数据自动化处理技术在市政隧道工程变形监测中的应用
2015-04-14
一、前言
随着技术的不断更新，几乎所有的工程建筑都用其来对自己的整个施工过程进行监测，以便掌握建筑的变形情况，及时采取有效措施，保证整个施工过程的安全性。在隧道施工期间运用变形监测技术，是确保施工期间隧道稳定、安全的重要手段。本文基于变形监测技术的特点与方法，结合隧道施工工程的实际特征，对在隧道施工期间的变形监测技术的运用作出探讨。
数据自动化化监测优缺点分析
目前，我国进行了大规模的交通建设。其中，对于新建的隧道来说，存在这一个线路交叉的问题。为了保证隧道的施工以及运营的安全，必须要对道路的线路以及既有线路的情况进行监测。对于隧道的监测通常采用的是人工、自动同时进行的方式，二者各有优缺点。利用自动化监测的优点是采集数据的频率高，周期长（可进行24小时不间断测量）并且适应性较强，进而得到了广泛的应用。缺点在于自动化监测容易收到周边环境的干扰，影响其数据传输的稳定性。人工监测优点是可以对数据进行选择性的处理，不容易被环境干扰，稳定性较强；缺点是需要耗费巨大的人力物力，并且对于某些细微的环境变化感觉不灵敏，无法进行24小时不间断测量。因此，首选的监测方法是人工监测结合自动化监测。在使用自动化方式采集数据时，通过人工监测数据的可靠性进行检验，继而对二者监测的相关性进行分析，找出造成两种监测结果有差异的原因，进而确定其影响因素，通过一系列的科学分析与调整得到可靠的监测数据。
二、 隧道施工采用变形监测技术的目的
1、隧道施工属于山体内部作业，危险系数比一般的路面施工高出几倍。采用变形检测技术，可以随时掌握隧道内部围岩与支护的变化情况，调整施工方案。
2、施工过程中，山体与岩石结构以及岩层难免要受到一定的影响，使内部发生变化。通过变形监测技术及时反馈出的监测结果，给施工人员提供了准确的隧道内部变化信息，确保了施工的安全性与稳定性。
3、可以随时修改与矫正施工的技术，完善施工不足，加强施工质量。
三、隧道施工期间变形监测技术的基本要求
1、及时、迅速地设置监测基准点，基准点是监控测量的基础，所以在埋设基准点的时候一定要仔细，尽量利用控制点逐步向前延伸; 而且基准点还必须定期地连同洞外的水准点一起对隧道施工进行变形测量。
2、及时埋设监控测量点位，准确设定工作基点。工作基点应当选择岩体稳定、少软弱破碎围岩的稳定区域设置，要保证其能在监测过程中准确地反映监测地点的变形情况。
3、及时对所选对象进行观察测量与监控。
4、对监测后得出的数据要进行整理与记录，及时分析数据。
5、 根据实际情况设定变形监测的周期。
不能理论性地确立变形监测的周期，监测周期应为流动的、可更改的。监测的对象随时在发生内部变化，变形监测应当根据单位时间内监测对象的变形数量与速度以及外界环境因素的变化来确定或者修改周期的长短。如果不能确立监测对象的变化情况，在监测过程中发现对象变化异常，那么可以及时增加监测次数，延长监测周期。
6、在隧道的洞内外都必须要进行观察与测量。
（一）每一个新的开挖面工程启动的时候，都要综合地质工程师的此处地质调查报告，结合开挖面的工作剖面图，判定此处围岩的级别;
（二）进行开挖时，没有被支护的围岩要进行高度监测;
（三）每天定期观察洞外、洞口的地表情况，监测地表的沉陷度、水渗度，观测边坡的稳定性。
四、影响自动化监测的因素
自动化监测与人工化监测的结果在外角点处有较大的差异，而在内角点处位于隧道的底板位置两种监测所得到的结果相差就很小了。这种情况的出现，可能是由于温度的变动以及车辆的振动引起的。至于对隧道底板的两种监测结果相差不大，则可以得出这样一个结论：车辆振动不会影响到自动化监测，或者说，对其影响较小。从隧道沉降历时曲线图以及道路沉降历时曲线图来看，我们可以知道，对于两种方式的监测所得到的结果来说，出现较大差异的季节情况不是一成不变的，也就是说，温度对于自动化监测没有什么影响，即便是有影响，也非常小。从边墙位置上测点的变形的曲线来看，我们可以大体将边墙位置变形分为两个阶段，即扭转变形阶段以及横向倾斜变形。而从底板上测点的变形曲线来看，也可以大体将底板变形分为两个阶段，即纵向倾斜变形阶段以及同步变形阶段。结合不同的变形模式以及静力水准仪结构，对自动化监测与人工监测结果较大差别的原因进行简要分析。静力水准仪是由电容传感器、主体容器以及连通管等组成，对于主体安装墩来说，当其发生高程变化时，主体会根据不同的位置产生液面变化，这样就会使得电容极板与浮子间的相对位置产生变动，其中，电容极板是固定在容器项上的，而浮子装有中间极。只要测出电容比的变化就能够算出测点的相对沉降。但是当仪器主体发生倾斜的时候，测试仪器的电容也会有所变化，这就会对测试结果产生影响。结合上面的分析，我们可以知道，对自动化监测的数据结果影响较大的是结构的扭转变形模式以及横向倾斜变形模式。
五、隧道位移的变形监测
在施工过程中，如果隧道发生位移，分为“地表下沉位移”与“隧道周边位移”两种情况。
1、地表下沉位移监测
在隧道的洞口地段埋设监控测量点位，用于观察施工期间地表发生下陷的变形情况，一般设置三个左右的水准基点，综合几个点位的监测数据进行分析，计算出地表的下陷量。
2、 隧道周边位移
一般将监控测量点位与水准基点设置于隧道的两侧壁上，监测整个隧道周边的坑道断面的收敛情况。
3、对隧道施工期间的震动爆破情况监测
在隧道进行施工时，开发新的挖掘面必然要利用爆破的形式对洞内壁体的岩层产生一定的破坏与影响; 为了避免隧道出现坍塌等事故，要对隧道进行支护架设; 监测点可水平设置在支护周围，监测爆破情况对岩体变形产生的影响，及时根据岩体变化调整支护情况，维护支护的稳定性。根据隧道爆破施工时测量的振动速度，进行分析与计算。根据分析数据预测爆破对此工作面产生变形的影响以及日后的变形情况，架设支护。还可根据监测数据，优化设计爆破方案，将产生的变形影响降到最低。
六、对隧道施工期间变形监测的数据处理
1、对监测得到的数据进行回归分析。以变形监测技术的理论指导为基础，处理与计算多个监测点反馈的数据的变量值，推算监测点的最终位移距离，了解变形规律并掌握变化情况。
2、绘制基准点监测统计表。将各个基准点测量的数据统一绘制成表格的形式，定期对表格的数据进行归纳总结，便于分析参考。
3、 隧道各处变形的具体说明。根据各监测点反馈的变形数据信息，统计隧道哪些地方发生了变形以及变形的数据与情况。
4、根据变形监测的成果进行分析。结合所有监测数据统计出变形监测的成果，对此成果进行分析，给出对本次隧道施工期间变形监测技术的意见，完善监测技术的不足。
