浅谈隧道施工量测技术.doc

隧道工程期末论文浅谈隧道施工量测技术摘要: 隧道测量技术在过去的十多年里有了长足的发展，其主要表现是自动化程度越来越高、测量仪器的体积越来越小、重量越来越轻、测量速度越来越快以及工效越来越高。隧道测量技术是指针对隧道勘察设计，施工和竣工验收以及隧道运营期间所开展的有关测量活动，这些测量工作有些与通常意义上的工程测量有关，有些与地质勘察和灾害监测有关，还有一些与工程质量检测有关。随着科技的不断进步，测量工作所涵盖的范围越来越广，测量工作对工程的成败和盈亏起着举足轻重的地位。本文阐述了先进测量技术在隧道中的应用。隧道施工测量按工程的施工程序，一般分为隧道施工控制测量、隧道施工测量、隧道监控量测和竣工测量四个阶段进行。隧道施工控制测量将使用GPS控制网技术和全站仪导线测量技术，隧道施工测量的重点是隧道中线、腰线的测设，隧道断面测量和隧道贯通测量。在隧道施工中,将提高工效的宗旨贯穿于从初始开挖到最后的竣工验收,是每个施工企业所追求的目标,隧道工程的成功与否与隧道断面开挖的准确程度有着极大的关系。隧道断面测量根据场地的要求不同，可以使用不同方法，本设计将对其进行详细描述，并且对隧道测量方面的知识加以介绍，明确隧道施工测量的程序，监控量测的方法，竣工测量的基本方法。由于隧道断面测量在隧道施工测量中实施的重要性，故本文将隧道断面测量快速测量实施方法作为专题来描述。关键词：控制测量；施工测量；断面测量；贯通测量目录1 绪论21.1 全新的隧道施工概念21.2检测依据及目的31.2.1施工质量检测依据：31.2.2施工质量检测目的：32隧道施工监控量测内容32.1监控量测要求32.2 监控量测项目42.3 监控量测频率42.4监控量测点布设要求42.4.1布点原则42.4.2测点埋设时间53 隧道施工测量的几种方法53.1 洞口点的测量与进洞点的标定53.1.1布设洞口点应满足要求53.1.2洞口点的布设形式53.2中线测量以及掌子面测量63.2.1经纬仪正倒镜法63.2.2瞄直法63.2.3激光指向仪导向法63.3 贯通测量73.3.1贯通测量工作应遵循原则73.3.2贯通后实际偏差的测定83.3.3贯通后巷道中腰线的调整84隧道施工质量检测84.1检测设备84.2检测仪器组成及原理84.3锚杆锚固质量检测频率94.4操作步骤94.5数据处理与信息反馈95 结语9参考文献101 绪论1.1 全新的隧道施工概念随着我国改革开放不断深化，国民经济蓬勃发展，在山区公路建设中突破过去传统的修路思想，不采取盘山绕行，不破坏沿线生态环境，不增长公路里程用设置隧道避免因采取高边坡路基带来的滑坡、塌方、滚石、泥石流等自然灾害，确保了行车的安全可靠，亦缩短了行车时间，同时又适应了建设与自然的和谐发展。新奥法作为一种全新的隧道施工概念，其基本原理是运用各种手段 (开挖法弱爆破，支护形式早封闭，监控量测勤量测)抑制围岩变形，最大限度地发挥围岩自身的承载能力使隧道施工更安全、更经济。而隧道经济性与安全性就是通过现场监控量测所获得的围岩、支护系统的应变和应力信息及时反馈并应用于隧道设计和施工中来实现的。随着新奥法(NATM)在隧道施工中的广泛运用，现场监控量测作为新奥法的灵魂也越来越得到了广泛的重视。因此，快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。隧道监控的作用有以下几点：(1)通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报， 优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。 （2）掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价。 （3）验证支护结构型式、支护参数，评价支护结构、施工方法的合理性及其安全性，确定支护时间而监控量测是信息化设计与施工的重要内容，应将监控量测纳入工序管理,为隧道施工的有机组成部分。由于地下工程的受力特点及其复杂性，通过施工现场的监控量测所得到的信息，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩类别、变更支护设计参数、调整预留变形量等修正设计提供原始依据，同时将量测等到的结果迅速反馈到设计施工中去，以提高隧道施工的安全性、经济性。为了适应公路隧道大规模建设发展的需要，提高公路隧道设计、施工水平，确保安全运营，给今后隧道工程的建设积累经验，在昆明城区三环岗头山隧道中进行施工期的监控量测。1.2检测依据及目的为保证公路隧道施工质量，及时发现施工中存在的缺陷，尽早进行缺陷处理，开展本项检测。1.2.1施工质量检测依据：公路工程质量检验评定标准（土建工程）（JTG F80/12004）；公路隧道设计规范（JTG D702004）；公路隧道施工技术规范（JTG04294）；锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 500862001）；公路隧道工程施工图设计资料；1.2.2施工质量检测目的：探测隧道衬砌质量，查明隧道锚杆长度、锚固情况，隧道衬砌背后的回填情况是否符合设计要求，了解隧道衬砌的潜在隐患，作为隧道竣工验收、以及隧道结构状态评估和病害整治设计的重要依据。2隧道施工监控量测内容 2.1监控量测要求隧道监控量测是“新奥法”的重要组成部分，新奥法中量测工作是监视设计、施工是否正确的眼睛，是监视围岩是否安全稳定的手段，始终伴随着施工的全过程。因此有如下要求:(1)能快速埋设测点；(2)每一次量测数据所需时间应尽可能短；(3)测试数据应准确可靠；(4)测试元件应具有良好的防震、防冲击波能力；(5)测试数据直观，不必复杂计算即可直接应用；(6)测试元件埋设手能长期有效工作；(7)测试元件应满有足够的精度。2.2 监控量测项目监测的项目和具体内容按现行公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）规定及绍诸高速公路全线各隧道的特殊要求所拟定。监测项目包含如下内容：(1)必测项目洞内围岩和支护状况观察；周边位移监测；拱顶下沉监测；锚杆或锚索内力及抗拔力。(2)选测项目洞口浅埋段地表下沉监测；围岩内部位移监测；喷砼应力监测；围岩压力监测；钢拱架应力监测；二衬应力监测。2.3 监控量测频率监控量测项目的选择遵循“严守施工规范，服务隧道施工，紧贴隧道实际，保证经济安全”的原则，保证必测项目及时、准确地实施，并根据工程实际揭露的围岩条件和隧道施工情况，合理开展有针对性的、有代表性的选测项目。2.4监控量测点布设要求2.4.1布点原则(1)针对该高速公路隧道地质围岩及结构特点，并根据隧道监控量测以往类似工程的监控量测经验和各类量测项目的作用意义，在相关隧道规范指导下进行量测断面的布置设计。(2)根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段，设置监控量测断面。(3)应重点监测围岩质量差或局部不稳定块体、节理或地下水发育地段，以及特殊工程部位（如洞口处）。监测点的安装埋设应尽可能靠近隧道掌子面，以便尽可能完整获得围岩开挖后初期力学形态变化和变形情况。(4)选测项目的布设结合隧道自身特点，重点突出。2.4.2测点埋设时间(1)测点埋设时间，应根据地质条件、量测项目和施工方法等确定。(2)测点应距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。3 隧道施工测量的几种方法施工导线是隧道施工中为了方便地进行放样和指导开挖面布设的一种导线，其精度较低。施工导线点是边开挖边设置，通常沿中线布设，边长一般为2550m。这种导线基本或主要导线控制，以准确地指导开挖方向，因此，它的一部分点将作为以后布设的基本导线点。隧道施工测量主要任务为：在隧道施工过程中确定平面及竖直面内的掘进方向，另外还要定期检查工程进度及计算完成的土石方数量，还有就是对开挖断面进行检测以确保控制超欠挖。3.1 洞口点的测量与进洞点的标定为了保证隧道中线符合设计要求，确保施工不发生任何差错，施工单位在施工前必须把设计单位提交的全线控制点进行复测，只有各控制点在误差范围内方可利用。施工单位首先要布设洞口点，因为洞口点是向洞内引伸导线的起算点，又是洞口及其附近地段施工放样的依据，有时可延用到隧道贯通。3.1.1布设洞口点应满足要求（1）尽可能埋设在便于观测，保存和不受施工影响的地点；（2）洞口点到洞口不宜太远，连接导线数应不超过3个，洞口到进洞点建立导线不要超过三条边；（3）洞口点标石深度，在无冻土地区不小于0.6m，在冻土地区标石要埋在冻结以下；（4）为了使洞口点不受损坏，在点的周围宜设保护桩和栅栏或刺网。3.1.2洞口点的布设形式（1） 洞口点直接布设在主网上。洞口点应尽可能纳入为施工区布设的三角网或导线网的主网上，并采用相同精度观测，整体平差，以保证洞口点有足够的精度。（2）支导线联结洞口点。因洞口点所处位置受地形，地物条件的限制或受施工条件的影响，不能与主网组成控制网的图形，这时可在主网与洞口点间设支导线联结。（3）利用全球定位系统（GPS）测设洞口点。当隧道工程较大时，尤其有长距离隧道贯通，最好利用全球定位系统（GPS）测设洞口点，不但精度高，而且稳定可靠。利用GPS卫星定位测量测设洞口点时，点位应选择在视野开阔处，点周围视野内不应有地面倾角大于10度的成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号。同时应避开高压输电线，变电站等设施，其最近距离不得小于200m，距强辐射的电台，电视台，微波站等不得小于400m。测量时可采用静态定位，静态定位可通过大量重复定位来提高定位精度。隧道的进洞口，通常也称隧道的开切点，也就是隧道由此往前掘进。进洞点利用设计坐标和洞口点坐标，采用全站仪或经纬仪通过极坐标法标定，洞口点设仪器；然后，用极坐标反算所得方位角，标定方向，并测量距离，从而确定进洞点。为了保证进洞点的标定精度，一般需要标定两次或换另外一位测量员标定。如果两次标定的误差在允许范围内，方可确定进洞点位置。3.2中线测量以及掌子面测量中线测量是隧道施工过程中一项经常性的工作，是保障隧道按设计要求施工的重要举措。根据施工方法，断石开挖的宽度以及曲线设计半径大小等不同，中线测设的方法可有不同的选择。由于洞口施工方法的特殊性，中线分临时中线和永久中线。当隧道掘进20m左右，就要对临时中线点进行重新检查标定，检查符合要求后，标定永久中线。直线隧道的中线测设通常采用经纬仪正倒镜法，瞄直法和激光指向仪导向法。3.2.1经纬仪正倒镜法隧道在施工过程中，每掘进30 m左右，就应延设一组中线点，以保证最前面的一个中线点至掘进工作面的距离不超过40m，防止隧道掘偏。在延设新的中线点前应检查旧的一组中线点，如正倒镜测设的两点不合，取其中作为中线点。3.2.2瞄直法瞄直法测设直线比较简单，操作容易，但精度较低，此法可测设临时中线或用于次要隧道，在检查中线点A，B没有移动后，在A，B点挂垂球线，观测者在A点后面用AB垂球线形成的基准石，标出C点。在有条件的情况下，也可在A点安置经纬仪，待仪器整平对中后，照准B点，用AB视线标定C点。3.2.3激光指向仪导向法隧道掘进采用激光指向仪导向，既提高了工效，也适应了隧道掘进的机械化的需要。1）用经纬仪在隧道中标设一组中线点A，B，C，并在中线的垂球线上标出腰线位置，B，C两点间距为30-50m。2）在安置指向仪的中线点处的顶板上，安装一定尺寸的4根锚杆，再将带有长孔的两根角钢安在锚杆上。3）将激光指向仪的悬挂装置用螺旋与角钢相连，根据仪器前后的中线点A和点B移动仪器，使之处于中线方向上，然后把螺旋固紧。4） 接通电源，激光束射出，利用水平调节钮使光斑中心对准前方的B，C两个中线点，在上下调整光束，使光斑中心到两垂球线的腰线标志的垂距相同为止。这时红色激光束是一条与腰线平行的中线，直接指示隧道的掘进方向。曲线隧道的中线是弯曲的，无法像直线那样直接标出中线，而只能在一定范围内以直代曲，即用分段的弦线来代替分段的圆弧线，用内接折线代替整个圆曲线，并在实地标设这些圆曲线来指示隧道的掘进方向。曲线隧道中线测设方法很多，随着光电测距仪的运用，极坐标测设得到了广泛的运用。用极坐标放样时，设导线点I坐标为（XI，YI），中线点J的坐标为（XJ，YJ），待测点K的坐标为（XK，YK）。首先求出放样数据AJI，AJK和LJK，在J点安置全站仪，瞄准后视点I后配置度盘至AJI。转动全站仪照准部至读数AJK，沿改方向测出LJK可标出K点。 3.3 贯通测量为了使两个或多个掘进工作面，按其设计要求在预定地点正确接通而进行的测量工作，成为贯通测量。贯通是一项地下隧道施工技术，在地铁工程、矿山采掘工程、跨江跨海隧道、水电工程的输水隧洞以及国防工程中广泛应用。贯通时，测量人员的任务就是保证各掘进工作面均沿着设计位置与方向掘进，使贯通后接合处不超过规定的限度。显然，贯通测量是一项非常重要的测量工作，测量人员所负的责任是十分重大的，如果因贯通测量过程中发生错误而未能贯通，或贯通后接合处的偏差超限，将影响工程质量，甚至造成整个工程报废，人员伤亡等严重后果，在经济上和时间上给国家造成很大损失。3.3.1贯通测量工作应遵循原则（1）要在确定测量方案和测量方法正确的同时，保证贯通所必需的精度，过高过低的精度要求都是不合适的；（2）对所完成的每一项测量和计算工作都应有客观独立的检查校核，严格防止不应有的粗差出现。3.3.2贯通后实际偏差的测定（1）平巷贯通水平面内偏差的测定：1）用经纬仪把两端巷道的中心线都延长到巷道贯通接合面上，量出两中心线之间的距离，其大小就是贯通在水平面内的实际偏差。2）将巷道两端的导线进行连测，求出闭合边的坐标方位角的差值和坐标闭合差，这些差值实际上也反应了贯通测量的精度。（2）平巷贯通时竖直面内偏差的测定：用水准仪测量或三角高程测量连测两端巷道中的已知高程控制点，求出高程闭合差，它实际放映了贯通高程测量精度。（3）竖井贯通后井中实际偏差的测定：竖井贯通后，可由地面上或由上水平的井中处挂上中心重球线到下水平，直接丈量出井筒中心之间的偏差值，即为竖井贯通的实际偏差值。有时也可测绘出贯通接合处上、下两段井筒的横断面图，从图上量出两中心之间的距离，就是竖井贯通的实际偏差。竖井贯通后，应进行定位测量，重新测定下水平井下导线边的坐标方位角和用来标定下水平井中位置的导线点的坐标，与原坐标的差值，也反映了竖井贯通的精度。 3.3.3贯通后巷道中腰线的调整（1）中线的调整。巷道贯通后，如实际偏差在容许的范围之内，对于次要巷道只需将最后几架棚子加以修整即可。对于重要巷道，可将距离相遇点一定距离处的两端中心线相连，以新的中心线代替原中心线，以指导砌筑最后一段永久性支护。（2）腰线的调整。巷道贯通后，若实际的贯通高差很小时，可按实测高差和距离算出最后一段巷道的坡度，重新标出新的腰线，在平巷中，如果贯通的高差较大时，可适当延长调整坡度的距离。在斜井口，通常对腰线的调整要求不十分严格，可由掘进人员自行掌握调整。4隧道施工质量检测4.1检测设备采用锚杆锚固质量检测仪（JL-MG型或同等性能仪器）进行检测。4.2检测仪器组成及原理锚杆质量检测仪由采集仪、发射震源、检波器和分析处理软件组成。发射震源产生的弹性波，沿锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，检波器检测到反射回波，并由检测仪对信号进行分析与存储。反射信号的能量强度和到达时间取决于锚杆周围或端部的灌浆状况。通过对信号处理和分析，可以确定锚杆长度及灌浆的整体质量。4.3锚杆锚固质量检测频率抽检频率为锚杆总数的5%或根据业主要求确定。4.4操作步骤(1)参数设置除设置基本工程参数外，应注意以下参数：锚杆类型：锚杆灌注类型（砂浆锚杆、中空注浆锚杆等）；触发方式：设有通道触发、外触发二种，锚杆检测时应选用通道触发；传感器类型：可选择速度计、加速度计（分积分、不积分两种，加速度计一般宜选择积分状态），或者两者同时使用；放大方式：分指数放大、线性放大、满屏放大三种，其放大倍数由下一栏给定。设定指数放大，程序将在入射波峰值至1.2倍估计桩长间按指数方式放大信号，其后则为线性放大；设置满幅放大，将以桩顶和桩底波形同时达到满屏为目标进行线性和指数放大；信号极性：改变入射波的显示方向，分波形正向反向两种，可根据个人习惯调整；阴影显示：分“打开”、“关闭”两种，打开时即是所谓的“变面积”显示，与一般地震接近，如结合插入显示使用，有利于目测异常点；硬件滤波范围：10Hz10KHz；高通有：10Hz、200Hz、500Hz、1000Hz四档可设，低通有：2000Hz、4000Hz、6000Hz、10000Hz四档可设。(2)连线测试参数设置完成后即