工程变形监测技术应用的探究
2015-05-29
引言
测量是一切工作的开始，为此在进行隧道工程施工变形测量之前，首先要建立变形检测的控制网，该控制网主要包括高程控制网和平面控制网，隧道工程施工变形控制网具有精度高、独立性强的特点。它的组成网主要有：第一，变形点又叫观测点，多分布设于建筑物上；第二，基准点通常埋在变形的范围之外，尽可能的保证其位置的长期稳定；第三，工作点是观测点和基准点之间的联系点，工作点与观测点构成变形网，和基准点构成首级网。变形网的主要特点有：首先，变形网不需要计算数据，且布设自由；其次，变形网的长度较短，但是其精度高；再次，图形复杂，多余观测多；最后，稳定性要求高。
1.隧道施工变形监测概述
隧道施工具有很多不同于地面施工的特点，由于施工多是在岩石条件下进行，因此具体的施工操作往往受到岩层结构以及岩土情况的影响。此外在进行施工时，机械振动或者开挖爆破也会造成岩石的变化，从而对施工带来影响。为了使工程安全顺利的完成，必须对隧道的变化信息进行严格的监控与上报，以便做出针对性的方案，保证工程质量。
2.隧道工程施工监测控制网的特点
隧道工程施工变形监测的内容主要包括地下项目的监测和地面项目的监测，因此与之相对应的隧道工程施工变形监测控制网就分为地下和地面两部分。然而由于地下空间的有限，所以地下平面监测控制网多为导线形式，因此为自由网，即起算的数据可自由设定，无需从地面传递坐标。
2.1自由设站的站点位置
在自由设站体系中，由于每次站点的方位并不是完全相同的，因此测点的精度受到观测元素和测站两方面的影响。
2.2地下导线点位设计
站点的精度的确定与设站位置的设定有着至关重要的联系，但是站点位置是对洞内控制点的位置而讲的。在有限的地下空间的条件下，为了确保站点能够始终处于高精度的位置上，防止站点在不利位置，我们要以合理的方式对监测导线的控制点进行布置。如果把导线沿洞底板两侧交错布点，即折线法，则能够起到不错的效果。这样保证能够对掌子面的清晰观测的同时，又可以保证控制点的稳定。
对于沿洞壁侧的布点，不仅要考虑点的稳定性，还要考虑对掌子面观测的方便性，对于粉尘少、水汽少在地下、或者观测条件好的地点则可以采用此类布点方法。其最大的优点是便于施工设施的统一分配，可以预留空间。但是，该布点方法要求控制点尽可能的靠近掌子面，进而使得站点在有利的位置，这不利于点的保护和稳定。所以在选用这种方法时，要对工作的环境进行充分的考虑、权衡。
3.监测点布设的原则
监测点布设的原则主要有以下五点：
第一，应根据工程的性质、地质的条件、设计的要求、施工的工艺以及监测的费用等综合考虑来确定点的类型和数量。
第二，表面变形点的位置要有利于对测点的保护、还要反映监测的对象外在特征以及方便仪器观测。
第三，深埋的监测点不能破坏结构的正常受力，也不能削弱结构刚度和强度。
第四，设置的监测点应布置在最不利位置上。
第五，在进行多项目测试时，监测点的布置要在空间和时间上有机的统一，力求便找出内在的联系和变化。
4.隧道工程施工变形监测技术
根据隧道特征和岩石的性质应该选用不用的技术或方法对施工中的变形情况进行监测，先进的科学技术以及理论成果和技术成果为隧道变形监测提供了新的技术、设备和理念，目前在工程中主要应用的监测技术有以下几种。
4.1隧道收敛监测技术
隧道收敛监测技术的优点是适合于大断面隧道施工的监测，缺点也较为明显，就是进行监测时需要大型设备的支持，并且技术较为复杂。根据测量使用的原理可以将收敛监测技术分为相对位移观察监测法和绝对三维位移观察监测法。
相对位移监测法的具体操作流程如下：首先将监测锚杆安装到监控断面上，并且保证锚杆的端部较为平整并且能够产生反光效应；以此基点为准，选取30m远的位置安装全站仪；运用坐标测量技术测出基点的三维坐标，通过将数据与全站仪内存中的坐标系相结合可以精确地计算出相对位置。
绝对三维位移监测法内容为：将测量仪器安装到坐标系明确的监测点，这样能够对监测点的变化情况进行准确全面的测量。这种测量方式具有设备简便，易于操作的优点。
4.2隧道位移变形监测
受到岩石性质以及施工的影响，在隧道施工过程中可能会出现地表下沉位移或者隧道周边位移现象，对两种位移进行监测的技术方法如下。
对地表下沉位移进行监测的具体实施内容：首先要设置监控位置，一般将监测点选取在隧道洞口，安装仪器用于测量地表下陷的程度；设置三个水准基点，对这三个基点的数据进行综合的分析计算出下陷量。
在监测隧道周边位移时，通常在隧道的两壁上设置测量点位和水准点，以便监测隧道周边整体断面的变形情况。
4.3拱顶下沉监测
可以分别使用三角高程测量技术和水准精密度测量技术。三角高程测量技术需要在隧道的纵断面上安装锚杆，通过锚杆顶端产生的反射效应，综合利用水准尺、反光片以及棱镜的反射对轴心距离进行测量。这种测量方式的测量原理与相对位移监测法相同，只是在操作过程中较为繁琐。在进行隧道施工时，水准作业通常会受到拱顶的影响，运用水准精密度测量方法可以得到基准点与点位的高程，进而为水准作业奠定基础。在运用水准精密度测量时要注意将所有基准点设置在隧道的基岩上，在拱顶位置也要安装监测点位，并且采用倒挂的方式将钢尺固定在点位上，在进行实际的测量时，使用水准仪读取基准点的数据以及钢尺的度数，经过计算得出高程。
4.4震动爆破监测
隧道开挖过程中，对开挖面进行爆破必然会影响到岩层的稳定性，甚至会造成坍塌事故的发生，进而对施工进度和施工人员的安全产生不利影响。为了消除或者减低爆破造成的影响，需要对隧道进行支护处理。对震动爆破进行监测可将监测点选择在支护设施周围，通过对震动速度进行测量和分析，判断出爆破所造成的影响，并对后期的变形情况做出预测，从而选择有效的支护形式和施工措施。
5.隧道施工变形监测数据处理
对隧道的变形情况进行监测是初步阶段，还需要运用一定的方式对监测到的数据进行分析，从而为接下来的施工设计提供依据。还可以通过对长期的监测分析案例进行总结，从而在整体上提升隧道施工技术水平。
目前对监测数据进行分析的主要程序为：首先进行回归分析，将变形监测的相关理论引入到数据的分析上并作为指导，对多个监测点得出的变量值进行计算，从而确定最终的位移距离，在对位移距离掌握的情况下可以很好地推理出变形程度；然后是将数据运用表格的形式进行汇总备案，以便总结和以后的参考；通过对监测点的数据信息分析结果进行判断，由专业的技术人员做出评价和说明，并最终形成监测报告。
6.质量安全控制措施
6.1质量控制措施
第一，制订详细的施工方案。
第二，测量人员必须持证工作，做到人、证一一对应。同时测量的过程需要进行详细的记录，不得任意更改。
第三，严格执行“三检”标准。
第四，特殊工种的操作人员更要持证上岗，对特定技术的人员可以现场进行考核。
第五，根据有关规范严格控制工序细节质量。
6.2安全控制措施
第一，安全技术操作规程应该在施工过程中严格贯彻，对于违章作业应该严格制止。
第二，对于进场作业的安全培训与教育工作要做好，在作业中，及时的开展安全技术会议。
第三，保证用电设备安全可靠。
第四，进场作业应该配备安全防护措施。
7.位移测量方法
应力、应变和位移是监控量测的三个主要内容，埋设电子元件，采用专用的仪表可以测量应力、应变，应力和应变是结构内部的受力的反映，隶属于测试学，在岩土、地质学科应用较广。洞周收敛、拱顶下沉和地表沉降是位移测量方法的主要内容，作为检测的重点，直观迅速的反映了围岩形变，对位移测量的要求是快捷、高效、准确。但是对于这种高精度的要求，当前的测量方法是不易满足的。目前精度较高的测量方法为全站仪位移测量方法。
全站仪的诞生到现在也有几十年，换代速度是2一3年。每次换型，都提高了测量的精度和可靠性，降低了人为的误差，实现了测绘工作的自动化、数字化和内外业一体化。当前0.5"，1 .5"，4"，10”是测量角度的精度。0.8 mm + 1ppm ， 3 mm+2ppm， 5mm+3ppm是测距的精度，侧程从1000米到几千米不等。这就满足了测绘工作的需要。
随着科技的进步，为新测量方法的开展提供了条件，Leica，SOHIA等为测量变形的主要仪器，该仪器具有高稳定性、高精度的优点，配合全站仪的反射片，可称为具有回复反射性能的反射膜片，丙烯酸脂是反射膜片的主要材质，背部为不干胶，厚约0. 28 mm，银灰色
在实际中，这些仪器的精度往往较标称精度高，采取有效的措施即可保证全站仪测量位移的实施。事实表明，自由设站测量模式下，一个测绘得到的位移测量精度普遍较低，但是如果采用双摆站观测模式，提高测绘次数，或者选择高精度全站仪，计算方法采用严密平差，则可提高全站仪自由设站方法位移量测精度，即达到0. 5一1 mm，对于隧道的检测要求即可满足了。
8.观测的周期和频率
观测的周期和频率与工程的进展情况有关。在支护或洞室开挖15天内，一天之内应保证观察1到2次；当掌子面到观测断面的距离不小于洞径的2倍或支护或洞室开挖15天至30天时，每隔一天观察1次；30天到90天时，一星期观察1次；90天之后则是每月观察2、3次。如果有特殊要求，则按要求进行。如果出现发事件，则应加强观测。洞周收敛位移的监测周期依据位移速度确定，因为不同的基线以及测点位移速度不同，所以要以最大位移者来确定监测是周期。
9.建议和展望
隧道工程施工变形的监测，涉及到方方面面，有测量、岩土、地质、计算机、应用数学、光电技术以及通信技术等诸多领域，是一项十分庞大而又复杂的工程项目。论文通过对隧道工程施工过程中的位移测量法和其有关的数据处理技术进行了简单的阐述，着重分析了施工控制网布设的相关问题。今后对隧道工程施工变形监测和控制应从如下几个方面进行研究：一是集合多种技术的隧道工程施工变形自动化系统；二是隧道工程不同类型的监测资料合作处理的理论。
10.结束语
总而言之，作为当今覆盖面较全、应用范围较广的建筑结构形式，控制网具有较强的承载能力，可以用于跨度大的地方。然而在实际操作中，这个度很难掌握，一不小心就有可能引发施工质量。因此，要想对隧道工程变形进行监测以及更好的控制，必须要在锚栓的安装、网架杆件的制作等方面严格按照要求，领会施工中的每一个环节，如此才能保证施工的质量，发挥网架结构的特长，从而实现隧道工程变形进行监测及控制。
