高精度測量技術在礦山法隧道工程中的應用

曾 強，鄒 磊

（江西有色地質勘查五隊，江西 九江 332000）

隨著我國經濟的深入發展，大規模礦山工程建設，而我國地形多丘陵山地，礦山建設過程中難免需要修建隧道。如何保障礦山隧道開挖過程中的安全至關重要，高精度測量能夠獲得隧道監控量測真實、可靠的數據，為基礎設施建設者提供安全可靠的指導，保障了隧道施工的安全。

1 礦山隧道監控量測內容

礦山隧道監控量測必測項目主要是：①周邊位移：礦山隧道圍巖周邊各點趨向隧道中心的變形位移。主要是測得礦山隧道內壁面兩點連線方向距離的收斂量。收斂值為兩次量測的距離之差。②拱頂下沉：礦山隧道開挖后，由于圍巖自重和應力調整造成隧道頂板向下移動的現象。下沉量為兩次量測的高程之差。③地表下沉：礦山隧道開挖引起隧道軸線一定范圍內產生的地表沉降。下沉量為兩次量測的高程之差。隧道監測中：周邊位移、拱頂下沉限差為0.1mm，地表下沉限差為0.5mm，精度要求很高。如何做好隧道監控量測，是對測量人的一個重大考驗。

2 高精度測量的主要影響因素

從影響測量精度因素的來源上看，有很多種情況，主要有以下幾個方面：①人的因素；②儀器的因素；③外界影響因素。

3 高精度測量應用要點

3.1 選擇合適的觀測儀器

儀器是測量精度影響的重要因素，選擇合適的觀測儀器是滿足礦山隧道高精度測量的第一步。主要使用到的儀器有收斂計、水準儀、全站儀，收斂計測量精度需達到0.1mm，水準儀測量精度達到1km往返測中誤差0.3mm，全站儀達到測角精度0.5″和測距精度：1mm+1ppm。此外，儀器應定期檢測和效驗。

3.2 專人專測

監控量測主要是觀測變化值，在觀測過程中，人的視力辨別能力、身高、技術能力不同，對觀測結果會存在誤差，同一個礦山隧道區段負責觀測的人員盡量做到固定，做到專人專測。

3.3 變形監測網、基準點和變形觀測點的設立

（1）測量前應進行平面控制點、水準點加密，建立礦山隧道變形監測網，也可布設獨立坐標系控制網，但需與國家基準坐標網取得聯系。變形監測網一般布設為基準網、監測網兩級。水平位移監測網宜布設為導線網、三角形網、GPS網等。

垂直位移監測網可布設為環形水準網，但應符合國家二等水準網的要求，測站前、后視水準尺的距離盡量相等。一測站前、后視距差小于1.0m，前、后視距累計差小于3m，視線高度必須大于0.3m，小于2.7m。為消除儀器i角的影響，儀器下沉及水準尺墊下沉的影響，在兩相鄰測站上，按偶數測站的觀測程序進行觀測：

往返測偶數站上為：前—后—后—前。

由往測轉向返測時，兩根標尺必須互換位置，并在不同的地質條件下進行，往返測閉合差應小于±5mm。（其中L為水準路線長度，單位為公里）洞內監測網布設為導線網，導線的邊長宜近似相等，洞內水準路線也應往返測量。

（2）洞口基準點應布設不少于三個平面控制基準點，不少于二個水準點。布設在變形影響區域外穩定可靠的位置。水平位移基準點應采用觀測墩，對中誤差不應超過±0.1mm。垂直位移基準點宜采用雙金屬標或鋼管標。

（3）變形觀測點布設位置應能反映變形體變形特征的敏感位置。周邊位移一般布置2-3對測點，三對測點分別位于礦山隧道的左邊墻、右邊墻及拱頂（見圖1）；拱頂下沉一般布置三個測點，三個測點分別位于礦山隧道的左拱腰、右拱腰、及拱頂（見圖2）。洞內布設監測點不得焊于鋼架上，必須單獨打孔直接安裝于巖體中，埋入鋼筋采用直徑不小于20mm的螺紋鋼，外露鋼筋與埋入鋼筋焊接，加工成三角形鉤。埋入圍巖深度不小于20cm。洞內觀測點應采取適當的保護措施，防止觀測點被施工機械碰觸和損壞，影響測量精度和監控量測的連續性。

地表下沉橫斷面量測：

地表下沉監測范圍橫向應延伸至隧道中線兩側（1-2）（B/2+h’+h），其中h為埋深，h’為礦山隧道開挖高度，B為隧道開挖寬度。

測點間距宜為2m～5m，且靠近隧道中軸線間距密控制在2m，遠離隧道中軸線間距控制在3m～5m。地表監控點埋設應有一定的深度，避免受到施工和爆破的擾動，影響測量的精度。

圖3 地表下沉測點布置示意圖

3.4 盡量減少外界環境影響

（1）觀測應在較短的時間內完成。由于觀測環境在施工作業環境下會對儀器產生一定的干擾，需在短時間內完成觀測，防止儀器受震動影響，產生測量誤差。

（2）不同時間段溫度、濕度、大氣折射不同也會產生影響，所以每次觀測時一定要記錄相關的環境因素，包括時間、濕度、溫度、大氣顆粒物濃度等，采取固定時間段觀測。

（3）所有基準點或觀測點埋深深度必須大于凍土層深度，深入穩定層，避免溫度變化對基準點或觀測點的影響。

3.5 采用相同的觀測路線和同一儀器

（1）采用相同的觀測路線和觀測方法。礦山隧道監控量測精度要求1mm或相對精度達到0.1mm，精度要求非常高，采用相同的觀測路線和觀測方法可以減小誤差，提高隧道監控量測的精度和可靠性。

（2）使用同一儀器和設備。礦山隧道監控量測需要重復多次量測，取得每次量測的變化差值，不同的儀器測量出來的結果有一定的差值，為提高精度，應采用同一儀器和設備進行觀測。

3.6 同一觀測剖面采用相同基準點

為避免觀測中因為基準點不同產生的誤差，我們在觀測過程中，盡可能采用相同的基準點作為后視。通過基準點后視后，應該通過其他基準點檢驗后視誤差，保證滿足精度要求。

3.7 采用統一的基準處理數據

在進行測量數據處理時候，同一剖面數據，應該采用統一基準，即是把各觀測點第一次觀測數據作為起算比較。

4 總結

礦山隧道監測是一項影響巨大的安全工程，監測精度至關重要，所以在隧道監測過程中，一定要做到認真、負責，確保監測數據準確可靠，為隧道建設過程中的施工安全保駕護航。