工程變形監測技術應用的探究
引言
測量是一切工作的開始,為此在進行隧道工程施工變形測量之前,首先要建立變形檢測的控制網,該控制網主要包括高程控制網和平面控制網,隧道工程施工變形控制網具有精度高、獨立性強的特點。它的組成網主要有:第一,變形點又叫觀測點,多分布設于建筑物上;第二,基準點通常埋在變形的范圍之外,盡可能的保證其位置的長期穩定;第三,工作點是觀測點和基準點之間的聯系點,工作點與觀測點構成變形網,和基準點構成首級網。變形網的主要特點有:首先,變形網不需要計算數據,且布設自由;其次,變形網的長度較短,但是其精度高;再次,圖形復雜,多余觀測多;最后,穩定性要求高。
1.隧道施工變形監測概述
隧道施工具有很多不同于地面施工的特點,由于施工多是在巖石條件下進行,因此具體的施工操作往往受到巖層結構以及巖土情況的影響。此外在進行施工時,機械振動或者開挖爆破也會造成巖石的變化,從而對施工帶來影響。為了使工程安全順利的完成,必須對隧道的變化信息進行嚴格的監控與上報,以便做出針對性的方案,保證工程質量。
2.隧道工程施工監測控制網的特點
隧道工程施工變形監測的內容主要包括地下項目的監測和地面項目的監測,因此與之相對應的隧道工程施工變形監測控制網就分為地下和地面兩部分。然而由于地下空間的有限,所以地下平面監測控制網多為導線形式,因此為自由網,即起算的數據可自由設定,無需從地面傳遞坐標。
2.1自由設站的站點位置
在自由設站體系中,由于每次站點的方位并不是完全相同的,因此測點的精度受到觀測元素和測站兩方面的影響。
2.2地下導線點位設計
站點的精度的確定與設站位置的設定有著至關重要的聯系,但是站點位置是對洞內控制點的位置而講的。在有限的地下空間的條件下,為了確保站點能夠始終處于高精度的位置上,防止站點在不利位置,我們要以合理的方式對監測導線的控制點進行布置。如果把導線沿洞底板兩側交錯布點,即折線法,則能夠起到不錯的效果。這樣保證能夠對掌子面的清晰觀測的同時,又可以保證控制點的穩定。
對于沿洞壁側的布點,不僅要考慮點的穩定性,還要考慮對掌子面觀測的方便性,對于粉塵少、水汽少在地下、或者觀測條件好的地點則可以采用此類布點方法。其最大的優點是便于施工設施的統一分配,可以預留空間。但是,該布點方法要求控制點盡可能的靠近掌子面,進而使得站點在有利的位置,這不利于點的保護和穩定。所以在選用這種方法時,要對工作的環境進行充分的考慮、權衡。
3.監測點布設的原則
監測點布設的原則主要有以下五點:
第一,應根據工程的性質、地質的條件、設計的要求、施工的工藝以及監測的費用等綜合考慮來確定點的類型和數量。
第二,表面變形點的位置要有利于對測點的保護、還要反映監測的對象外在特征以及方便儀器觀測。
第三,深埋的監測點不能破壞結構的正常受力,也不能削弱結構剛度和強度。
第四,設置的監測點應布置在最不利位置上。
第五,在進行多項目測試時,監測點的布置要在空間和時間上有機的統一,力求便找出內在的聯系和變化。
4.隧道工程施工變形監測技術
根據隧道特征和巖石的性質應該選用不用的技術或方法對施工中的變形情況進行監測,先進的科學技術以及理論成果和技術成果為隧道變形監測提供了新的技術、設備和理念,目前在工程中主要應用的監測技術有以下幾種。
4.1隧道收斂監測技術
隧道收斂監測技術的優點是適合于大斷面隧道施工的監測,缺點也較為明顯,就是進行監測時需要大型設備的支持,并且技術較為復雜。根據測量使用的原理可以將收斂監測技術分為相對位移觀察監測法和絕對三維位移觀察監測法。
相對位移監測法的具體操作流程如下:首先將監測錨桿安裝到監控斷面上,并且保證錨桿的端部較為平整并且能夠產生反光效應;以此基點為準,選取30m遠的位置安裝全站儀;運用坐標測量技術測出基點的三維坐標,通過將數據與全站儀內存中的坐標系相結合可以精確地計算出相對位置。
絕對三維位移監測法內容為:將測量儀器安裝到坐標系明確的監測點,這樣能夠對監測點的變化情況進行準確全面的測量。這種測量方式具有設備簡便,易于操作的優點。
4.2隧道位移變形監測
受到巖石性質以及施工的影響,在隧道施工過程中可能會出現地表下沉位移或者隧道周邊位移現象,對兩種位移進行監測的技術方法如下。
對地表下沉位移進行監測的具體實施內容:首先要設置監控位置,一般將監測點選取在隧道洞口,安裝儀器用于測量地表下陷的程度;設置三個水準基點,對這三個基點的數據進行綜合的分析計算出下陷量。
在監測隧道周邊位移時,通常在隧道的兩壁上設置測量點位和水準點,以便監測隧道周邊整體斷面的變形情況。
4.3拱頂下沉監測
可以分別使用三角高程測量技術和水準精密度測量技術。三角高程測量技術需要在隧道的縱斷面上安裝錨桿,通過錨桿頂端產生的反射效應,綜合利用水準尺、反光片以及棱鏡的反射對軸心距離進行測量。這種測量方式的測量原理與相對位移監測法相同,只是在操作過程中較為繁瑣。在進行隧道施工時,水準作業通常會受到拱頂的影響,運用水準精密度測量方法可以得到基準點與點位的高程,進而為水準作業奠定基礎。在運用水準精密度測量時要注意將所有基準點設置在隧道的基巖上,在拱頂位置也要安裝監測點位,并且采用倒掛的方式將鋼尺固定在點位上,在進行實際的測量時,使用水準儀讀取基準點的數據以及鋼尺的度數,經過計算得出高程。
4.4震動爆破監測
隧道開挖過程中,對開挖面進行爆破必然會影響到巖層的穩定性,甚至會造成坍塌事故的發生,進而對施工進度和施工人員的安全產生不利影響。為了消除或者減低爆破造成的影響,需要對隧道進行支護處理。對震動爆破進行監測可將監測點選擇在支護設施周圍,通過對震動速度進行測量和分析,判斷出爆破所造成的影響,并對后期的變形情況做出預測,從而選擇有效的支護形式和施工措施。
5.隧道施工變形監測數據處理
對隧道的變形情況進行監測是初步階段,還需要運用一定的方式對監測到的數據進行分析,從而為接下來的施工設計提供依據。還可以通過對長期的監測分析案例進行總結,從而在整體上提升隧道施工技術水平。
目前對監測數據進行分析的主要程序為:首先進行回歸分析,將變形監測的相關理論引入到數據的分析上并作為指導,對多個監測點得出的變量值進行計算,從而確定最終的位移距離,在對位移距離掌握的情況下可以很好地推理出變形程度;然后是將數據運用表格的形式進行匯總備案,以便總結和以后的參考;通過對監測點的數據信息分析結果進行判斷,由專業的技術人員做出評價和說明,并最終形成監測報告。
6.質量安全控制措施
6.1質量控制措施
第一,制訂詳細的施工方案。
第二,測量人員必須持證工作,做到人、證一一對應。同時測量的過程需要進行詳細的記錄,不得任意更改。
第三,嚴格執行“三檢”標準。
第四,特殊工種的操作人員更要持證上崗,對特定技術的人員可以現場進行考核。
第五,根據有關規范嚴格控制工序細節質量。
6.2安全控制措施
第一,安全技術操作規程應該在施工過程中嚴格貫徹,對于違章作業應該嚴格制止。
第二,對于進場作業的安全培訓與教育工作要做好,在作業中,及時的開展安全技術會議。
第三,保證用電設備安全可靠。
第四,進場作業應該配備安全防護措施。
7.位移測量方法
應力、應變和位移是監控量測的三個主要內容,埋設電子元件,采用專用的儀表可以測量應力、應變,應力和應變是結構內部的受力的反映,隸屬于測試學,在巖土、地質學科應用較廣。洞周收斂、拱頂下沉和地表沉降是位移測量方法的主要內容,作為檢測的重點,直觀迅速的反映了圍巖形變,對位移測量的要求是快捷、高效、準確。但是對于這種高精度的要求,當前的測量方法是不易滿足的。目前精度較高的測量方法為全站儀位移測量方法。
全站儀的誕生到現在也有幾十年,換代速度是2一3年。每次換型,都提高了測量的精度和可靠性,降低了人為的誤差,實現了測繪工作的自動化、數字化和內外業一體化。當前0.5″,1 .5″,4″,10”是測量角度的精度。0.8 mm + 1ppm , 3 mm+2ppm, 5mm+3ppm是測距的精度,側程從1000米到幾千米不等。這就滿足了測繪工作的需要。
隨著科技的進步,為新測量方法的開展提供了條件,Leica,SOHIA等為測量變形的主要儀器,該儀器具有高穩定性、高精度的優點,配合全站儀的反射片,可稱為具有回復反射性能的反射膜片,丙烯酸脂是反射膜片的主要材質,背部為不干膠,厚約0. 28 mm,銀灰色
在實際中,這些儀器的精度往往較標稱精度高,采取有效的措施即可保證全站儀測量位移的實施。事實表明,自由設站測量模式下,一個測繪得到的位移測量精度普遍較低,但是如果采用雙擺站觀測模式,提高測繪次數,或者選擇高精度全站儀,計算方法采用嚴密平差,則可提高全站儀自由設站方法位移量測精度,即達到0. 5一1 mm,對于隧道的檢測要求即可滿足了。
8.觀測的周期和頻率
觀測的周期和頻率與工程的進展情況有關。在支護或洞室開挖15天內,一天之內應保證觀察1到2次;當掌子面到觀測斷面的距離不小于洞徑的2倍或支護或洞室開挖15天至30天時,每隔一天觀察1次;30天到90天時,一星期觀察1次;90天之后則是每月觀察2、3次。如果有特殊要求,則按要求進行。如果出現發事件,則應加強觀測。洞周收斂位移的監測周期依據位移速度確定,因為不同的基線以及測點位移速度不同,所以要以最大位移者來確定監測是周期。
9.建議和展望
隧道工程施工變形的監測,涉及到方方面面,有測量、巖土、地質、計算機、應用數學、光電技術以及通信技術等諸多領域,是一項十分龐大而又復雜的工程項目。論文通過對隧道工程施工過程中的位移測量法和其有關的數據處理技術進行了簡單的闡述,著重分析了施工控制網布設的相關問題。今后對隧道工程施工變形監測和控制應從如下幾個方面進行研究:一是集合多種技術的隧道工程施工變形自動化系統;二是隧道工程不同類型的監測資料合作處理的理論。
10.結束語
總而言之,作為當今覆蓋面較全、應用范圍較廣的建筑結構形式,控制網具有較強的承載能力,可以用于跨度大的地方。然而在實際操作中,這個度很難掌握,一不小心就有可能引發施工質量。因此,要想對隧道工程變形進行監測以及更好的控制,必須要在錨栓的安裝、網架桿件的制作等方面嚴格按照要求,領會施工中的每一個環節,如此才能保證施工的質量,發揮網架結構的特長,從而實現隧道工程變形進行監測及控制。
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