高精度测量技术在矿山法隧道工程中的应用

曾 强，邹 磊

（江西有色地质勘查五队，江西 九江 332000）

随着我国经济的深入发展，大规模矿山工程建设，而我国地形多丘陵山地，矿山建设过程中难免需要修建隧道。如何保障矿山隧道开挖过程中的安全至关重要，高精度测量能够获得隧道监控量测真实、可靠的数据，为基础设施建设者提供安全可靠的指导，保障了隧道施工的安全。

1 矿山隧道监控量测内容

矿山隧道监控量测必测项目主要是：①周边位移：矿山隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形位移。主要是测得矿山隧道内壁面两点连线方向距离的收敛量。收敛值为两次量测的距离之差。②拱顶下沉：矿山隧道开挖后，由于围岩自重和应力调整造成隧道顶板向下移动的现象。下沉量为两次量测的高程之差。③地表下沉：矿山隧道开挖引起隧道轴线一定范围内产生的地表沉降。下沉量为两次量测的高程之差。隧道监测中：周边位移、拱顶下沉限差为0.1mm，地表下沉限差为0.5mm，精度要求很高。如何做好隧道监控量测，是对测量人的一个重大考验。

2 高精度测量的主要影响因素

从影响测量精度因素的来源上看，有很多种情况，主要有以下几个方面：①人的因素；②仪器的因素；③外界影响因素。

3 高精度测量应用要点

3.1 选择合适的观测仪器

仪器是测量精度影响的重要因素，选择合适的观测仪器是满足矿山隧道高精度测量的第一步。主要使用到的仪器有收敛计、水准仪、全站仪，收敛计测量精度需达到0.1mm，水准仪测量精度达到1km往返测中误差0.3mm，全站仪达到测角精度0.5″和测距精度：1mm+1ppm。此外，仪器应定期检测和效验。

3.2 专人专测

监控量测主要是观测变化值，在观测过程中，人的视力辨别能力、身高、技术能力不同，对观测结果会存在误差，同一个矿山隧道区段负责观测的人员尽量做到固定，做到专人专测。

3.3 变形监测网、基准点和变形观测点的设立

（1）测量前应进行平面控制点、水准点加密，建立矿山隧道变形监测网，也可布设独立坐标系控制网，但需与国家基准坐标网取得联系。变形监测网一般布设为基准网、监测网两级。水平位移监测网宜布设为导线网、三角形网、GPS网等。

垂直位移监测网可布设为环形水准网，但应符合国家二等水准网的要求，测站前、后视水准尺的距离尽量相等。一测站前、后视距差小于1.0m，前、后视距累计差小于3m，视线高度必须大于0.3m，小于2.7m。为消除仪器i角的影响，仪器下沉及水准尺垫下沉的影响，在两相邻测站上，按偶数测站的观测程序进行观测：

往返测偶数站上为：前—后—后—前。

由往测转向返测时，两根标尺必须互换位置，并在不同的地质条件下进行，往返测闭合差应小于±5mm。（其中L为水准路线长度，单位为公里）洞内监测网布设为导线网，导线的边长宜近似相等，洞内水准路线也应往返测量。

（2）洞口基准点应布设不少于三个平面控制基准点，不少于二个水准点。布设在变形影响区域外稳定可靠的位置。水平位移基准点应采用观测墩，对中误差不应超过±0.1mm。垂直位移基准点宜采用双金属标或钢管标。

（3）变形观测点布设位置应能反映变形体变形特征的敏感位置。周边位移一般布置2-3对测点，三对测点分别位于矿山隧道的左边墙、右边墙及拱顶（见图1）；拱顶下沉一般布置三个测点，三个测点分别位于矿山隧道的左拱腰、右拱腰、及拱顶（见图2）。洞内布设监测点不得焊于钢架上，必须单独打孔直接安装于岩体中，埋入钢筋采用直径不小于20mm的螺纹钢，外露钢筋与埋入钢筋焊接，加工成三角形钩。埋入围岩深度不小于20cm。洞内观测点应采取适当的保护措施，防止观测点被施工机械碰触和损坏，影响测量精度和监控量测的连续性。

地表下沉横断面量测：

地表下沉监测范围横向应延伸至隧道中线两侧（1-2）（B/2+h’+h），其中h为埋深，h’为矿山隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度。

测点间距宜为2m～5m，且靠近隧道中轴线间距密控制在2m，远离隧道中轴线间距控制在3m～5m。地表监控点埋设应有一定的深度，避免受到施工和爆破的扰动，影响测量的精度。

图3 地表下沉测点布置示意图

3.4 尽量减少外界环境影响

（1）观测应在较短的时间内完成。由于观测环境在施工作业环境下会对仪器产生一定的干扰，需在短时间内完成观测，防止仪器受震动影响，产生测量误差。

（2）不同时间段温度、湿度、大气折射不同也会产生影响，所以每次观测时一定要记录相关的环境因素，包括时间、湿度、温度、大气颗粒物浓度等，采取固定时间段观测。

（3）所有基准点或观测点埋深深度必须大于冻土层深度，深入稳定层，避免温度变化对基准点或观测点的影响。

3.5 采用相同的观测路线和同一仪器

（1）采用相同的观测路线和观测方法。矿山隧道监控量测精度要求1mm或相对精度达到0.1mm，精度要求非常高，采用相同的观测路线和观测方法可以减小误差，提高隧道监控量测的精度和可靠性。

（2）使用同一仪器和设备。矿山隧道监控量测需要重复多次量测，取得每次量测的变化差值，不同的仪器测量出来的结果有一定的差值，为提高精度，应采用同一仪器和设备进行观测。

3.6 同一观测剖面采用相同基准点

为避免观测中因为基准点不同产生的误差，我们在观测过程中，尽可能采用相同的基准点作为后视。通过基准点后视后，应该通过其他基准点检验后视误差，保证满足精度要求。

3.7 采用统一的基准处理数据

在进行测量数据处理时候，同一剖面数据，应该采用统一基准，即是把各观测点第一次观测数据作为起算比较。

4 总结

矿山隧道监测是一项影响巨大的安全工程，监测精度至关重要，所以在隧道监测过程中，一定要做到认真、负责，确保监测数据准确可靠，为隧道建设过程中的施工安全保驾护航。