基于精密水准测量的拱顶下沉探究.doc

基于精密水准测量的 隧道拱顶下沉监控量测探究 邱 超 中交一公局土木技术研究院 【摘要】：随着我国交通事业的快速发展，尤其是在高速铁路客运专线迅猛发展的今天，在隧道施工方面也提出了更高的要求。根据《铁路隧道监控量测技术规程》TB10121-2007中规定，拱顶下沉量测已作为隧道监控量测的必测项目。而已精密水准仪为代表的一系列精密测绘仪器也被广泛应用于工程测量，尤其在变形监测中，应用尤为广泛。本文即是在以上前提下，基于应用精密水准仪的精密水准测量技术应用在隧道的拱顶下沉监控量测的探讨，以及提出一种新的测量方法，并做以实地量测和精度分析。旨在为实地拱顶下沉量测提出一种新思路，解决实地量测时遇到的一些困难。并进一步明确外业测量的精度标准。与此同时，还推荐使用了一种外业数据处理和精度评定的办法。希望能对工程实践起到一定指导作用。1 绪论 1.1 拱顶下沉量测 所谓监控量测，即是隧道施工中对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和量测工作。而所谓监控量测的必测项目即是为保证隧道周边环境和围岩的稳定以及施工安全，同时反映设计、施工状态而必须进行的日常监控量测项目。拱顶下沉量测是隧道监控量测的必测项目之一。隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值。单位时间内的拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。 1.2 精密水准测量 精密水准测量一般指国家一、二等水准测量。 1.2.1 精密水准仪 对于精密水准测量的精度而言，除一些外界因素的影响外，观测仪器——水准仪在结构上的精确性与可靠性是具有重要意义的。为此，对精密水准仪必须具备的一些条件提出下列要求。 1.高质量的望远镜光学系统 为了在望远镜中能获得水准标尺上分划线的清晰影像，望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm。 2.坚固稳定的仪器结构 仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并在仪器上套有起隔热作用的防护罩。 3.高精度的测微器装置 精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数，从而提高在水准标尺上的读数精度。一般精密水准仪的光学测微器可以读到mm，估读到mm。 4.高灵敏的管水准器 一般精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。由于水准器的灵敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。 5.高性能的补偿器装置 对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成果的精度。 我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。S是“水”字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。 1.2.2 精密水准尺 水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有误差，则对精密水准测量的观测成果带来系统性质的误差影响，为此，对精密水准标尺提出如下要求： 1.当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。 一般精密水准尺的分划是漆在铟瓦合金带上，铟瓦合金带则以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中，这样铟瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上。 2.水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。 水准标尺分划的偶然误差和系统误差的大小主要决定于分划刻度工艺的水平，当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8～llm。由于精密水准标尺分划的系统误差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。 3.水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。 一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。 4.在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。 在尺身上一般还应有扶尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。 5.为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，一般精密水准标尺都为黑色线条分划。 1