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【关键词】长步隧道;测量;控制
一、隧道洞内控制导线网的测量
(1)隧道洞内控制导线网测量的网形设计。洞内控制网由隧道进口洞外CPII网,加密网CPII1146、CPII2146、JM32135和隧道出口洞外的CPII网,加密网CPI0147、CPI0148、JM32126联系边引入。洞内外平面控制网以边连接进行联系测量。本隧道只有1042米,却处在圆曲线上,考虑通视条件设8对点(平均边长148.857米)的交叉导线网。平面和高程兼用,平面和高程均为四等三维控制网,以提高洞内测量的可靠性和精度。(2)导线网的外业数据采集。洞内控制导线网的精度要求。结合隧道施工情况,保证隧道的横向贯通精度,控制隧道洞内导线网测量精度等级及主要技术要求,即采用莱卡1201(1+1.5ppm)全站仪和基座棱镜来满足测量设备的规范要求。根据网形设计,导线点的敷设尽量充分利用洞内施工控制桩,若单独布点,要敷设在施工干扰小安全稳固、方便设站便于保存的地方。点间视线要距洞内设施1.5m以上,便于贯通复测后水沟及电缆沟槽的后续施工。导线网水平角观测采用全圆方向观测法,边长及高差采用对向观测法。(3)外业测量要求。导线测量前和施测期间要对仪器设备进行常规检校和经常性检校,施测时要注意对中整平通风和照明工作。联测洞外控制点(进口CPII1146出口JM32164需要分别后视CPII2146、JM32135和CPI0148、CPI0147)进行原洞外的控制点检测,当检测与原测成果较差满足限差要求时,方可使用。洞内导线测量的精度要不低于网形测量设计时确定的精度等级并要有安全可靠的防爆措施,必要时按其作业工班息工。洞内导线随着施工进度分期敷设时建立新一期导线前也一定要检测原有的前期敷设点且一定要做成闭合环。(4)导线网的内业数据处理及措施。洞内导线网外业观测采集的数据合格后要及时进行导线网的内业数据处理,以便及时指导隧道施工给其方向。
二、施工测量
洞内施工测量最好采用导线测量中线法进行,现在的仪器及计算器设备都先进了,一般的全站仪都具备了激光测距和激光指示标的功能,另外计算器也专门为该线路的线位参数建立了数据库,配合隧道放样程序,完全可以按照仪器激光采集的数据解算出其点是隧道那个部位,是否存在超欠挖,当然在其过程中也要注意下列规范要求:(1)采用导线测设中线点时由于导线网布设新点的周期性,而引起的施工面与导线点的步距拉长造成的不便即需要敷设临时的线位控制点,在做此工作时,一定要严格的按规范做方向观测法和对向观测法去测量水平角和边长高差,设置单导线方法操作,施工测量工作中,严禁其前视边长大于后视边长的1.2倍,或者找其附近两个目标点做自由观测的方向放样,在其迫不得已的情况下,要做自由测站,也必须具备三个以上的目标点,且找一个复核点来测。(2)每次钻爆前要在开挖断面上标示出隧道中心线,轨顶高程线和开挖断面轮廓线。(3)已开挖断面段落,要及时做好初衬的净空断面测量及时分析其超前挖数据为下一个循环的开挖做出小结,开挖断面的测量间距最好不要大于20cm。(4)仰拱断面测量时要从隧道中线向两侧边墙按0.5m的间隔测量,设计轨顶线至开挖仰拱底的高差。(5)衬砌测量:立模前一定要运用洞内控制点检测永久中线点或临时中线点位置及高程,其结果要小于原测成果5mm。检测合格后在立模范围内,放设不少于三个中线点及其横断面十字线方向同时在断面上标定出台车模板的拱顶,起拱线和边墙底的高程位置,这样做的目的是要控制其台车的垂直度及精确线路方向不按其台车前倾后仰和中线偏位,并且给其四电接口及其它设备的预埋提供其精确的埋设位置让其固定。立模后要做好复测检核工作,防止偶然性的错误发生。(6)隧道还没有二衬贯通前一定要按其设计文件及图纸设计要求和规范做好隧道的监控量测和数据分析工作,其目的的主要是为安全进尺提供及时有效的依据和开挖断面的预留沉降量做出建设性的指导依据。(7)隧道仰拱底板及二衬的沉降观测一定要按其规范来做,为其沉降评估提供真实完整的数据,其目的是为了下一道工序轨道底座板的辐设提供可靠的保障。(8)二衬净空断面的量测一定按其规范进行测量与分析后存档,其目的主要是为竣工资料做准备其次重要的一点根据分析数据看其台车模板是否有所变形。
参 考 文 献
关键词:隧道;坐标反算;程序;应用
Abstract: this paper analyzes the tunnel profile the contour line and plane curve geometric characteristics, focus on the plane curve of the straight line, circular curve and gentle curve, in view of the three curve, with CASIO fx-4800 calculators to write the corresponding coordinates calculate program, according to procedures calculated the mileage and partial distance, then and tunnel profile super owe dig program photograph union, can accurate tunnel and check the work setting. In the tunnel structure layout also check the other also can use this method.
Keywords: tunnel; Coordinates calculate; Program; application
中图分类号:U45文献标识码:A 文章编号:
随着我国科学技术的不断发展,测量软件业随之不断被开发,断面后处理软件和炮孔放样软件已经被广泛运用到隧道的测量当中,使用了这些测量软件,在很大程度上缩短了测量的时间,因此就提高了测量的效率,也就很大程度上提高的整个工程施工的效率,这些软件虽然有着其各自的优点,但在实际操作中,也有一定的缺陷,譬如在实际的隧道测量中,在很多情况下,这些软件满足不了施工的需要,而测量人员又对测量软件过分依赖。在这种情况下,新的合理的测量方法和测量软件的需求是刚性的。
通过分析隧道断面轮廓线和平纵曲线,应用CASIO fx-4800计算器编写出的相应的坐标反算程序,只需要依据所要测量的点所处的具体坐标反算其偏距和里程,就能放样出任意点的轮廓线,而且能对任意点进行超欠挖进行检查。可以讲此方法灵活运用到辅助坑道、立拱及综合洞室的开挖等工序的精确放样中。
分析隧道断面轮廓线
由圆弧和直线共同组成隧道轮廓线。在圆弧段,依据所测点的距离和坡度公式,就可以算出该距离的內轨顶面设计的标准高度,然后结合所测点偏移中线的距离,构造出直角三角形之后就可以算出超欠挖;在直线段,根据三角函数的关系也可以算出超欠挖。现以秦岭终南山隧道的辅助坑道作为实例进行说明,如图1所示。
图1秦岭终南山隧道辅助坑道开挖断面
2、平曲线分析
铁路是比较典型的线型工程,其沿途的地形地貌都不相同,机尾复杂,尤其是在海拔较高的山岭地区的隧道,在坐标投影时,长度可能发生较大程度上的变形,因此使得测距边长投影变形程度加大,想要满足高速铁路的测量要精度要求,采用国家坐标系是很难满足的,为了使得坐标反算的长度与测量长度的比值和一接近,必须建立设和工程的独立的坐标系。
独立的坐标系是由坐标原点、开始的位置及投影的高度确定的,原点坐标为任意(X,Y),对每个控制点进行坐标平移,平移之后为(X0,Y0),从而计算出Y轴的坐标,算成正确的投影变形,投影面的高度在进行放样时时非常重要的不可缺少的一部分,因此必须仔细测量计算。
2.1直线段
直线段相对来说比较简单,本文总结了三种在直线段计算里程和偏距的方法。
(1)建立隧道独立坐标系统,以隧道中线为X轴方向,正方向为里程增加方向;由X轴顺时针旋转九十度的方向为Y轴正向,然后建立坐标系,依据独立坐标系进行测设,其中,X轴为里程,Y轴为偏距。
以下将以秦岭终南山隧道斜井三岔口作为实例,介绍如何建立独立坐标系统建立的终南山隧道的平曲线图为图2所示。直线L表示斜井,到了A点变成了两口是L1和L2,在这时,同时向井底开挖,之前设计的坐标系为XOY,A点的坐标为A(X,Y),以同样的方法在直线L上也可以建立独立的坐标系,在图2中可以看出。
图2终南山隧道平曲线图
(2)进行行坐标系转换,依据以上的原理和方法,建立独立坐标系,可以通过初等数学的知识转换,将大坐标中坐标转换成独立坐标系中的坐标,在计算器里可以直接完成。和前种方法相比,此方法可以统一使用原来的打坐标系。通过公式
进行坐标转换,坐标转换如图3所示。
图3坐标系转换图
(3)进行几何计算,通过几何关系弓箭直角三角形,根据所测得的坐标就可以计算出里程和偏距,如图4所示。
图4构造直角三角形
2.2圆弧线段
在圆弧线上任选一点B作为起算的里程,运用坐标反算求出点B和测点A到圆心O之间的距离及方位角,通过公式OA-OB=a和半径计算出弧长L,C点的里程是时B点的里程和L的和,测点A到圆心之间的距离与圆曲线半径之差就是测点到中线之间的距离b,具体如图5所示。
图5曲线分析
2.3缓和曲线段
与直线和圆曲线相比,缓和曲线段上的坐标反算更为复杂,因此可以采取切线迭代法,该方法不断能满足精度的要求,而且可以迅速的依据所测点的坐标进行里程和偏距的反算。
现以桩坐标作为实例,对切线迭代法坐标反算里程的基本原理进行介绍,如图6所示,O表示曲线上已知桩号的任意点,P点表示曲线上待算桩号的点,以点P和起算点之间切线、起算点的距离以及点P到与切线的切线做成直角三角,形里程迭代增量用切线长来充当,再用所求点作为起算点继续迭代,直到起算点和点P的切线完全重合时,收敛迭代。在这时,切线的长度是零,角差也是零。如果把任意点当做曲线段上的中桩,迭代增加量则是同号的。
图6测点在缓和曲线中线上
不是中桩上的点,坐标反算里程的原理和前者相同,如图7所示。不同的是,在进行非中桩坐标反算里程时,有可能出现迭代的切线比此点所对应的曲线长度要长,这时,迭代点应该在其里程之后,而且两个方位角均为钝角,迭代增量呈现负增长,但计算的结果满足要求,不管是左偏曲线还是右偏曲线,都可以使用此种方法,由于计算公式自身所具有的优势,迭代的顺序不受限制,因此都可以满足要求。
图7测点不在缓和曲线中线上
纵曲线分析
依据曲线的要素和所测点的实际里程进行计算,就可以得出所测点坑底设计的标准高度,在通常情况下,纵曲线是一条直线,可以在变坡点处增加一段竖曲线,这样操作起来就比较简单,在计算上也相对容易,因此,本文在此只进行简单的了解,不做详细的分析说明。
4、结束语
虽然测量软件业随之不断被开发,断面后处理软件和炮孔放样软件已经被广泛运用到隧道的测量当中,使用了这些测量软件,在很大程度上缩短了测量的时间,因此就提高了测量的效率。而在实际的隧道测量中,在很多情况下,这些软件满足不了施工的需要,测量人员又对测量软件过分依赖。为了在一定程度上能解决此种问题,通过对纵曲线和平曲线的分析,用所测点的坐标,可以反算出里程和偏距,在结合对隧道断面特性的分析结果,就可以精确放样出隧道的轮廓线,能快速方便的检查出任意一点的超欠挖情况。经过更深一步的分析和研究,把里程和偏距进行对换位置,运用综合洞室轮廓线的性质和特点,就可以精确放样出综合洞室,这样对综合洞室进行放样的方法就完全被改变了,同时在一定程度上弥补了炮孔放样软件的一些缺点。除此之外,还可以根据此原理,结合其他结构的特性,在施工现场可以直接检查出工程中所要检查的一些施工的精度。
参考文献
[1]刘丹.缓和曲线精确计算的通用公式[J].广西交通科技.2001(2).
[2]王景海.用筒化牛顿法进行缓和曲线段坐标反算解算[J].铁路勘察.2009(1).
[3]李全信.线路测量中的正反算问题及应用[J].测绘通报.2006(2).
[4]张晓忠.缓和曲线上坐标与弧长的计算方法[J].中南公路工程.2005(1).
[5]孙孝军.公铁路线中边桩坐标计算通用程序[J].中国科技信息.007(12).
[6]石继训.关于隧道测量中坐标反算的分析及综合应用[J].隧道建设.2009(4).
[关键字]公路隧道 测量方法 步骤
[中图分类号] U459.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-4-186-2
0 前言
近几年来,随着国家实施积极的财政政策,公路投资不断加大,高速公路建设更是以前所未有的速度向前发展。测量工作作为一切工程的基础,有着极其重要的作用,特别是对于隧道工程,如何保证隧道的贯通误差最小,保证隧道不"穿袖",隧道超欠挖的控制,都与测量工作密不可分。本文以黄延(黄陵~延安)高速公路新窑沟隧道测量的实例,介绍公路隧道测量工作的一般方法和步骤。
1 工程简介
新窑沟隧道北口位于延安市枣园以南邓家沟内,单洞1997.4m/2座,设计采用分离式上、下行单向双洞断面,两洞轴线间距41~70m,单洞净宽9.75m,净高5.0m;洞门采用端墙式石砌洞门,行车道横断面采用单心割园形曲墙式结构,车行、人行横洞采用单心拱直墙式结构。
2 隧道控制网的建立
2.1 洞外控制网的建立
在现在施工过程中,一般施工单位都采用全站仪进行测量工作,隧道的起算基准点都由设计院提供的GPS点。施工单位只要在GPS点的基础上进行加密以便日后复测方便。加密后的选择应保证至少有两个以上的点能同时观测到洞口,为以后作进洞导线提供便利,其它加密点应尽量保证通视好,边长长,点数越少越好,以减少累计误差。对于洞外控制网,应每月观测一次,以检测点位是否有偏移,确保进洞导线的正确引入。在测量过程中,对边应加入气象改正和温度改正,若导线过长,还应进行高斯投影改正。对于隧道的高程控制,由于隧道一般都在山区,用水准仪测量费时费力,并且不一定达到规范要求,所以一般采用三角高程测量,由于现在用全站仪测量能够达到四等水准的要求,能够满足施工要求。
以下为新窑沟隧道洞外导线平面布置图及平方差结果(采用简差)。
其角度闭合差为10'';高程闭合差为1.94cm完全符合规范要求。
2.2 洞内导线网的建立
由于隧道工程是相向施工,不通视,其进洞导线只能内部附和,无法与另一边附和,所以对测量观测要求较高。通常进洞导线洞口应建立一三角网,以便日后互相检测点位是否有偏移。进洞导线布设时,主导线边长应在200m以上,临时导线点应在50~100m左右。在测量时,应该保证隧道通视良好,灰尘小,为提高测量精度,采用测回观测时至少要观测6测回,测回间观测应满足规范要求,各测回之间在观测前应重新对仪器进行对中整平,以减小仪器对中误差。
以下为新窑沟隧道洞内导线平面布置图。
通过以上控制,隧道横向贯通误差2㎝,高程贯通误差1㎝,完全达到规范要求。
3 线路坐标的计算
当控制网测设完毕后,就是如何把结构物在实地放出。在设计图中通常只给出线路中线的特征点里程坐标以及曲线要素,对于其它坐标需要计算。以下为:
3.1 对于直线段
3.2 对于圆曲线段
3.3 对于缓和曲线段
参考文献
[1]铁道部隧道工程局.大瑶山长大铁路隧道修建新技术,1987年.
Abstract: In the highway tunnel construction, real-time accurate measurement of the tunnel route not only can ensure path accuracy, but also can provide protection for the safety and quality of construction.
关键词:高速公路;隧道;测量;三维坐标;运用
Key words: expressway; tunnel; measurement; three-dimensional coordinates; use
中图分类号:[TU997]文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)12-0120-02
湖南炎汝高速隧道为一座上下行分离的四车道隧道,穿越罗霄山脉,最大埋深约445m,长2.8km。本段内为大半径圆曲线接短距直线的线性布置,隧道衬砌内轮廓采用半径5.5m的单心圆,紧急停车带内轮廓采用三心圆曲边墙结构。段内设人行横洞两处,车行横洞一处。
为了最大限度的减小控制测量对贯通误差的影响,我们在开工前于隧道进出口布设GPS点位,代替了传统的控制导线。并以四等水准的标准进行了进出口的水准联测,分析贯通误差,满足要求。
硬件方面我们配置了精密水准仪一套,徕卡免棱镜TS02全站仪一套,配合全站仪进行隧道断面测量的创华软件及外持掌中宝一套,收敛仪一套。
洞内的测量环境较为恶劣,导线点布设的位置及精确度直接影响着后续的测量准确性和测量的速度。因为隧道为双洞模式,我们选用左右洞各一条导线,在人行横洞和车行横洞处闭合成环的模式进行导线布设。通过每次的闭合平差,逐渐消除测量误差的影响,将我们的贯通误差控制在允许范围内。我们一般将导线点布置在电缆沟、消防沟远离行车道一侧的仰拱上,减轻施工机械行走的影响。导线网向洞内延伸的工作我们选择在黄昏时进行,抵消阳光差的影响。后视选用较长的导线边长,前视适当的缩短,将天气,温度,环境,读数等误差降至最低。导线点预计按100-300m的间距视情况成Z型布设,分阶段闭合,保证其精度。
同时为了施工的方便,我们在洞内布设了较多的临时导线点。临时导线点我们同样预埋在电缆沟和消防沟旁,呈左右两侧对称布置。在测量时我们可以选用后方交会的方式进行设站,极大地方便我们工作的开展。临时导线点一般50-80m布设一组,保证测量的需要,提高洞内恶劣环境下的测量速度和效率。
现在高速公路隧道的施工测量一般会配备价格昂贵但支持红外和激光免棱镜的全站仪。如何能使这套设备在我们测量人员手里发挥出更高的效率是我们必须要直面的问题。采用新奥法设计的隧道注重山体自身稳定,多采用复合衬砌,开挖后立即进行钢拱架和锚杆施工,布设钢筋网,随即进行喷射混凝土,构建出担负主动防护作用的初衬。实时对初衬后的围岩变化情况进行监控是隧道测量人员必须肩负的责任,保证围岩变化在允许范围内不仅仅是保证隧道的安全,同时也是我们调整施工模式和预留量的一项重要依据。
我们的采用双洞同时掘进,台阶式开挖,各项工序进行的很紧凑。上半断面开挖后立即进行初支,然后继续向前掘进,控制在10-30m范围内开挖仰拱,制作支护并完成回填,对初衬进行闭合。我们要根据现场围岩变化情况调整闭合段间距,尽量减轻围岩的变形。在其变化趋于稳定后,后续班组展开二衬的施工。首先在洞两侧浇注矮边墙(一般为40cm)以固定路面净空,在其强度满足要求后布设防水板,进行台车就位。台车就位时,下脚卡紧矮边墙边缘,根据台车高度,矮边墙高程及路面横坡控制结合段具体部位。测设出路线中线,再次用吊锤校正台车横向位置,然后用尺子量测各处模板同衬砌的间距,最终确认台车摆正后,进行下阶段的模筑混凝土阶段。
隧道有着较大的半径,支距法在这里基本上无法使用,且效率低下。我们的免棱镜全站仪和创华软件在这里发挥了极大的功效,大大节省了我们每次测量所占用的时间。这套软件需在使用前将隧道全部的数据输入计算机中的软件里,将PDA和计算机连接后完成数据的传输,即为其内业准备。在测量现场,我们使用外持PDA与全站仪连接,在设定好参数后直接由PDA控制全站仪的测量,测站后可以任意调用内储数据,完成中桩放样,断面检测,任意点超欠挖分析等作业。在数据采集完成后,再次将PDA和计算机连接,将数据传入软件中去,完成自动制图。我们尽量将每次的外业数据采集控制在开挖后的初期支护阶段中,保证了各项工序的衔接不致误工。
这套软件的机理为采用三维坐标法,反算测点距中线距离和距设计高差,构建直角三角形,完成实际半径和设计半径的比对,得出测点的超欠挖。因此,在架设测站时可以很随意的选取测量部位附近点而不需要居中线,而且可以一次测站测取多个断面,省去了重复架点的麻烦,大大提高了工作效率。根据这个机理,我们可以自己编写5800计算器的相关程序,完善PDA在紧急停车带横洞等部位的测量不足。
现场的开挖放样及初支放样预留量对以后的轮廓形成具有很大的影响,必须不断检测实时调整。在开挖放样时,因为掌子面的错落不同,我们选用超欠分析来进行,每个点都反算出其桩号,分别计算,减少误差的同时,提高我们测量的速度,省去了扯尺子放点的麻烦。隧道这个阶段的设计预留量为12cm,但由于围岩软弱,土质松软,每次初支后围岩都存在较大的变形。因此我们根据绘制出的断面图分析下沉速率,适当调大预留量,尽可能的去保证不侵限。
隧道进洞200余米为5级围岩,岩性为粉质粘土,岩体极破碎,节理裂隙极发育,围岩自稳能力差且含水丰富,易坍塌。刚进洞我们就遇到了初支后围岩超预计下沉,下降速率大。根据现场我们及时调整仰拱闭合跟进距离,避免了因为晚闭合导致的大量下沉。但随后的施工仍旧不理想,左右洞在内测同时出现了范围较大的偏压。我们放样出山体表面的中线,测得偏压段地形图,及时反馈给设计部门和业主,积极配合设计方进行变更方案比选。同时我们坚持固定频率的断面监测,分析下沉情况,及时和设计部门沟通研讨,最终确定了在上方山体较易失衡段的施工变更方案,同时调整了我们的施工方法,争取取得下阶段施工的顺利进行。现在隧道正处于换拱阶段,将下沉量较大的初支凿出,更换钢筋拱架,增设锚杆,保证隧道的二衬施做空间和支护的稳定性。我们的测量工作紧随换拱的步伐,通过多次分析下沉速率和下沉量,最终确认换拱的具体部位。在换拱完成后进行实时监测,将随后的变化保持在我们的可控范围内。
在围岩不稳区域,我们只有加大检测频率,不断分析调控,才能保证隧道施工的质量和安全。对于一些围岩急剧变化的区域,我们甚至将监测频率提升以小时计,提高安全警惕,及时做二次临时支护,避免塌方带来的伤亡等严重事故。
【关键词】隧道开挖 施工 测量放样
随着我国社会、经济的快速发展,我国的道路交通事业也进入了快速发展时期,公路建设工程与日俱增,因此传统的测量放样的方法已经难以满足长线路、构造物多、时间紧、测量施工质量高的要求。因此,就必须要有一种精度高、费用低、速度快、不受地形通视限制、布设随机灵活的控制测量方法,所以结合隧道工程施工中测量放样对于整个工程的重要性出发,及笔者自身多年的施工经验,就隧道工程施工中测量放样需要注意的方面及问题提出了笔者自身的一些观点,且对这一过程中所存在的相关难点及成果检验提出了一些问题解决的方法和思路。
1 关于隧道工程施工测量放样的现状分析
我国社会、经济及科学技术的不断发展促进了我国隧道工程施工技术的发展,同时广泛的应用了全站仪设备及其编程计算器。此外,为了进一步提升隧道工程施工质量,就要求我们对隧道施工放样的方法进行深入的研究,从而达到隧道施工坐标方法最有效应用的目的。为了保证隧道施工各个环节的安全、稳定、有序进行,通过将隧道施工坐标法和地面曲线计算方法有机的结合起来,可以明显的提升施工质量及简化相关工作环节。可以实现降低技术人员的工作中遇到的困难程度,还可以有效的提高测量的精确度,对于缩短隧道工程施工工期及提高隧道工程的综合效益都有着重要的促进意义。
1.1 有效控制竣工图测绘工作
针对某些较长的隧道需要我们对其进行特殊对待,这些较长的隧道所经过的地区同样也是较多的,特别是在有些地形非常复杂的区域,隧道施工的复杂程度更高。在前期勘测、设计的过程中往往会通过对隧道测量工作的有效策划来实现隧道工程的安全、稳定、有序的进行。通常我们讲隧道的测量工作分为两个环节,一是初测;二是定测。初测环节中必须要对特定隧道的三个环节进行有效控制,分别是地形测量、纵断面测量、控制测量三个环节。要深入研究地质填土及其隧道的相关环节,确定点位参数及健全地形图。因此,我们要有效布设控制点,从而保证其每个测量环节的安全、稳定、有序进行。与此同时,我们还要讲隧道控制测量环节与路线控制测量环节有机的结合在一起。
1.2 隧道施工测量的重点难点
隧道施工测量的重点难点是设计中对轴线方向的有效测量,为了实现隧道工程各个环节的安全、稳定、有序进行,需要有效界定相对开挖面。因此,就要求我们需要在前期做好隧道贯通环节的相关准备工作,以此来保证中心环节的安全、稳定、有序进行。将往返观测法应用到隧道施工中,可以对隧道相关施工数据及信息进行计算以保证测量工作的质量。由于在隧道施工中现场周边环境的影响而不能顺利的开展相关的测量工作,因此要求我们规范相关的施工方法,以保证整个施工工程的安全、稳定、有序进行。
因此我们有必要提高隧道施工前的测量精确度,以保证相向可同时进行开挖。隧道贯通过程中的各个环节的安全、稳定、有序进行,可以有效使工程高程误差下降。基于上述原因在进行施工测量工作的同时还应当明确以下关键环节。有效布设在相关附近隧道工程的范围之内控制的网,可以有效保证控制测量环节的进行,对基准点精确、无误设置规范其基准方向。依据相关工程施工图纸,对隧道进行针对性的详细设计,以满足相关要求。最后还要确保修筑过程和开挖过程的安全、稳定、有序进行,以便提升测量工作的优化程度。
2 隧道工程测量放样控制工作的必要性
放样工作是隧道工程施工中最主要的一项工作。在进行放样时测量人员将图纸设计的相关要求在实地标定好。提高隧道工程定位放样的准确度,对于确保整个工程质量有着非常重要的意义。在隧道工程施工中测量与放样之间的关系密切,互为补充。
3 测量放样的具体施工方法
3.1 测量
具体做法是:第一步,依据测量员自身的身高以及立镜地点周边的地形,依次调整好三脚架架腿的长短,先将全站仪中心与立镜点大致对准,保证三脚架上平面的处于水平。然后将三脚架的三条腿固定好,最后在进行微调整。第二步,根据三脚架本身架腿的长度、对中镜中的点位置、圆气泡位置、三个角螺旋之间的关系来进行综合考虑调整。方法简单易懂,灵活应用,任意组合,便可达到相应要求。第三步,圆气泡调好之后,假如中立镜点离中心不太远,可以旋松三角架上固定全站仪的螺栓,挪动全站仪对中。
3.2 放样
精确性是对隧道工程施工中放样的最主要的要求之一。因为放样是否精确将会直接影响到整个工程的等级、程序、运行条件、施工方法、使用年限。由于攻宠中的细小部位其材料的不同,放样精确度肯定也会有很大的不同。在隧道工程测量中,第一种放样精度为主轴线,也称之为绝对精确度;第二种放样精度为细部的和辅助轴线,也称之为相对精度。
4 遵循原则
4.1 先确定喷头位置,后确定管道位置
对于任何一个独立的喷灌区域的话都要做到先喷头后管道。在进行管道定位之前,要认真仔细的检查喷头定位的结果,包括喷头间距和数量。当遇到图纸设计与实际情况相异时就要及时调整喷头间距及数量,标准应参照施工当地在喷灌季节时期的平均风速计喷头设计射程。
4.2 整体到局部
与地形测量时一样,都要必须遵守从整体再到局部的基本原则。在放样前要对放样区域地形进行了解及实地的现场踏勘,实地了解图纸设计与施工现场的差别。然后确定放样的控制点,初步确定采用何种放样方法,将放样时所用到的仪器及工具准备妥当。假如需要将某些地物点当成控制点的时候,需要检查这些控制点在图上的具置是否与实际位置相吻合。如果出现不相符的情况,应及时进行修正。
4.3 尊重客观实际
尊重客观实际是隧道工程施工必须遵守的原则。在任何的实际施工过程中肯定会存在一定的随意性,加之工程的季节性,往往会出现施工现场解决图纸设计与施工现实地形不相符的矛盾,因此在施工区内的隐蔽工程非常多,对于资料不全的,还需要在施工放样现场或者施工过程中针对个别喷头和管线进行现场微调。所以就造成了隧道工程施工中的每个阶段都是不完全相同的,因此施工放样要严格按照工程的相关实际情况进行,由此来确保放样的精确度。
4.4 尊重设计意图
施工放样首先应该尊重设计意图,详细、全面、严格的按照设计要求进行施工放样。在进行技术交底时,还要向相关人员细致的讲清楚工程所选用设备的相关特点和性能、喷灌系统的特点,及在施工过程中应当注意的相关问题,便于施工人员在进行施工放样前对喷灌系统可以全面的了解。
4.5 确定顺序
在喷头要进行定位之前还需要做到按照点、线、面的先后顺序进行。点的位置中,要先将边界上拐点的喷头位置确定好,然后在将拐点之间的喷头位置进行逐一确定,最后将喷灌区域内部边界之外的喷头位置确定。按照上述顺序进行喷头的定位,对于及时发现图纸设计与现场情况不符的问题很有帮助,有利于将放样误差消化和控制。
5 关于放样方法的具体应用
在隧道工程实际施工的过程中,坐标法实现了点在线路上的位置关系,它是有点位的里程来表示的。为了后续工程施工环节的安全、稳定、有序进行,在计算的时候就要选取有效的基本桩距,对内部曲线进行有效计算。当对桩距进行地面测量的时候,要根据路线的地形条件或者等级来先期规定好。
曲线弦线长度的有效计算是确保桩距选取环节的安全、稳定、有序进行的前提条件,圆曲线的弦线长度是由圆曲线弦线长度的有效计算来实现计算结果的准确性。在计算过程中我们要保证每个圆弧等份的弧长与弦线长度之间等长,便于测量放样过程的有序进行。在此过程中我们还可以采用循环的方法对弦线长度进行计算,也可以算得圆曲线和弦线长度的等分份数。通过对中线逐桩坐标的有效应用实现对计算方法的有效规划。
6 结语
我国的基础经济建设中隧道工程系统是重要组成部分之一,为了实现整体质量水平的提升我们要进行隧道施工内部系统各个环节的协调,这离不开对施工过程中测量放样方法的应用。
参考文献:
[l]刘兰利.坐标法隧道开挖轮廓放样在厦门云顶隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术,2004(1):95-98.
[2] 刘云巧.一种用于隧道开挖精确放样的算法[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2009(1):1.
关键词:铁路隧道;控制测量;GPS测量;高程测量
中图分类号:P228 文献标识码: A
铁路是典型的线状工程,由于在坐标投影的过程中,长度发生了很大变形,采用国家坐标系很难满足高速铁路测量10mm/km的精度要求, 导致隧道相向开挖存在贯通误差,直接影响隧道的准确贯通。为了保证隧道与线路线位的一致性,保证隧道施工测量精度,就必须建立适合工程需要的独立坐标系,以满足工程的精度要求,以兰合铁路隧道独立控制网建立为例, 通过建立隧道独立施工平面坐标系、高程系的方法进行数据处理,获得隧道独立控制网平面、高程控制点的成果。通过建立隧道施工独立控制网来指导特长隧道快速、准确开挖,同时控制特长隧道贯通误差,保证隧道准确贯通,保障隧道施工建设质量。
1 工程概况
新建兰合铁路正线全长179.238km,其中新建隧道45座,总长65.482公里,3公里以上长隧道共6座,分别是盐锅峡隧道长11405米;考勒隧道长4630米,黄家岭隧道长5881米,香钦多隧道长4396米,夏河隧道长3560米,塘山一号隧道长3641米。根据规范及施工要求,对以上隧道应建立独立的施工控制网。
2 测量人员组织及仪器保障
2.1 测量人员
组织具有多年隧道测量经验的测量工程师负责测量工作,一般测量工作由具有测量资质的技术人员完成;建立和完善测量工作规章制度和复核流程,测量技术人员对测量资料进行整理归档。
2.2 测量仪器
根据测量要求,配置一定数量、精度高、技术性能稳定的仪器。仪器在进场前必须检定合格方可使用;在测量过程中如发现仪器出现异常情况,须经检定后可再次投入使用;测量仪器指定专人管理,定期进行检定校核。
测量仪器配置表2.1
3洞外控制网测量方案
3.1测点埋设及要求
洞外独立控制网,根据铁路测量规范,按GPS二等加密点埋设,如下图所示:
标石断面图
4洞外控制网测量
4.1洞外平面控制测量
平面控制网测量采用GPS静态测量模式,GPS接收机的标称精度指标符合±(5mm+1ppm×D)。隧道洞外GPS平面控制测量等级应符合表4.1.1的要求。
平面控制测量设计要求表4.1.1
4.1.1 GPS洞外控制网布设
洞外平面控制网原则上沿隧道进出口连线方向布设,控制线路中线左右200米范围布设,平面控制网由洞口子控制网和洞口子网间的联系网组成,同时考虑GPS观测对控制点的要求。
根据现场实际踏勘,隧道进出口GPS点由两个大地四边形网形构成,若隧道超长,中间有斜井,应在斜井口布设不少两个控制点;网形图如下图所示:
4.1.2选点和埋石
控制点考虑满足GPS观测的要求,又要考虑适合隧道控制测量对控制点的要求。应在隧道山脊处埋设一个JM005,用于往洞内投点。每个加密点两两之间相互通视,且距离大于500米作为方向线。
每个隧道共布设8个GPS点,保证每个洞口有两个洞口投点,每个洞口投点有两个后视方向,联测精测网CPI和CPII点4个。
4.1.3 GPS平面控制网施测
隧道GPS平面控制网与CPI进行联测,采用边联结方式构网,形成由三角形或大地四边形组成的带状网,并与CPI联测构成附合网。
(1)GPS控制网采用天宝双频GPS R8接收机,静态作业模式作业,按表4.1.3中施测。GPS点按C级施测,各等级使用的GPS仪器精度应满足表4.1.2的要求
GPS测量的精度指标 表4.1.2
(2)全部仪器、光学对中基座生产作业前都必须按要求进行检校合格且应在有效检定期内才能投入使用。所有仪器在观测前统一进行设置:数据采样间隔15秒,设置高度角为15度。
(3)观测前,应做好星历预报,避开不利于观测的时间段。
(4) 观测时,天线整平对中误差不得大于1mm,每时段观测前后各量取天线高一次,两次互差小于3mm,并取其平均值作为最后结果。双时段观测时第二时段必须重新整置对中仪器,重新量取天线高度。
(5)观测过程中按规定填写观测手簿。对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者均应详细记录。
观测应按设计控制网网形进行,洞口子网和联系网可统一观测,每条基线应观测2个时段,时段长度应大于90分钟。GPS观测应选择卫星数目多、卫星升降少、GDOP值较小且稳定的观测窗口施测,观测符合表4.1.3要求。
表4.1.3 GPS测量作业技术要求表
4.1.4数据处理
以同步观测区为单位进行独立基线解算和质量检核。以无约束平差确定有效观测量为基础,进行三维无约束平差和二维约束平差。
基线解算采用徕卡公司的“ Leica Geo Office Combined”软件进行解算,解算结果应满足软件规定的指标要求,基线观测值均应按规范的要求进行重复基线检核和异步环闭合差检核。
GPS外业观测后应对观测数据进行计算;检核观测成果的质量,应用基线处理软件进行基线解算,基线向量的质量应满足下列规定。
(1)由独立基线构成的异步环各坐标分量及全长闭合差应满足以下各式的要求:
式中: 、 、――坐标分量闭合差;
――环的全长闭合差;
n――闭合环的边数;
――标准差,=,其中取5mm,取1ppm,d按环平均边长计算。
当闭合环中长、短边的长度相差较大时,宜按边长和等级规定的精度计算每条边的,并按误差传播定律计算环闭合差的限差。
(2)重复观测的基线较差()应满足下式要求:
式中:――标准差,d按基线长度计算。
根据隧道洞口子网和子网间联系网的不同特点,洞口子网基线构成的异步环三维闭合差限差应小于20mm;子网间的联系网基线构成的异步环相对闭合差应符合表4.1.4要求:
表4.1.4异步环相对闭合差限差 限差单位:ppm
(3)采用武汉大学科傻CosaGPS V5.21软件进行平差计算。
无约束平差中基线向量各分量的改正数绝对值应满足下面要求;
VΔX≤3σ VΔY≤3σ VΔZ≤3σ
整网约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线向量改正数较差应符合下列规定:
d vΔx≤2
d vΔy≤2
d vΔz≤2
约束平差后平面控制网的主要技术指标应符合表4.1.6的规定。
表4.1.6 二等GPS控制网测量的主要技术要求
注:当基线长度短于500m时,边长中误差应小于5mm。
根据约束平差后的控制点成果估计洞外控制测量和洞内导线测量对各开挖洞口间横向贯通误差的影响值进行估算,分别分析精测网施工坐标系和隧道工程独立坐标系成果对隧道贯通误差的影响,以决定最终成果的使用,并根据客观情况对洞内测量要求提出建议。
4.2 洞外高程控制测量
4.2.1洞外高程控制网布设
高程控制网布设应根据实地交通状况和1:2000地形图按隧道进出口位置布设。在布网过程中,应首先按地图交通路线进行实地踏勘,然后选择最优路线进行测量。
4.2.2选点和埋石
每个洞口设置3个水准点,选择在洞口附近土质坚实、通视良好、施测便利、高程适宜和便于保存之处;三个洞口水准点中的两个设置在洞口附近,两点之间距离按安置一次仪器能进行观测为原则,另一个设置在更为安全的区域,便于复核联测,联测隧道范围内所有的二等水准控制点。洞口水准点标石埋设规格同平面点相同。
4.2.3水准测量观测
4.2.3.1 仪器的选用
高程控制网执行《国家一、二等水准测量规范》(GB/T12898-2009)中的二等技术要求。测量拟采用Leica DNA03等电子水准仪,仪器类型为DS05。水准尺为配套铟瓦水准标尺。采用重量5kg的尺垫。测量前对水准仪进行检定,检定合格后方可用于测量工作。开始一周内,应每天检校角,若角较为稳定时,以后每隔15天检校一次。
4.2.3.2 观测技术要求
1、 基本要求
(1)水准测量采用往返观测,同一路线的往返测,采用同一类型的仪器和尺垫,沿同一道路进行。
(2)同一测段往返观测应分别在上午和下午进行,在日间气温变化不大的阴天和观测条件较好时,若干里程的往返测可同在上午或下午进行,但这种里程的总站数不应超过该区段总站数的30%。
(3)水准测量应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行,在日出后与日落前30分钟内、标尺分划线的影像跳动而难于照准时、气温突变时等不应进行观测。
(4)每一测段的往测与返测,其测站数均应为偶数。由往测转向返测时,两支标尺须互换位置,并应重新整置仪器;
(5)在连续各测站上安置水准仪的三脚架时,应使其中两脚与水准路线的方向平行,而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧;
(6)观测间歇时,最好在水准点上结束。否则应设置2个固定点,作为间歇点。间歇后,应对间歇点进行检测,符合限差要求即可由此起测。
2、 观测方法
观测时往返奇数站按后-前-前-后,偶数站按前-后-后-前的顺序进行,每一测段结束应为偶数站。
3、观测限差
水准测量观测限差应满足表4.2.1、4.2.2规定。
水准观测的主要技术要求 表4.2.1
水准测量观测的主要技术要求 表4.2.2
表中:R为测段长度,L为附合线路长度,F为环线长度。
4.2.4外业数据整理与成果计算
4.2.4.1 外业记录整理
a.外业计算取位按下列要求执行:
外业计算取位表
b. 外业记录原始数据及时存档并用外接存贮设备进行备份。
c. 外业记录数据要及时处理,并对观测数据进行检查确认。
d. 每测段水准测量结束,应进行往返测高差不符值计算,往返测高差较差应≤4(K为测段长度,以公里计)。以往返测高差平均值作为高差观测成果。
4.2.4.2 外业记录整理
水准数据处理采用电子水准仪自带软件将原始数据处理为高差距离文件,水准网平差采用武汉大学的“科傻地面控制网测量数据处理系统”(COSAWIN)进行严密平差。
a.外业手簿的计算;
b.外业高差和概略高程表的编算;
c.每公里水准测量偶然中误差M的计算:
水准测量结束后,用各段高差往返测较差计算出每公里水准测量高差中数的偶然中误差M,M的值应小于±1mm,M按下式计算:
Δ―― 测段往返测高差较差,mm
R ―― 测段长度,km
5 上交资料
(1) GPS控制网原始观测数据及工程项目;
(2) 水准观测原始数据和水准成果计算表;
(3) GPS 控制点、高程控制点的成果表
(4)控埋点提交点之记和环境照片。
(5) GPS控制网独立环、重复基线检验报告以及控制网平差报告;
(6) 高程控制网平差报告;
(7) 项目技术总结;
(8) 仪器鉴定证书及测绘单位资质证书;
(9) 上述文件内容的磁盘文件。
参考文献:
(1)《新建铁路工程测量规范》(TB10101-2009);
(2)《国家一、二等水准测量规范》(GB/T 12897-2006);
(3)《工程测量规范》(GB 50026-2007);
(4)《精密工程测量规范》(GB/T 15314-1994);
[关键字]隧道 监控 量测技术 研究
[中图分类号] U45 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-5-192-2
1 监控量测的内容
1.1隧道监控量测的编制依据
中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》(JTJD70-2004);中华人民共和国行业标准《公路隧道施工技术规范》(JTGF60—2009);中华人民共和国行业标准《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98);中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》(JTGB01—2003);中华人民共和国行业标准《公路工程抗震设计规范》(JTJ004—89);中华人民共和国国家标准《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086—2001);中华人民共和国国家标准《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004);中华人民共和国国家标准《工程测量规范》(GB50026-2007)。
1.2监控量测项目
(1)观察地质及支护状态,包括掌握隧道实际围岩状态、分析隧道掌子面的稳定状态、预测前方隧道围岩情况、评价初期支护的稳定性。(2)量测周边收敛与拱顶下沉情况,包括为隧道支护结构稳定性分析提供依据、为二次衬砌浇筑选择最佳时机;为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。(3)量测地表下沉情况,包括判断隧道开挖对洞口边仰坡、浅埋地面是否产生显著影响,分析该影响的范围、程度及其与隧道施工的时空关系。
2 隧道监控量测的方法及成果分析
2.1地质及支护状态观察
2.1.1量测方法。掌子面地质观察采用目测配合数码相机进行观测,及时绘制掌子面地质素描,记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征,断层、破碎带等不良地质特征,同时记录地下水的水量、分布、压力、类型等特征,填写掌子面地质观察记录;初期支护状态采用目测观察为主,对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象,用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。
2.1.2成果分析与信息反馈
(1)通过掌子面地质观察,分析围岩稳定状态,评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害的可能性,出现异常情况,第一时间通报施工单位,及时指导施工,并将异常情况、相关建议汇报业主和监理等相关部门;(2)对初期支护出现的异常情况,分析出现异常情况的原因,根据具体原因、问题的严重性向业主、监理和承包商汇报,并提出处理建议;(3)针对初期支护异常情况,开展跟踪监测,绘制空间分布图和时间发展曲线,预测发展趋势,及时预警。
2.2隧道周边收敛监测
2.2.1量测方法。采用数显收敛计进行洞内收敛量测;对于大变形、塌方等危险区域,必要时采用隧道位移实时监测系统进行实时监测。
2.2.2成果分析与反馈。(1)每次观测后现场计算位移发展增量,出现异常情况,重新测量排除操作失误后立即报告相关部门。(2)每次测回数据交数据处理员输入计算机,进行位移增量、位移发展速率的计算,绘制位移—时间曲线和位移发展速率—时间曲线,并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。(3)根据分析结果,判断隧道变形管理等级,出现非正常情况,立即向相关部门报告。(4)当隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降,隧洞周边水平收敛速度小于0.2mm/d,拱顶垂直位移速度小于0.1mm/d,隧洞位移相对值已达到总相对位移量的90%以上时,向有关部门报送二次衬砌施工报告。
2.3拱顶下沉监测
2.3.1量测方法。在进行拱顶下沉量量测时,对隧道拱顶的实际位移值进行量测,是相对于不动点的绝对位移,其必须与设计拱顶标高进行比较。
2.3.2成果分析和信息反馈。(1)每次观测后现场计算位移发展增量,出现异常情况,重新测量排除操作失误后立即报告相关部门;(2)每次测回数据交数据处理员输入计算机,进行位移增量、位移发展速率的计算,绘制位移~时间曲线和位移发展速率~时间曲线,并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。
2.4地表下沉监测
2.4.1量测方法。在隧道浅埋地段和施工过程中可能产生地表塌陷之处埋设沉降观测点,并在预计下沉断面以外4倍洞径处设水准基点,作为各测点高程测量的基准,从而计算出各测点的下沉量在选定的监测区域内,设测量方便牢固可靠的测点,在深30cm的土坑内打入50cm长的20钢筋,外露45cm并用混凝土填实,按顺序编号并做好标识便于寻找进行测量时,用精密水准仪监测测点的绝对下沉量。
2.4.2成果分析与反馈。(1)基准点不要选择隧道经过的山体上,要保证基准点的稳固。(2)基准的高度要选择好,可以使用水准仪一镜可以测量全部的沉降观测点,不要频繁的转站。(3)测量顺序应先读后视读数,然后依次观测各沉降点,每个点读一次数,再读后视读数(必要时应动一下水平仪的位置),如此往复3次,成果取平均值。应该将高程数据引测到基准点上,可以对隧道埋深情况进行了解。
3 隧道监控量测数据处理及分析
3.1隧道量测数据的分析方法
回归分析是目前量测数据数学处理的主要方法,是对一系列具有内在规律的量测数据进行处理,通过处理与计算找到两个变量之间的函数式关系,从而获得能较准确反映实际情况的U-t曲线图,然后可以预测围岩的最终位移值和各阶段的位移速率[3~4]。
3.2量测数据处理工程实例
3.2.1量测基本情况
3.2.2监控量测数据与分析
(1)周边收敛数据及分析
隧道周边收敛的数据采集采用数显收敛计进行洞内收敛量测,由于本文篇幅有限,仅以K26+140断面量测的数据为例进行分析,见表2。
(2)拱顶下沉数据及分析
对于拱顶下沉量测采用精密水准仪、水准尺、钢卷尺进行测量,精度为0.1mm;对于大变形、塌方等危险区域,必要时采用隧道位移实时监测系统进行实时监测。根据表3数据可知,K26+140断面的平均下沉速率均小于0.30mm/d,且该测试项目位移速率明显收敛,根据规范要求,可得出该各断面拱顶已处于稳定状态。通过图1分析可知,随着时间的增大,断面拱顶下沉值逐渐趋于稳定,实测K26+140断面拱顶累计下沉量终值为9mm。
3.3结论
(1)通过本阶段对洞内收敛及拱顶下沉监测结果分析,收敛值及沉降值比较稳定,未出现数值突然增大的现象。(2)本阶段对观音山隧道掌子面地质情况、初期支护、地表边坡进行了观察,未出现开裂及塌方情况。
Abstract: In order to ensure the construction safety, construction quality and long-term stability of structure of the tunnel project, combined with the construction condition of a tunnel construction of Xiangtang-Putian Railway, this paper expounds the monitoring and measurement of V-type surrounding rock by three-step and seven-step excavation method in construction phase to provide important scientific basis for the second lining construction.
关键词: 隧道工程;监控量测;数据分析、处理、反馈;预警值
Key words: tunnel project;monitoring and measurement;data analysis, processing and feedback;warning value
1 监控量测目的
把量测结果反映到设计施工中的目的,首先是确认施工的安全性,其次是提高工程的经济性。现场监控量测是新奥法施工的三大要素之一,是复合式衬砌设计、施工的核心技术。通过施工现场监控量测监视围岩变化,掌握支护结构在施工过程的力学状态和稳定程度,确保施工安全。为确定二次衬砌和仰拱施作时机,了解和掌握围岩变化规律,评价和修改支护参数及施工方法。为最终稳定时间等提供信息依据,并为以后设计、施工积累资料。因本隧道开挖断面大,必须加强围岩及支护的施工监控量测工作,并贯穿于施工全过程。其目的是:
1.1 提供监控设计的依据和信息。掌握围岩力学形态的变化和规律,掌握支护的工作状态。
1.2 指导施工,预报险情。作出工程预报,确立施工对策,做到监视险情、安全施工。
1.3 通过回归分析,确定围岩变形收敛的准确时间和最大变形量,为隧道二次衬砌的施工时间提供一个科学依据。
2 监控量测人员及设备配备
根据股司工(2011)103号《关于加强隧道工程监控量测管理工作的通知》及股司工(2011)110号《关于隧道施工组织管理的强制性规定》相关规定配备人员及设备。
2.1 由向莆铁路项目经理部组建专门监控量测队,负责洋门隧道、梨壁山隧道、南洋隧道及南洋二号隧道施工的监控量测。
2.2 监控量测队在项目总工程师的领导下开展工作,不得从事与监控量测无关的其它工作。
2.3 根据项目规模,设置监控量测队长1名,下设2个监测小组(洋门隧道和梨壁山隧道为第1小组,人员配置3人;南洋隧道和南洋二号隧道为第2小组,人员配置3人),每个监测小组至少一名具有测量工证书的专业量测人员。
2.4 监控量测小组配备精密水准仪、全站仪、收敛计、高空作业车等监控量测作业所需设备。
3 监控量测工作内容及量测方法
3.1 监控量测的工作内容
①监控量测项目包括必测项目与选测项目。必测项目有:拱顶下沉、净空变化、地表沉降(隧道浅埋段);选测项目为:围岩压力、围岩位移、钢架内力、锚杆轴力等,本标段。
②拱顶下沉、净空变化测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设,并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。拱顶下沉测点与净空变化测点应布置在同一断面,净空变化测点每个断面至少布置2对。量测断面间距III级围岩为30-50m、IV级围岩不得大于10m、V级围岩不得大于5m。
③隧道浅埋段地表沉降测点应在隧道开挖前布设,地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。地表沉降测点纵向间距为5-50m,根据隧道埋深与开挖宽度进行确定;地表沉降测点横向间距为2-5m,在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线两侧量测范围不应小于隧道埋深与隧道开挖宽度之和。
④对于选测项目,监控量测断面与测点按照设计与业主要求进行布置。
⑤监控量测测点的测试频率应根据围岩和支护的位移速率及测点距开挖面的距离确定,并应符合《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121―2007)的要求。
⑥洞内监控量测点测点的加工与埋设。
洞内观测点,统一采用40cm长Φ22螺纹钢,在端头处焊接三角形挂钩,便于准确测量。样式如图1。
拱顶下沉量测及净空变化量测的测线布置示意图(全断面开挖、上下台阶开挖、三台阶七步开挖及双侧壁开挖)如图2。
3.2 监控量测方法 重点阐述拱顶下沉和净空变化的量测方法:
3.2.1 水准仪测拱顶下沉。在地表稳定处设一固定点并引入高程,即采用可水准仪(挂钢尺)或全站仪进行拱顶下沉的观测,本隧道采用水准仪(挂钢尺)进行拱顶下沉观测。
关键词:监控量测 施工 应用
1 工程概况
翠华山隧道是西康二线重点控制性工程,位于西安市长安区,起讫里程为D1K65+807~D1K77+078,全长11271米。翠华山隧道介于既有线K64+300~K67+700之间。隧道进口段在D1K66+298处下穿既有西康线小峪隧道,(交叉点在既有线隧道内的里程为K64+910),隧道中线与既有小峪隧道中心线夹角为29°23?蒺28”,新建隧道与既有隧道间岩层净距约8m(详见平面关系图和断面示意图)。
既有线小峪隧道K64+710~+780段位于半径R=800m曲线上,隧道净宽5.5m,左边墙离左边钢轨1.8m,右边墙离右边钢轨2.14米。(见下图)
新建秦岭翠华山隧道下穿既有线小峪隧道段围岩为Ⅲ级围岩,离既有隧道岩层净距离较短(约8米)。新建隧道下穿既有线隧道交叉段长度为26.1米,新建隧道下穿既有线隧道施工时,围岩受运营列车振动影响,造成洞身开挖后围岩的稳定性较差,为确保隧道施工安全;新建隧道在下穿既有线隧道施工过程中,采取围岩监控量测,以精确掌握既有隧道沉降,确保既有线路运营安全。
2 监控量测应用
新建隧道临近既有隧道施工,为保证新建隧道及既有隧道安全必须严格按照设计及有关要求对新建和既有隧道做好监控量测工作,以指导施工,及时排除隧道安全隐患。
2.1 围岩监控量测流程
2.2 测点布置和量测方法
2.2.1 既有隧道监控量测
既有小峪隧道K64+710~K64+780上跨新建隧道段每10米边墙设1对净空收敛量测点及在隧底左右两侧各设一个隧底沉降监控量测点(局部必要时进行加密)。
2.2.2 新建隧道监控量测点
净空收敛量测断面间距根据围岩类别、埋置深度等具体情况,结合规范要求确定, 5m设一个量测断面。每个断面设两条测量基线,其点位布设见图2.2。拱顶下沉量测与净空收敛量测在同一断面内进行,测点设于拱顶中部。(见图2.2)
2.2.3 监控量测方法
①净空收敛量
净空变化测线在横断面上,以水平基线量测为主。斜基线量测作为辅助测试手段,量测方法按下列程序:
a装设测点,测点可用自制专用接头钢筋埋入砼中,保证牢固,并在施工时保护,防止损坏。
b初始观测值量测:在测试点安装完成后,在最短时间内完成第一次测试;测试时,收敛仪与测点连接好,拧紧钢尺,压紧螺帽并记下钢尺孔位读数,旋紧螺旋加力至某一刻度,记下百分表读数,然后将旋松螺旋,再旋紧至同一刻度复测3次,取其平均值作为初始观测值。
c日常监测:隧道施工过程中,按规范要求的频率进行日常监测工作,及时收集围岩变形信息,指导隧道施工。
②既有隧道隧底沉降及新建隧道拱顶下沉量测
既有隧道隧底沉降、新建隧道拱顶下沉量测与相应的净空收敛量测在同一断面内进行,新建隧道拱顶下沉量测测点一般设于拱顶中部,用水准仪测定其下沉量。当地质条件复杂、下沉量较大或存在较大偏差时,还可在拱腰和基底布设测点,作为辅助控制量测。拱顶下沉量测方法见图4.3。
③监控量测频率
既有线隧道及新建隧道在开挖爆破后必须进行监控量测,当无爆破作业时监测频率至少1 次/1天。
2.3 数据分析与反馈
2.3.1 监测数据的处理
现场监控量测所得数据,及时进行分析计算,绘制出净空收敛、拱顶下沉、隧底沉降时态曲线及与开挖面距离之间的关系图,判断变形趋势,与控制预警值的比较,判断、评价结构的安全性。对于超过安全预警值的,及时采取措施,修正施工参数和优化设计。
2.3.2 信息反馈
将上述计算分析结果及时反馈于与施工有关部门,指导施工。信息反馈程序见图4.4。对于监测中总结形成的成果,要向监理及设计单位提交书面成果报告和技术总结。
2.3.3 根据反馈信息所采取的措施
量测结果作为确定施工方案的依据,对隧道的正常施工和日常管理工作具有重要意义。施工中除了根据所反馈的信息修正施工方案和支护参数外,还对制定施工现场管理计划有关。工地施工管理等级参照表。
2.3.4 既有隧道监控量测处理
既有隧道净空变化0.2mm以上及隧底下沉2mm以上时立即采取临时钢架加固。
3 总结
由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性,对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。通过量测,及时对新建隧道及既有隧道围岩失稳趋势的区段提供了预报,为现场施工及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量测发现隧道开挖及初期支护后围岩基本上稳定,于是建议及时施作二次衬砌。同时由于监控措施得当,及时的指导施工,从而保证了隧道施工的安全、经济,收到了良好的效果。但由于监控量测工作是一项具体而又复杂的工作,在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论,因此,对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好以下几点:
①监控量测内容的选择,量测断面位置选择和量测测点的布置;②监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合,分析数据变化和施工状态的关系;③量测数据的应用,量测数据变化的准确分析和判断,量测的及时反馈,指导设计、施工和修改支护参数;通过监控量测保证隧道安全,预防隧道塌方。
参考文献:
[1]全志强.铁路测量[M].中国铁道出版社,2008.
[2]中华人民共和国行业标准.新建铁路工程测量规范(TB10101-99)[S].
[3]中华人民共和国行业标准.铁路隧道设计规范(TB10003-2005)[S].