隧洞施工测量及沉降变形观测方法分析

陈 彬

(黔东南州水利投资有限责任公司，贵州凯里 556000)

1 隧洞施工测量

1.1 隧洞施工控制测量的特点

对于隧道施工的控制其主要是从隧道的开挖精度进行的，具体而言就是指对于隧道两个相向开挖方向的控制，就是将隧道的开挖高度以及宽度都控制在一定的范围以内。对于隧道的外部控制测量工作应当在施工之前就完成，在施工之前相关的测量人员应当先对于隧道的周边地形以及地貌加以测量，在得出数据以后再进行施工。实际施工时应当建立一个统一的平面，设定控制点对于隧道进行控制，但是由于隧道本身的特性，首位的控制点之间不一定能够直接进行连接，这样一来就可以在隧道中设定多个中间点，而后建立起互相间的联系。全站仪发明之前，隧道中的平面测量工作还是通过三角高程测量以及水准测量所完成的，但是实际的操作中也已经发现这两种测量方法测量时存在着诸多的不便之处，在隧道中测量时往往无法满足测量的要求。伴随着全站仪的问世，其能够对于隧道内外三维平面进行测量，其仅需要对于隧道的单边进行透视，然后便能够同计算机的处理得出相关的测量数据，相对于之前的测量方法具有明显的优越性[1]。

1.2 隧洞洞外三维控制导线测量方法

1.2.1 选点

选点的原则:相邻两点要相互通视，两点间距离一般不超过600 m，总点数要尽量少。洞口附近的点要选在不容易被破坏的地方，其附近的两点距离要控制在100 m左右

1.2.2 埋点

先用锄头在选好点的位置挖一个25×25 cm深度40～50 cm左右的坑，接着将拌好的混凝土倒入其中，捣实抹平，然后再将长约35 cm的Φ16钢筋埋入混凝土中，并应将有打“十”字叉的一端朝上，待混凝土凝固后用油漆写上点的编号。如果选的点在岩石上，就用钢钎和锤子在岩石上打个“十”字叉，并用油漆写上点的编号[2]。

1.2.3 测量

测量天气尽量选在阴天进行，采用支导线测量。导线点起点高程采用设计图上给定值，也可以是假设高程或者套用1∶10 000陆军地形图上的特征高程点(近似值)，起点坐标为假设坐标。起始边方位角用罗盘仪测定:先把罗盘仪放在仪器顶上，其侧边方向与望远镜轴线方向平行，水平转动仪器直到罗盘仪指针白色那端指向“N”时，锁紧水平制动螺旋，把全站仪水平度盘置零，再顺时针转动仪器瞄准后视点，此时仪器显示的水平角度就是测站点起始边的方位角，根据测量要求及环境设置好仪器，就可以开始导线测量了。如果直线隧洞长度＜1 000 m，则直接用全站仪测量导线点的三维坐标，每一测站要通过变动仪器高测3次坐标，每次三维坐标读数差控制在5 mm以内，最终坐标取3次的平均值作为下一测站的原始数据。直线隧洞长度＞1 000 m，地形较复杂的，可结合GPS卫星定位测量校核。

1.3 全站仪在开挖掘进细部放样中的应用

对于直线隧洞，建立以洞轴线(中线)桩号增加方向为坐标系北方向的施工坐标系统，这样全站仪所显示的三维坐标即有明确的代表意义，E表示测点离开洞轴线的距离，N表示测点的隧洞桩号;对于曲线隧洞，利用小型程序计算器设计辅助计算也可瞬时计算出桩号和垂直洞轴线的距离。因此施工放样就不必在轴线上设站了，可以直接利用导线点进行。每次放样必须检查校核条件以免数据输入错误造成损失。开挖掘进细部放样在每次开始钻孔之前进行，周边孔逐孔测量放样。

1.4 开挖断面测量

在进行开挖断面测量时，全站仪架在测站上，瞄准后视点，输入方位角。启动全站仪免棱镜测量方式，照准目标，用白油漆(白油漆的光反射率较高)在待测断面上标出各测点。全站仪照准白油漆点直接测出各点的坐标或水平角、竖直角、斜距和高程，并将数据传入计算机处理。测点间距要求为:直墙段50～70 cm 1个点，弧形段35～45 cm 1个点，拱及拱角上下15～25 cm 1个点。横断面测量一般要求直线洞室每5 m测量1个断面，曲线洞室每3 m测1个断面，由于施工现场条件限制，一个测站所测断面的数据是有限的，当无法进行下一个断面测量时，就要迁站。在此之前，依次测出后面要用到的测站坐标，然后搬到下一个测站，重复进行前面的工作。在施工现场完成测量之后将各测量数据存入计算机，通过编辑、整理及时将实测断面数据反馈给施工人员。作业人员应根据计算的超欠挖情况，及时调整开挖参数，以达到更好的开挖效果。

2 隧洞的沉降变形观测

2.1 隧洞施工中变形的观测

一般用观察的方法或检验的方法，从开挖后表面的变形、支撑受力后的情况，可以大致判断变形原因。必要时可设置变形观测标志进行观测，取得变形的大小、方向和速度的定量量测数据资料，以便决定采取相应的工程措施和防护措施。

2.2 隧洞衬砌完工后的观测

在可能发生沉降及位移的地质不良地段及变形区，设置变形观测点，变形观测标志可设在隧洞的顶部、侧壁和底板部位。一般每10～15 m在上下左右各设1个测标，各测标应按里程统一编号，同时在变形区50 m以外设立稳固的观测控制点。检测测标高程变形和水平位移的方法如下:①检测测标高程变形，可采用水准测量的方法进行测量计算;②检测测标水平位移可采用准直法进行观测，准直法即将一排测标都设在一条直线(准直方向线)上，根据测标偏离这条直线的垂直距离的大小，可求出测标的横向位移;根据测标至直线上某控制点水平距离，可以求出测标的纵向位移。这条准直线(方向线)可以用经纬仪或激光准直仪设出，或在某固定两端点间设置细弦线标志，若某些测标不能严格在直线上，可用小测微尺量出测标到弦线的垂距，观察该垂距的变化即可判断位移的变化。

3 结论

在水工隧洞开挖测量放样中，由于全站仪具有高效精确的特点，能够促进工程进度和提高开挖质量。转弯、爬坡、变径段隧洞放样的数字化解析算法能大幅提高隧洞放样的速度和准确度，建议将此方法进行推广，以取代过去粗放的模拟放样方法，准确的工程计量对于顺利进行工程决算具有重要的意义。同时，变形观测是为了掌握测标随时间变化而产生的变形规律，所以按期进行观测记录，变形观测后，将观测数据整理列入记录表内，必要时可对某些测标绘制变形曲线或沉降曲线，以便于进行分析研究变形规律，及时采取相应的工程措施。至此，可以充分说明隧洞工程施工测量和沉降变形观测的重要性。

[1]吴焕通，崔永军.隧洞施工及组织管理指南[M].北京:人民交通出版社，2007:15－17.

[2]李文涛.斜长小断面隧洞施工贯通测量的实践[J].东北水利水电，2008，26(04):24 －25.