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绝对位移测量在隧道监控量测中的应用陈英庚

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2019年第34期作者：陈英庚

[导读] 摘要：在隧道周围岩石比较软弱的情况下，尤其是在浅层偏压，地层顺层的隧道，切碎物收集之间的间隙狭窄、不平整，重新分配的空间有限，且容易使岩石在钻孔后掉落。

        中铁九局集团第六工程有限公司辽宁沈阳 110013
        摘要：在隧道周围岩石比较软弱的情况下，尤其是在浅层偏压，地层顺层的隧道，切碎物收集之间的间隙狭窄、不平整，重新分配的空间有限，且容易使岩石在钻孔后掉落。传统的动态运动可以监视拱顶的体积及其周围的会聚情况，但不能监视整个隧道的位移。因此需要通过全面预防和测量，以定期跟踪隧道的方向和位移情况，测量动态设置支撑参数（例如有效加固和合理消除变形）的基础。
        关键词：绝对位移；隧道；监控量测；应用
        在隧道建设过程中，我们可以将监控量测设为隧道施工的眼睛，它可以直观地反映出围岩变形的动态配置和辅助参数，从而可以提供稳定性和及时的增益测量，并及时提供应用衬里的基础。所以监控测量的重要性是显而易见的，监控量测技术可以监视螺栓的重新分布量和周围的收敛，但不能监视隧道变形。目前，对于隧道的监测的理论到实践，国内外专家进行了广泛的研究，并且已经有了一定的经验。本文档主要回顾了在开发新奥法中使用的监控量测方法。用以加强对隧道的监控量测，以调整和优化设计参数，指导设计施工。全站仪三维自由设站隧道是具有非接触式跟踪理论和3D总测试台精度的优势。总之，监控量测从隧道入口的顶部到预测轨道都可以进行完整的数据收集。
        1、研究方法
        在确定围岩的管理标准时，一个关键和难点是确定围岩的容许位移或极限位移，它是由隧道的地质条件，隧道的深度以及断面的形状和大小，初期支护性状等多种因素决定的。实际的工程应用只是可以在相同技术条件下引用的控制面板控件，但是很难确定适用于所有通风孔的统一控制标准。因此，位移控制值的研究应该是位移控制技术确定性方法的主要研究对象。因此我们可以设计适用于隧道工程的拆除控制，以便可以根据控制管的控制程序准确确定隧道的安全性。
        1.1测量方法
        在洞穴中放置3个或更多导线点，检查点埋设要稳定可靠，定期检查工作点，以确保测量的准确性并分析测量数据的变化。为了减少误差的累积，该方法还可以用于测量横截面，以减少使用固定运动点的固定变化。为确保特定人员对测量数据的评估正确，需要做到专人固定仪器测设，专人计算，专人复核。再采用全站仪配合反射膜片进行拱顶下沉，拱顶偏移和净空测量。将反射膜附着到埋入左右壁的隧道屋顶的中心线和测量点，并使用站的整个红外棱镜测量反射方法，测量3D弧端的坐标。
        （1）测量埋设。使用约20 mm的钢棒，将圆顶大小的点和侧壁从钢格板框架中包含的尾片弯曲45度，以形成焊接钢板的表面，再在钢板上面粘贴测量专用的反射膜片（不小于20cm×2cm）。最后，导线点的埋设要尽量沿洞轴线布设。
        （2）标识要求。设置测量点后，在统一在测量位置作突出的标记，并按照每个部分左右两侧的标记及时输入和显示相关信息。
        （3）保护要求。及时确定测量点位置并保护其位置以防止损坏。保证现场的监控和施工紧密进行。在施工现场，有必要建立一个监测期，以确保监测工作成功进行。监视计划的输入计划必须集成到项目设计预测控制程序中。
        （4）处理器对故障测量点的要求。如果测量单位损坏，就要将其埋在损坏的测量点附近，以恢复数据收集。如果测量点松动，则必须及时重新读取增强的初始测量值。且必须在6小时内恢复测量点，并将初始阶段的累积应变值用作处理后测量应变点的初始值[1]。
        1.2现场实测数据收集
        （1）位移监测
        位移监测可以直接反映隧道结构的稳定性。位移测量可以实现整个设备的非接触式三维测量，并且接触式测量以测量到的数据为补充。三维倾斜位移测量技术的设计与速度测量有着高精度、速度快的优势。特别是对于大跨和特长的隧道，更能显示出其准确、灵活、方便、快速、适应性强的特点，而且这种方法在一定程度上克服了传统接触式测量方法的缺点。接触式测量方法是一种常规监测方法，它具有出色的稳定性，强干扰性，高数据可靠性和简单的操作优势。
        （2）应力监测
        该研究使用应力监测来监控隧道的初始应力和临时感知在钢支架上的应力。使用便携式读数仪在线收集数据，利用钢板的动力学特性，间接测量钢支架上下钳口的应力，然后将其转换为钢的有效内部承载力。电压监测的频率与位移监测的频率应相同，且取决于距开挖面的距离。
        1.3回归统计分析
        回归统计分析使用基本定律来调查，处理和计算各种测试数据，以获得两个变量之间的函数关系。通过此函数生成的曲线表示扩散测试数据的分布，以便可以计算因变量的值。根据回归理论，使用各种提取方法分析测量数据，调整回归表达式以获得各种导数，并一起收集适当的表达式。使用该方程式可以预测各种地质条件下的最终横向位移。

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        1.4理论数值分析
        隧道施工应用技术的最后一步是用于使用载荷结构模型进行数值分析的偏移量，该偏移量用作已知的相反条件，用于检测支撑结构的内部强度和支撑结构的安全系数，并最终确定支撑结构的限位移值。确定伴随三个维度测量的位移的隧道断面的总位移分布规律，并通过按比例增大或减小整个断面，根据力的结果计算支撑结构的知识系数以计算边界条件的位移条件。如果检查点的安全性元素等于或接近代码中指定的最小安全性元素，则对应的超时结构将偏移。
        2、应用实例
        2.1初支变形情况
        某隧道是一条518 m长的单孔双向隧道。隧道进口的DK846+156～DK+450段下伏基为云母石英片岩，石头结构20°∠62°接缝处生长着破碎的石头。地形向左低，向右高，埋深较浅。已施工的最大掩埋深度是深度钻孔下的27 m，隧道偏压严重。
        某日，将DK846 + 207〜DK846 +250截面固定在DK846 + 203〜DK846 +250截面铁板43 m右侧47 m的中部和底部，间隙为1至2 mm。裂纹主要是在原始支撑的厚度上发现的，从隧道DJ846 + 245 46 DK846 + 257的左侧连接板的部分，晶格结构的顶部和中间（中间总是被剥落）暴露并变形。 DKK46 + 237〜DK846 + 244隧道右侧的中央和下部连接板部分的长度为0.5 m。距离局部散射发生在拱的左1.5 m处，从DK846 + 205到DK846 + 207，DK846 + 265 8 DK846 + 273，DK846 + 285到DK846 + 290。DK846 + 210〜DK846 + 260处在站弧的连接板附近发生了部分位移[2]。
        2.2监控量测情况
        在初始阶段，相对位移用于监测和测量隧道。当水平会聚值处于稳定状态时，跟踪和测量信息系统不会发出警告。减少初始支撑后，测量每个筛网的绝对位移，并准确确定隧道的方向和变量。位移测量点的绝对传输值显示DK846 + 166.8〜DK846 + 200.5隧道测量点相同。从DK846 + 200.5到隧道左侧的DK846 + 305的隧道，左侧的最大偏移值为82毫米，平均偏移值为20毫米，右侧的最大偏移值为106毫米，平均偏移值为62毫米。
        2.3变形处置及支护参数优化
        在通过全位移测量确定隧道的位移之后，作业的初始变形通过钢衬套框架有效地形成了控制回路，以稳定通道，增强网格并创建隧道转换。通过跟踪隧道的轴线，可以估算出，根据物理前景和地质补贴，整个隧道可能会产生偏离，需要采取措施加固隧道。隧道变形的主要原因是较低的内置压力引起的偏差。原始设计缺乏相应的支撑力量，因此需要在后期的建设支持中，将锚固系统扩展。最后，钢结构从H230更改为H280。厚度从30厘米增加到35厘米。
        2.4绝对位移测量情况
        由于该隧道浅埋偏压严重，且地层是顺层，周围的岩石破碎，因此，需要在后续的施工中增加绝对位移监测项目。监测结果表明，隧道左右两侧的跟踪点已移至隧道的左侧，右侧提供的变形值在200 mm预留内，在左侧不预留变形量的情况下仅考虑50 mm的误差。最后，增加连接隧道右框架接头的锁定锚锁的数量，以抑制变形[3]。
        结语
        （1）绝对位移测量整体特征适合监控和测量浅层地段隧道口浅埋层板和形状。它可以在隧道洞口浅埋段，浅埋偏压段，地层顺层等地段进行测量。但对于别的地质条件好的地段，则不需要使用绝对位移测量。
        （2）通过查看位移测量结果，可以正确了解初始变形支撑的具体组成和变形情况，在调整支撑参数后生成局部增益测量，并及时启动加固措施。通过跟踪孔的轴线，可以确定是否可以完全消除隧道不完全因素，因此我们可以进行适当的措施以确保隧道的持续安全性。
        （3）根据绝对位移测量控制评估，调整隧道变形初步力的值，以最大程度地减少第二混凝土层的过多消耗，防止在第一季度渗透，并节省建筑成本。
        （4）在整个拆除过程中需要精确的布线。受观测距离的影响，导线不可避免的会增加转站次数，从而导致测量误差相对较大。因此，我们有必要将位移监控测量配合使用，以进行相互印证。
        参考文献
        [1]蒋晖光.绝对位移测量在隧道监控量测中的应用[J].工程建设与设计,2020(06):94-97.
        [2]张守成.雅泸高速公路某隧道偏压段数值模拟及监控量测技术研究[D].西南石油大学,2010.
        [3]李培楠.六安—武汉高速公路隧道绝对位移控制基准研究[D].西南交通大学,2009.