隧道施工全站仪自由设站非接触量测的安全基准应用研究.pdf

本期专题 隧道施工全站仪自由设站非接触量测的 安全基准应用研究 1，2 3 冯守中 ，王明年 （1.上海朗琦土木工程有限公司，上海 200437; 2.武汉广益工程咨询有限公司，湖北 武汉 430074; 3.西南交通大学，四川 成都 610031） 摘 要：监控量测是隧道安全施工的重要控制手段，安全管理控制基准的建立对隧道节约设计和安全施工具有保 障作用。 目前公路、铁路隧道施工规范的位移控制基准都是以相对位移控制建立，而对于特定跨度、特定施工方 法的必须进行非接触量测的矢量位移控制基准尚无规定。文章通过对全站仪自由设站的非接触量测实践的分析研 究，提出了非接触量测的三维矢量位移控制基准和非接触量测的隧道施工安全管理判定基准，从而对非接触量测 中判断隧道开挖施工时的围岩、支护结构的稳定性具有重大的经济意义和实际应用价值。 关键词：隧道工程；非接触量测；围岩；三维矢量位移；收敛；基准 中图分类号：U455 文献标识码：B 测。我国公路、铁路隧道施工中的安全基准控制都是针 1 概述 对接触量测方法而建立的，接触量测的控制基准是以周 隧道施工监控量测分接触量测和非接触量测两种方 边的相对位移为条件，但相对位移基准控制对隧道在偏 法，目前隧道工程施工中普遍使用的量测方法是接触量 压状态、隧道整体下沉状态及CD 法施工或CRD 法施工 图1 隧道非接触量测矢量位移控制基准研究方法 基金项目：安徽省交通科技项目（2007-16）。 作者简介：冯守中（1963-），男，安徽滁州人，教授，从事土木工程咨询和研究工作。 6 2010 年02 期(总第62 期) 时的中隔墙位移不能起到安全控制的目的。工程实践表 台阶法施工中代表性断面中测点位移矢量量测的累 明大跨度隧道施工，接触量测方法是非常不方便的也是 积变化见图2～ 图4 ；全断面法施工中代表性断面中测点 严重干扰施工进度的。而近期研发的隧道施工全站仪自 位移矢量量测的累积变化见图5～ 图7 。 由设站非接触量测技术则操作简便、快速、对施工干扰 小，适应能力强，精度≤1mm，本文通过工程实践分析 研究，并提出了非接触量测的三维矢量控制基准。 2 隧道非接触量测极限位移基准研究方法 通过现场全站仪自由设站法的非接触量测手段以及 室内理论计算相结合的研究方法，在隧道的施工过程中 布置监测系统，对现场围岩的开挖及支护过程中了解围 岩稳定性及支护结构的工作状态。对不同围岩级别、不 同埋深、不同开挖方法的位移监测断面数据进行统计分 图3 南岭隧道ZK24+660 断面各测点Y 方向变化量累积值 析，又通过连续体模型的正算和通过荷载-结构模型的 反分析，再将计算结果与实测值进行对比分析得出绝对 位移控制基准，再和施工中出现险情断面的围岩地质条 件，支护变形量，和支护位移速率互相验证，从而最终 确定岩质围岩双车道公路隧道和土质围岩三车道公路隧 道绝对位移控制基准，进而可以有效的掌握围岩的稳定 性以及了解支护结构的极限工作状态。研究的技术路线 如图1。 3 非接触量测的矢量位移安全基准控制指标 图4 南岭隧道ZK24+660 断面各测点X 方向变化量累积值 公路隧道设计中，目前2 车道的隧道较多，通过地 处大别山区的六安至武汉高速公路安徽段 16 条二车道 隧道的实际非接触量测研究试验，在隧道施工的不同断 面布设应力与位移实测点，通过实测数据分析，在台阶 法或全断面法施工的二车道隧道施工时，非接触量测的 三维位移矢量安全控制特点为： (1) 拱顶竖直位移最大，对结构安全敏感性最强。