后方交会法在大跨径浅埋暗挖隧道围岩变形监测中的应用（论文）.pdf

·18· 后方交会法在大跨径浅埋暗挖隧道围岩变形 监测中的应用 田茂森 （上海港湾工程质量检测有限公司，201315，上海） 　　 摘　要 ：近年来，我国高铁隧道施工不断增加，如何对浅埋暗挖施工隧道的软弱围岩进行行之有效的变 形监测工作也成为各项目施工阶段重要的一环。提出采用全站仪后方交会法设站定向，非接触测量方法监测 隧道围岩变形，推导了自由设站点的坐标计算模型，并以实践中长期观测获得的数据作为支撑，说明该方法 的可行性，为其他类似工程提供可借鉴的经验。 　　 关键词： 高铁隧道；围岩变形监测；后方交会法；全站仪 　　 中图分类号： U 455 文献标志码： B 文章编号： 1000–726(2018)14–0018–02 收稿日期： 2018–11–26 作者简介： 田茂森（1989—），男，河北沧州人， e-mail：thomouson@ gmail.com. 本文结合北京某大跨径高铁隧道，来详细论述全 站仪后方交会法在双侧壁导坑法施工过程中的应用， 为类似工程积累经验。该隧道采用双侧壁导坑法施工， 将工程断面化大为小，分开施工，尽快沿开挖轮廓形 成封闭或半封闭的承载结构，最终组建成一个贯通的 大隧道。因此，施工过程中的交叉作业较多，传统的 挂尺法和收敛计受人工环境影响较大，与现场施工相 互干扰，测量效率低，难以满足现场施测的要求，使 得寻求一种非接触式的隧道监控量测方法成为必然。 全站仪后方交会法便应运而生。 1　全站仪后方交会法原理 全站仪后方交会法是指通过观测设站点到两个 以上控制点的距离和角度来解算待定点坐标的测量方 法，可分为角度后方交会、距离后方交会和边角后方 交会3种。如图 1所示，以角度交会法为例，已知 A, B,C 3 点的坐标，通过测量 3个角度 α, β, γ即可求出 这 3个角度顶点 P的坐标。事实上，随着全站仪的 普及，往往一次设站即能够观测到角度，又能获得距 离，使得求解待定点有了更多的多余观测，可严密确 定该点的三维坐标，并提高点位精度及可靠性。 标值，从而求得相应的变化量和变化速率，达到对隧 道拱顶沉降和净空收敛等位移项的监控量测工作。 2　全站仪后方交会法在施工监测中的应用 北京某大跨径高铁隧道位于北京郊区所在的平原 区，地处温榆河冲洪积扇中上部，暗挖隧道段落特殊 性岩土主要为填土，填土厚度一般为 1.0~8.6 m左右， 属于浅埋施工地段，围岩等级为Ⅵ级，工程性质较差。 不良地质作用主要为区域地面沉降，主要由于开采地 下水引起，可能导致隧道结构变形或渗漏，影响施工 的安全与稳定。 暗挖隧道采用双侧壁导坑法施工，该隧道断面被 分为6个导洞分步开挖，隧道内监测内容包括拱顶沉 降和净空收敛，各监测断面布点形式均按照设计要求 和相关规范完成，布点位置如图 2所示，每断面共 7 个测点（测线）， 1 ,2 ,5号导洞拱部3个拱顶沉 降监测点， 1 ,2 ,3 ,4号导洞各布设 1条收敛测线 （两侧用相同规格观测标设置）。 CB A P γ β α 图 1　角度交会示意 设站点坐标得到后，由该点获取各隧道监测点的 观测数据。并周期性重复观测，得到监测点的三维坐 拱顶沉降测点 净空收敛测线 GD02 GD03 GD01 SL02 SL01 SL03 SL04 图2　隧道各断面点位布置断面示意 本隧道内导洞较多，且洞内空间较狭窄，交叉 作业交多，根据现场需要采用全站仪后方交会法进 行隧道围岩的监控量测工作。首先以隧道前进方向 建 筑 技 术 Architecture Technology 第 49 卷 增刊 2018 年 12 月 Vol.49 No.12 Dec. 2018 ·19· 田茂森：后方交会法在大跨径浅埋暗挖隧道围岩变形监测中的应用 的轴线为 x轴、相同水平面上垂直于该轴向的方向线 为 y轴、沿铅垂线方向向上为 z轴建立左手空间直角 坐标系，如图3所示，该坐标系是用于施工监测的 独立坐标系统。控制点 A, B埋设在隧道口附近的稳 定区域，两点三维坐标分别为（ XA, YA, ZA）,（ XB, YB, ZB）。 P点为根据施工现场环境选取的任意设站点，该 点为待定点，设其坐标为（ Xp, Yp, Zp）。将高精度全 站仪架设在 P点，可以同时测的 AP , BP 两点平距 A'P, B'P，以及两点相对于 P点的竖直角 Va, Vb及其 水平角 θ（图 4）。 设站完成后，即可进行变形监测点的观测，读取 方向、距离、角度等观测值，以此计算各测点的三维 坐标及测线的长度。并通过周期性观测获得每个测点 的日变化速率和累计变化量，可反映隧道双侧壁及拱 顶的位移情况，以作统计分析，及时反馈给施工单位。 选取隧道内任意监测断面测点 DK30 ＋ 060 GD01、DK30 ＋ 060 SL01。二者均位于 1号导洞内， 为施工过程中最先开挖和封闭的部位，对比二者累计 变形量变化曲线， 4月初先后布点施测，布点初期变 化量逐渐增大，且日变化速率较大，持续到 5月中旬， 之后变化速率放缓，累计值曲线逐渐趋于平滑，随后 保持稳定。可知，因开挖后围岩自身变形、初级支护 受力的作用与围岩体慢慢结合及隧道内其他导洞开挖 施工的影响的因素，该断面 4份的变化量是最大的。 同断面相邻测点按设计