隧洞施工測量及沉降變形觀測方法分析

陳 彬

(黔東南州水利投資有限責任公司，貴州凱里 556000)

1 隧洞施工測量

1.1 隧洞施工控制測量的特點

對于隧道施工的控制其主要是從隧道的開挖精度進行的，具體而言就是指對于隧道兩個相向開挖方向的控制，就是將隧道的開挖高度以及寬度都控制在一定的范圍以內。對于隧道的外部控制測量工作應當在施工之前就完成，在施工之前相關的測量人員應當先對于隧道的周邊地形以及地貌加以測量，在得出數據以后再進行施工。實際施工時應當建立一個統一的平面，設定控制點對于隧道進行控制，但是由于隧道本身的特性，首位的控制點之間不一定能夠直接進行連接，這樣一來就可以在隧道中設定多個中間點，而后建立起互相間的聯系。全站儀發明之前，隧道中的平面測量工作還是通過三角高程測量以及水準測量所完成的，但是實際的操作中也已經發現這兩種測量方法測量時存在著諸多的不便之處，在隧道中測量時往往無法滿足測量的要求。伴隨著全站儀的問世，其能夠對于隧道內外三維平面進行測量，其僅需要對于隧道的單邊進行透視，然后便能夠同計算機的處理得出相關的測量數據，相對于之前的測量方法具有明顯的優越性[1]。

1.2 隧洞洞外三維控制導線測量方法

1.2.1 選點

選點的原則:相鄰兩點要相互通視，兩點間距離一般不超過600 m，總點數要盡量少。洞口附近的點要選在不容易被破壞的地方，其附近的兩點距離要控制在100 m左右

1.2.2 埋點

先用鋤頭在選好點的位置挖一個25×25 cm深度40～50 cm左右的坑，接著將拌好的混凝土倒入其中，搗實抹平，然后再將長約35 cm的Φ16鋼筋埋入混凝土中，并應將有打“十”字叉的一端朝上，待混凝土凝固后用油漆寫上點的編號。如果選的點在巖石上，就用鋼釬和錘子在巖石上打個“十”字叉，并用油漆寫上點的編號[2]。

1.2.3 測量

測量天氣盡量選在陰天進行，采用支導線測量。導線點起點高程采用設計圖上給定值，也可以是假設高程或者套用1∶10 000陸軍地形圖上的特征高程點(近似值)，起點坐標為假設坐標。起始邊方位角用羅盤儀測定:先把羅盤儀放在儀器頂上，其側邊方向與望遠鏡軸線方向平行，水平轉動儀器直到羅盤儀指針白色那端指向“N”時，鎖緊水平制動螺旋，把全站儀水平度盤置零，再順時針轉動儀器瞄準后視點，此時儀器顯示的水平角度就是測站點起始邊的方位角，根據測量要求及環境設置好儀器，就可以開始導線測量了。如果直線隧洞長度＜1 000 m，則直接用全站儀測量導線點的三維坐標，每一測站要通過變動儀器高測3次坐標，每次三維坐標讀數差控制在5 mm以內，最終坐標取3次的平均值作為下一測站的原始數據。直線隧洞長度＞1 000 m，地形較復雜的，可結合GPS衛星定位測量校核。

1.3 全站儀在開挖掘進細部放樣中的應用

對于直線隧洞，建立以洞軸線(中線)樁號增加方向為坐標系北方向的施工坐標系統，這樣全站儀所顯示的三維坐標即有明確的代表意義，E表示測點離開洞軸線的距離，N表示測點的隧洞樁號;對于曲線隧洞，利用小型程序計算器設計輔助計算也可瞬時計算出樁號和垂直洞軸線的距離。因此施工放樣就不必在軸線上設站了，可以直接利用導線點進行。每次放樣必須檢查校核條件以免數據輸入錯誤造成損失。開挖掘進細部放樣在每次開始鉆孔之前進行，周邊孔逐孔測量放樣。

1.4 開挖斷面測量

在進行開挖斷面測量時，全站儀架在測站上，瞄準后視點，輸入方位角。啟動全站儀免棱鏡測量方式，照準目標，用白油漆(白油漆的光反射率較高)在待測斷面上標出各測點。全站儀照準白油漆點直接測出各點的坐標或水平角、豎直角、斜距和高程，并將數據傳入計算機處理。測點間距要求為:直墻段50～70 cm 1個點，弧形段35～45 cm 1個點，拱及拱角上下15～25 cm 1個點。橫斷面測量一般要求直線洞室每5 m測量1個斷面，曲線洞室每3 m測1個斷面，由于施工現場條件限制，一個測站所測斷面的數據是有限的，當無法進行下一個斷面測量時，就要遷站。在此之前，依次測出后面要用到的測站坐標，然后搬到下一個測站，重復進行前面的工作。在施工現場完成測量之后將各測量數據存入計算機，通過編輯、整理及時將實測斷面數據反饋給施工人員。作業人員應根據計算的超欠挖情況，及時調整開挖參數，以達到更好的開挖效果。

2 隧洞的沉降變形觀測

2.1 隧洞施工中變形的觀測

一般用觀察的方法或檢驗的方法，從開挖后表面的變形、支撐受力后的情況，可以大致判斷變形原因。必要時可設置變形觀測標志進行觀測，取得變形的大小、方向和速度的定量量測數據資料，以便決定采取相應的工程措施和防護措施。

2.2 隧洞襯砌完工后的觀測

在可能發生沉降及位移的地質不良地段及變形區，設置變形觀測點，變形觀測標志可設在隧洞的頂部、側壁和底板部位。一般每10～15 m在上下左右各設1個測標，各測標應按里程統一編號，同時在變形區50 m以外設立穩固的觀測控制點。檢測測標高程變形和水平位移的方法如下:①檢測測標高程變形，可采用水準測量的方法進行測量計算;②檢測測標水平位移可采用準直法進行觀測，準直法即將一排測標都設在一條直線(準直方向線)上，根據測標偏離這條直線的垂直距離的大小，可求出測標的橫向位移;根據測標至直線上某控制點水平距離，可以求出測標的縱向位移。這條準直線(方向線)可以用經緯儀或激光準直儀設出，或在某固定兩端點間設置細弦線標志，若某些測標不能嚴格在直線上，可用小測微尺量出測標到弦線的垂距，觀察該垂距的變化即可判斷位移的變化。

3 結論

在水工隧洞開挖測量放樣中，由于全站儀具有高效精確的特點，能夠促進工程進度和提高開挖質量。轉彎、爬坡、變徑段隧洞放樣的數字化解析算法能大幅提高隧洞放樣的速度和準確度，建議將此方法進行推廣，以取代過去粗放的模擬放樣方法，準確的工程計量對于順利進行工程決算具有重要的意義。同時，變形觀測是為了掌握測標隨時間變化而產生的變形規律，所以按期進行觀測記錄，變形觀測后，將觀測數據整理列入記錄表內，必要時可對某些測標繪制變形曲線或沉降曲線，以便于進行分析研究變形規律，及時采取相應的工程措施。至此，可以充分說明隧洞工程施工測量和沉降變形觀測的重要性。

[1]吳煥通，崔永軍.隧洞施工及組織管理指南[M].北京:人民交通出版社，2007:15－17.

[2]李文濤.斜長小斷面隧洞施工貫通測量的實踐[J].東北水利水電，2008，26(04):24 －25.