无接触变形监测技术在新建蔡胡梁隧道的应用

刘磊

（福建省众益工程劳务有限公司，福州350400）

1 综述

随着我国基础建设的深入，新奥法施工的公路、铁路隧道日益增多。隧道变形监控量测是新奥法施工的精髓，提供周边围岩的变化信息，提供应力变化情况，指导隧道的安全施工。拱顶沉降、周边围岩的收敛是每条隧道施工中必须关注的项目[1]。

传统的监测方式采用拱顶沉降隧道顶部挂水准尺、围岩收敛用收敛仪的方式采集数据。传统方式有若干不可克服的局限和弱点：

①如果要进行监控量测，无法施工，严重影响施工进度。

②很多隧道采用多台阶法施工，周边围岩稳定性越弱，台阶纵向长度越短，无操作空间，会出现无法挂尺的情况。

③围岩收敛只能确定两点间收敛的相对量，不能确定围岩是哪一侧位移或者两侧同时位移。

④量测数据受人为影响较大，精度不能保证。

⑤需要高空作业，存在人员的安全隐患。

新建蔡胡梁隧道左右线长度达到近7300米，是甘肃S216线平华公路的控制性工程，在施工安全和工期方面提出了更高要求。针对传统监测方式的以上弱点，经研究，隧道采用更先进的无接触监测技术，现代测量技术的发展和测量仪器精度的提高为新技术的可行性和可靠性提供保障。

2 无接触变形监测的实施

2.1 新技术的原理

利用高精度的测量仪器（全站仪），在基准点和基准后视点为基础的直角坐标系内，利用角度和斜距求得监测点的三维坐标，比较三维坐标，可知监测点的沉降和位移、监测点间的收敛数据[2]。

图1

2.2 全站仪及配套设施

为了满足隧道监测精度的需要，采用徕卡TS09全站仪，测角精度1”，分辨率0.1”；测距精度2+2ppm，分辨率0.1mm；为了保证精度，每点测量4测回。

与之相应，图 1中a、b、c、d、e等监测点各贴有徕卡 4*4cm规格的反光片（图2），可以保证在20-60米范围内测距精度不受影响。监测点要在隧道开挖后尽快埋设，沉降点，收敛点必须在同一里程断面，尽量对称布置，做到同面等高。要求将高强度钢筋一端打入围岩足够深度并锚固，另一端焊有球拍状钢板，反光片牢固地贴在钢板上。埋点时要注意反射面与测线垂直，以减少折光对测量精度的影响[3]。

图2 测点预埋件正面（单位：cm）

基准点是监控测量的根本，所以基准点和基准后视点必须牢固设置。要求基准点设置在仰拱内，钢筋底部必须紧紧抵住坚硬基岩。每次基准点设置必须多设置一组，以便进行不定期基准点稳定性检查。

监测点、基准点必须设置标识牌，加强保护，尤其是设置于隧道拱顶和拱墙的监测点，不用时要用塑料袋包裹，防止喷射混凝土和灰尘污染[4]。

2.3 监控量测数据采集

全站仪架设基准点A设站，瞄准基准后视点B定向，前视监测点a，由Aa斜距、水平角、竖角可得监测点a三维坐标。同样测定b、c、d、e三维坐标。原始数据记录齐全，字迹清楚，不得涂改和转抄；划改应注明原因。

测量频率如下表：

表1 量测频率表

2.4 监控测量数据的处理

每次观测后应立即对原始数据进行检校和整理，并将检验过的数据输入计算机管理系统。

绘制时间位-拱顶下沉（周边收敛）变化曲线和掌子面距离-拱顶下沉（周边收敛）速率变化曲线。如图3。

图3 时间-位移曲线和距离-位移曲线

2.5 监控测量数据的分析和反馈

通过图3可知周边围岩的稳定情况，结合超前地质预报，提出施工注意事项和施工方法建议。针对分析结果，可分为3个等级进行管理，Ⅰ级：围岩变形很大，立即停止掘进，采取特殊的措施；Ⅱ级：围岩变化偏大，密切注意围岩动态，加强监测，加强支护；Ⅲ级：围岩稳定，可以正常施工。

自2016年初，蔡胡梁隧道测量组每次完成监控后都及时反馈，根据监控测量数据发出若干次Ⅰ级管理建议，最大程度保证了施工的安全进行[5]。

3 结语

通过在蔡胡梁隧道施工现场的实际应用，我们对非接触变形监测技术进行了系统分析，对于提高观测精度、实用性和可靠性有了进一步深入的了解和加强。本技术能较好地克服传统隧道变形监测技术的缺陷，依托强大的技术和测量仪器制造进步，比较容易操作。加快了施工进度，保证了施工的安全进行，在隧道监测中有非常广阔的应用前景，值得大力推广。