本低、不易被破坏、使用便捷的特点。

②施工场地烟尘较大时,易出现仪器找不到测点现象。③仪器抗干扰能力较差,如现场干扰较多,施测时会产生量测精度下降现象。

④尚待开发量测测点绝对变位方法。⑤软件尚待深入开发,部分功能与实际需求相偏离。

系统进行了统计分析,对于提高观测的精度、实用性

及可靠性方面有了较深入的了解,在现场应用中可利用此套设备与施工测量结合起来进行位移量测以降低成本。总之,此套技术是隧道监测技术的发展方向。其应用软件开发与应用完善配套是重点。

参考文献

1　地下铁道、轻轨交通工程测量规范(GB50308-1999)

作者简介:刘胜东,男,1972,助工,中铁隧道股份公司隧道二公司土木总工。

收稿日期:2004-9-6

4　结束语

通过现场的实际应用,我们对非接触三维量测

(上接第74页)需要的风量,加强施工通风,在通过天

然气及煤层区段时,应采用不间断通风。

c洞内设瓦斯监测点,随时监测瓦斯浓度,使工作面回风流中的瓦斯浓度控制在110%以下,局扇附近的瓦斯浓度也应附合有关规定。

d洞内设备全部采用防爆型,并杜绝洞内一切

方法繁琐,精确度不高等。综合地质预报手段应在今后实施中改进完善,提高地质预报的准确性。

b针对各种不良地质,制定了相应的预防措施和处理对策,实践证明,这些预防措施和处理对策是行之有效的,取得了一定经验和效果。

c地下水,特别是岩溶管道水对隧道施工的危害,是隧道施工中首先要解决的问题。目前对水的处理仍然是排和堵两种办法,多为排堵结合,但适量排放的控制指标和堵水方法仍需进一步加大研究力度,如本隧建成后富水区涌水量采用的限量排放标准为5m3/m1d,是否合适,如何更加有效的控制地下水排量,保护地表生态环境。

d采用注浆堵水的隧道,衬砌背后不宜设防水板、排水盲沟和泄水孔。随着时间推移,排水通道将会出现两种情况,其一,被沉积物堵塞,起不到排水作用;其二,排水通道进一步疏通,排水量增大,达不到限量排放的目的。因此,衬砌背后以不设防水板、排水盲沟和泄水孔为宜。

e在长大施工隧道内建立电视监控系统,长期监测点,监测衬砌结构受力情况、隧道涌水量和地表水量变化情况,对生态环境的影响做出正确评估。通过网络传输,实现远程指挥生产和处理突发事件的能力。

参考文献

略

作者简介:石新栋,男,1957年生,1982年毕业于西南交大隧道及地下工程专业,高级工程师,从事隧道工程施工技术研究与管理工作。

收稿日期:2004-9-6

明火源。

e进入煤层段施工时,严格按揭煤工艺要求组

织施工。

416　软弱破碎围岩地段施工

断层破碎带及软弱破碎围岩地段均采用台阶法施工,双线大跨段原施组采用侧壁导坑法施工,实施时为了加快施工速度和降低工程成本,考率到施工时的安全性,对最大开挖宽度1411m的双线大跨段,采用了台阶法施工。严格控制开挖进尺,及时支护,配合合理的分部开挖施工,保证了工程质量和施工安全。双线大跨段采用台阶法施工,不仅降低了工程成本,而且使该段施工工期缩短了6个月。

5　几点体会

自2001年3月份进洞施工以来,由于针对各种不良地质采取了相应对策,取得了一定成效,但也存在诸多不足之处,有待在施工中不断总结完善。通过施工实践,我们的体会是:

a地质预报在长大隧道施工中是不可缺少的重要工作,圆梁山隧道在实践中取得了初步效果,为加快施工进度,确保施工安全,发挥了重要作用。但地质预报资料的准确性,对隧道施工进度和施工安全影响很大,目前所采用的各种地质预报手段有一定局限性,如:预报范围不广,只能定性不能定量,判识

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