隧道围岩收敛监测方法及其特点

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铁　道　建　筑

RailwayEngineering

July,2008

文章编号:100321995(2008)0720044203

隧道围岩收敛监测方法及其特点

刘绍堂1,王志武2

(1.河南工程学院建工系,郑州　451191;2.河南省煤田地质局一队,河南新郑　451100)

摘要:为了保障隧道的安全施工,在介绍传统的收敛计(仪)隧道围岩收敛监测方法的基础上,说明了相

对三维位移观测法、绝对三维位移观测法收敛监测的原理。收敛量计(仪)测量法精度可靠,但对于大断面隧道需要在平台车上工作,操作相对不便;相对三维位移观测法和绝对三维位移观测法可迅速测出相对收敛值和绝对收敛值,前者可以自由设站,后者可在控制点上设站,但不能实时连续观测;隧道收敛变形自动监测系统无论巴赛特收敛系统、全站仪动态监测系统或者断面仪动态监测系统,均可实现全天候无人值守,连续监测隧道收敛变形。关键词:隧道　施工测量　收敛　监测系统中图分类号:U452112　文献标识码:B

方安置全站仪O,以全站仪上次内存定义的任意坐标系作为假定坐标系,用坐标测量法测出监测点的任意

坐标系的三维坐标A(XA,YA,ZA),B(XB,YB,ZB),C(XC,YC,ZC)(任意设站,无需测站坐标和已知定向方位)。

SAB

+

0　前言

“探水”“治水”、和“防塌”是隧道施工的三大技术难点,是隧道施工成败的关键,而变形监测在跨海隧道施工中对于防止塌方和安全施工起着重要作用[1]。为了及时给施工提供准确的隧道变化信息,便于修正施工参数和施工技术工艺,确保工程质量,隧道开挖过程中必须对隧道的收敛、位移、沉降和结构的受力状态等进行监测。限于篇幅,本文仅对隧道的收敛监测方法进行专门的讨论。

最后进行计算AB、BC、CA的距离:

2221Π2

=[(XB-XA)+(YB-YA)+(ZB-ZC)],

22

221Π2

+(YC-YB)+(ZC-ZB)],221Π2

+(YA-YC)+(ZA-ZC)]。

SBC=[(XC-XB)SCA=[(XA-XC)

1　隧道收敛监测方法

111　收敛计(仪)测量法

在预设点的断面隧道开挖后的两天内应沿着隧道周边、拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。测桩深度30cm,钻孔直径<42mm,并用快硬水泥或早强剂固定。由2～5人专门负责收敛仪现场数据的采集。

收敛计(仪)测量法是收敛监测的传统方法,虽然精度较高,硬件成本低,但无论采用何种收敛计(仪),对于大断面隧道,经常需要在平台车上工作,操作相对不便。112　相对位移观测法

首先在监测横断面上预先埋设若干监测锚杆A、B、C等(如图1所示),并在锚杆端部做成平面,贴上反射片,然后在距离隧道监测点断面30m或更远的地

图1　相对位移观测

113　绝对三维位移观测法

相对位移观测法中如果把全站仪架于已知点上或者与已知基准点联测,即可完成绝对三维位移监测[2]。其优点是:收敛变形表现为三维坐标量的绝对变化,可以客观而全面地反映出测点的变形情况;收敛监测和施工测量可共用一套测量设备,节省人力、物力。但绝对三维位移观测法需要在隧道内附近适当位置设置一个后视基准点,而且还需在隧道内埋没观测墩,作为固定工作点以安置全站仪。114　巴赛特收敛系统

收稿日期:2007208227;修回日期:2008204212

作者简介:刘绍堂(1965—),男,河南省禹州市人,副教授。

2008年第7期隧道围岩收敛监测方法及其特点　　　　　　45

巴赛特收敛系统(图2)是一种新型的隧道剖面收敛自动测量系统,以它的设计人Dr1RichardBassett的

姓氏命名。巴赛特收敛系统由多个杆件单元(一个长的和一个短的组合成为一对杆件单元)首尾互相铰接安装在待测断面四周,构成一个测量环,杆件单元内置一种特制的高精度电解质倾角传感器,每对长短臂的一个铰接点通过固定件与隧道壁相固定,另一个铰接点是浮动的。当隧道壁发生变形时,必定使变形区内的几个固定点产生(空间)位移,也带动相关的长短臂活动,即长短臂产生角度变化。这时分别安装在长、短臂上的倾角传感器就可测出这种微小的角度变化。如果隧道壁多处发生变形,每处变形对长短臂的作用是叠加的,即倾角传感器所感知的变化是总变化。根据倾角变化和各相应长短臂的长度就可算出各固定点的位移,再参照各固定点原始位置的坐标,就可得到各固定点在变化后的实际位置。只要有足够多的固定点,每个时刻各固定点的连线就可近似代表隧道壁的轮廓线,与之相连接的计算机可快速计算和显示各次测量结果,将这些过程中的计算结果分别与首次测量数据比较可获隧道轮廓动态变化显示,效果非常直观,对分析数据变化动向很有帮助。当变化量超过设定值时,还可以自动报警,提醒要加强对施工过程控制或调整施工。巴赛特收敛系统是一种高精度、自动化监测隧道变形的系统,整个系统从数据自动采集到计算结果的显示完全实现计算机化。

图2　巴赛特收敛系统布设

115　无反射棱镜自动跟踪隧道收敛变形系统

无反射棱镜自动跟踪隧道收敛变形系统其实是隧道断面扫描系统。本测量系统可对隧道的全断面进行扫描(视测量要求隧道内可设置几十至上百个监测

点),并通过连线与计算机相连,可即时观测到整个隧道断面的变形。该监测系统可在几分钟内完成一个断面的扫描和计算,根据精度要求可加密或减少监测点个数,并可对隧道的一些特征点进行两次扫描,消除或减小测量误差,提高测量精度。该系统实际上是对巴赛特收敛系统为数不多的监测点进行大量的扩充。将

实测断面与未发生变形前的原断面比较,即可求得整断面的变形,能更好地反映隧道断面的变形情况。系统具有自动化程度高、精度高等特点。116　自动化全站仪动态监测系统

一个完整的自动化全站仪动态监测系统是指在无需操作人员干预的条件下,实现自动观测、记录、处理、存储、报表编制、预警预报等功能,它由一系列的软件和硬件构成,整个系统配置包括:TCA自动化全站仪、棱镜、通讯电缆及供电电缆、计算机与专用软件。该系统的实质是把无反射棱镜自动跟踪断面仪隧道收敛变形系统中对固定断面任意点的扫描变成任意断面固定点的扫描。

11611　TCA自动化全站仪

TCA自动化全站仪能够自动整平,自动调焦,自动正倒镜观测,自动进行误差改正,自动记录观测数据,其独有的ATR(AutomaticTargetRecognition,自动目标识别)模式,使全站仪能进行自动目标识别,操作人员一旦粗略瞄准棱镜后,全站仪就可搜寻到目标,并自动瞄准,不再需要精确瞄准和调焦,大大提高工作效率。TCA2003是LeicaTCA自动化全站仪中的一种,该

仪器测角精度为015″,测距精度为(1±10-6

)mm。可通过专用的控制软件来控制观测目标和设定观测周期。

11612　Leica标准精密测距棱镜

棱镜作为观测标志,利用膨胀螺丝固定在隧道内侧,其数目可按实际需要设定,该标志能被TCA2003全站仪自动跟踪锁定,以实施精密测角和测距。11613　计算机

计算机利用电缆和全站仪连接,并装有专用软件以实现整个监测过程的全自动化,既能控制全站仪按特定测量程序采集监测点数据,并将测量成果实时进行处理,以便及时发现错误,杜绝返工,也可以对各个观测周期的监测数据进行存储并生成监测报告。

11614　其它设备

其它设备包括温度计、气压计、湿度计、连接电缆、外接电源等;温度计、气压计、湿度计用于测定空气的

温度、压力和湿度,将测定结果输入到计算机中,对观测结果进行修正,以提高观测精度。

11615　实时控制软件

GeoMosMonitor是专门用于监测的与TCA2003全站仪配套的变形测量软件,其在Windows环境下运行,并将数据存储在SQLServer数据库中,它既可按操作者设定的测量过程和选定的基准点、观测点进行相应的测量处理,也可快速建立三维坐标、位移量以及其它相关数据库,实现数据的快速存储、检索、编辑,可实时

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铁　道　建　筑

RailwayEngineering

July,2008

文章编号:100321995(2008)0720046203

单侧墙可移动式三角支架模板的施工与应用

刘少雨

(中铁十四局集团有限公司,济南　250014)

摘要:通过北京地铁四号线工程双榆树车站明挖结构侧墙施工实例,通过侧墙模板及支撑体系的选型,阐述了明挖地铁结构侧墙可移动式三角支架模板施工工艺,形成了较为成熟的施工实践。

关键词:地铁　单侧墙可移动式三角支架模板　施工技术中图分类号:U455145　文献标识码:B

的模板施工工艺,对成熟模板方案进行优化设计,车站明挖结构选用质优的模板材料,充分考虑了模板可周转性及后续工程可再利用的可能性。本工程墙体模板考虑层高变化,从地下二层开始使用大钢模板,采用

86可调系列。

因本工程混凝土墙体结构布置要求,只能单侧配设模板,而不能利用穿墙栓控制模板侧压力,只能在单侧模板背侧配设抵抗混凝土浇筑侧压力的支撑装置,称为单侧支撑。单侧支撑可分为刚性三角架、铰接三

收稿日期:2007209214;修回日期:2008204209

作者简介:刘少雨(1980—),男,安徽五河人,工程师。

1　工程概述

北京地铁四号线工程双榆树站位于北三环四通桥下,两端明挖中间暗挖,其中北明挖段主体结构长

11619m,地下二层结构,总建筑面积5000m2,结构类型为框架结构。结构层高:地下二层层高为610m和5165m,地下一层层高为419m。为了达到混凝土质量验评标准,确保工程结构质量目标,积极推广使用先进

角架、分段刚性架等。单侧模板三角架体系包括混合三角架、万向轮、榀架连接装置、螺旋顶四个部分,并由量,隧道内观测时间增加可能影响施工。隧道收敛变形自动监测系统无论巴赛特收敛系统、全站仪的动态监测系统或者断面仪动态监测系统,均可实现全天候无人值守,连续监测隧道变形,但如果布置许多断面,硬件成本过高。所以,无论什么情况,选择使用以上一种或多种方法总可满足隧道施工的收敛监测需要。

参

考

文

献

显示测量数据,并进行实时处理或后处理,能实时显示图形或事后显示。

11616　后处理软件

采用自己编制的软件,利用和GeoMos的软件接口,对测量数据进行后处理,按施工方要求的格式将监测点的位移变化转化为标准图表的形式直观地表达出来,绘制出监测报表和位移曲线,自动实现数据分析、报警以及报表生成的功能,可以根据用户的要求提供报表的形式。

[1]孙钧.厦门市东通道海底隧道工程设计施工若干技术关键

的思考[C]ΠΠ2005年上海国际隧道工程研讨会文集.上海:同济

2　结语

通过实践表明,利用收敛计(仪)获取收敛读数精度很高,但对于大断面隧道需要在平台车上工作,需要投入一定的非测量辅助设备和时间,在一定程度上干

扰了施工,增加了成本。相对位移观测法可以自由设站,只需一台全站仪即可作业,精度也能满足要求,但不能反映监测点的整体系统变形。绝对三维位移观测法在具有相对位移观测法优点的同时,可完成三维绝对坐标测量,还能反映监测点的整体绝对变形信息,不足之处是考虑基准点和工作基点的变形,需增加观测

大学出版社,2005,25232.

[2]刘绍堂.隧道施工期间的变形监测技术[J].地下空间与工

程学报,2006,(Z2):134621348.

[3]刘绍堂.P4000断面仪在小浪底水利枢纽工程中的应用[J].

测绘科技通讯,1998,(3):628.

[4]李术才,徐帮树,李树忱,等.海底隧道衬砌结构选型及参数

优化研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(21):389423902.

(责任审编　白敏华)