浅谈隧道非接触量测方案文档格式.docx
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二．监控量测主要监测项目及非接触量测绝对位移控制指标
隧道工程监控量测主要包括以下日常监测项目，具体项目见表1.2.1。
表1.2.1监控量测主要监测项目
序号
监测项目
常用量测仪器
备注
1
洞内、外观察
现场观察、数码相机、罗盘仪
2
拱顶下沉
全站仪
3
净空收敛
4
地表位移
水准仪、铟钢尺或全站仪
隧道浅埋段
5
周围环境观察
1.2.2为及时准确预测隧道工程安全性，选择对结构安全反应比较敏感部位的位移作为判定依据，非接触量测位移控制部位，见表4.1.2。
表1.2.2非接触量测绝对位移控制指标
工法
竖直位移
水平位移
全断面法
拱顶
边墙
分部开挖（台阶法、CRD法等）
各分部拱顶
边墙及临时支护
隧道非接触位移监测主要包括相对位移量测和三维绝对位移监测，一般对隧道变形进行相对位移量测即可，当隧道工程采用具有中隔壁分部施工或遇到特殊地质、偏压等情况，相对位移量测无法判定隧道安全性时，必要时可进行三维绝对位移量测。
三．后视点与测点安设实施要求
1.3.1后视点是否稳定对设站点的坐标量测精度和测点的坐标量测精度影响甚大，现场量测人员和施工人员应加强对后视点保护，确保后视点的稳定。
1.3.2埋设预埋件应与监测断面周壁垂直，约成90度角，预埋件埋设完毕后，准备开始位移监测时，可将反射膜片或棱镜固定其上。
1.3.3预埋件的制作尺寸可依据反射膜片的尺寸而定，能够满足安设反射膜片即可。
1.3.4采用反射膜片或棱镜作为后视点时，后视点布置形式可参照图1.3.4。
（a）反射膜片
（b）棱镜
图1.3.4反射膜片或棱镜后视点布置形式
1.3.5隧道工程不同开挖工法下，测点预埋件埋设数量和埋设形式可参照图1.3.4和图1.3.5，应按照现场分部开挖的先后顺序及时进行埋设
台阶法或全断面法
图1.3.5台阶法或全断面法预埋件布置图
1.3.6预埋件埋设时，应采取一定保护措施防止喷射混凝土粘结于预埋件的表面，反射膜片粘贴前应将预埋件粘贴处清理干净。
1.3.7反射膜片安装后，施工和监测人员应注意保护反射片，防止喷射混凝土覆盖其表面，确保其无损、清洁，如有灰尘等赃物而影响监测时，应及时擦拭干净。
1.3.8位移量测期间，应防止测点和后视点被现场施工人员或机械扰动，禁止测点预埋件上悬挂管子、电缆等设备。
四．非接触量测实施方案
1.4.1全站仪三位非接触围岩净空位移量测新技术，其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点位不同时段相对的三维坐标，将测量数据输入计算机通过软件进行后处理，最后输出监测成果，准确、快速地为施工提供参考数据。
1.4.2量测方法
1.使用的仪器
徕卡TS06全站仪一台，反射膜片（贴片）选用Leica尺寸为4cm×
4cm贴片若干，围岩收敛分析后处理软件。
1.4.1测量点位布置
2.粘贴片
根据规范和有关要求及围岩条件、开挖方法等，确定围岩净空位移量测断面的位置、间距以及每个断面的基线布置形式。
完整性较好的岩石，可直接在其表面用贴胶贴上贴片，但安设贴片前必须清洗欲置贴片位置的岩面，粘贴必须牢固，能满足量测周期要求；
对于不稳定岩石可打设锚杆再焊接角钢在角钢上粘贴贴片。
贴片表面法线方向最好垂直隧道轴向，以使仪器接收到最强的反射信号。
3.外业采集数据
（1）针对隧道内不同围岩及地质情况，我们按相关规范及有关规定对不同地段做了围岩量测，下面在DK41+100断面的量测过程作一具体阐述，选择了5个测面6条基线，因为量测内容主要是各量测点间相对距离，全站仪可以自由安置，但为了消除观测贴片时倾斜角度对测距的影响，每次量测时测站位置应大致相同，同时为了增强反射片的反射效果和提高量测准确性应把仪器设置在量测断面前后5m内较为合适。
（2）量测规范要求：
测距取位至0.1”,空间位置（X、Y、H）0.1mm。
对应量测规范精度要求的仪器参数设置：
△D测距较差限差0.5mm；
水平角2C差限差15”；
2C差互差限差6”；
角度归零差限差5”;
i角指标差限差30”；
△i指标差互差限差10”;
测回数6个。
（3）左站测量：
在K67+550处左侧设置仪器，并选择目标点后准备量测，按目标顺序测量各点信息6测回（正倒镜全圆观测法）。
（4）右站测量：
左站测量完毕后，仪器搬至K67+550处右侧，同左站测量顺序一样进行右站测量。
测量完毕后，可以用CASS中展点功能检查左右测站统一基线长度，若发现基线左右站测量长度较差超限（0.5mm），应对这条基线重测。
（5）全站仪三位非接触围岩净空位移量测新技术，其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量测点位不同时段相对的三维坐标，将测量数据输入计算机通过软件进行后处理，最后输出监测成果，准确、快速地为施工提供参考数据。
五．监控量测系统及元器件的技术要求
1.5.1监控量测系统的测试精度应满足设计要求。
拱顶下沉、净空收敛、地表位移、纵向位移、隧底隆起测试精度应满足0.5～1mm以内。
其它监测项目的测试精度结合元器件的精度确定。
1.5.2反射膜片尺寸可采用20mm×
20mm或40mm×
40mm，条件允许情况下，可尽量增加反射膜片的尺寸，以提高照准精度。
1.5.3全站仪量测精度应满足1mm的测试精度，条件允许情况下，尽量选择测试精度较高的全站仪。
1.5.4监控量测人员应配备强烈探照灯，照射反射膜片增加其亮度，使其满足精确照准、读取数据和数据录入的需要。
六．变形监测
1.6.1隧道周壁测点位移量测一般应采用全站仪自由设站法。
1.6.2隧道周壁测点相对位移量测时，可无需建立三维坐标系，全站仪自由设站后直接读取测点坐标即可。
1.6.3隧道周壁测点三维绝对位移量测时，应建立独立局部三维坐标系，一般Z轴为竖直方向，X，Y轴平行于隧道轴线和垂直于隧道轴线，局部三维坐标系可参照图5.2.3。
图5.2.3局部三维坐标系建立示意图
1.6.4隧道周壁测点三维绝对位移量测时，有自由设站和固定设站两种方式，一般应采用全站仪自由设站三维绝对位移量测法
1.6.5隧道内粉尘浓度应控制在2mg/m3以下，减小粉尘浓度以提高可视距离。
1.6.6隧道周壁测点位移量测时，全站仪测站设置一般应满足如下要求：
1测站距反射膜片的距离D应控制在100m以内。
2受隧道施工影响，为提高工作效率，同一测试断面设站次数可控制在2次以内。
3一次设站无法位移量测时，可进行转站量测，但转站次数不能超过3次。
1.6.7受隧道内量测环境影响，自动搜索无法精确照准测点中心时，应采用人工照准。
1.6.8测点三维坐标X，Y，Z获得后，可通过计算公式获得测点三维位移量△X，△Y，△Z以及测线收敛变化量△D，根据计算获得三维位移值和收敛量测值，即可判断围岩和支护结构的稳定性，为信息施工提供真实、可靠的参考依据。
1采用非接触三维绝对位移量测时
（6.1.4-1）
式中k—观测期数；
i—测点编号；
△x—测点在X轴方向的位移（mm）；
△y—测点在Y轴方向的位移（mm）；
△z—表示隧道测点的竖直位移（mm），如果测点在隧道拱顶处，则表示拱顶下沉值。
2采用非接触相对位移量测时
测线长度为
（6.1.4-2）
测线收敛值
为
（6.1.4-3）
i，j—测点编号。
七．工程安全性评价及相应的工程对策
1.7.1工程安全性评价及相应的工程对策，工程安全性评价流程见图1.7.1。
图6.2.6工程安全性评价流程图
八．整体梳理
1.8.1目前，非接触量测方法主要包括全站仪自由设站法、近景摄影法、巴赛特收敛系统、激光断面仪等方法，而全站仪自由设站法有其操作过程简单、量测精度高、环境适应性强等优势逐渐在隧道位移量测工程中被广泛应用，因此本规程制定主要针对全站仪非接触量测而进行，同时也为其他非接触量测方式提供参考。
1.8.2后视点埋设位置是确保后视点稳定的关键，后视点必须埋设于已经相对稳定的物体上，应根据现场施工环境的实际情况选择后视点埋设的位置，由于二次衬砌相对于初期支护更加稳定，所以当测点与二次衬砌距离较近且满足量测精度时，后视点应埋设于二次衬砌上，当后视点距离二次衬砌较远而无法进行量测时，后视点可埋设于已经相对稳定的初期支护上，总之，最终应确保后视点稳定。
1.8.3由于反射膜片粘贴于预埋件上，预埋件埋设的角度可直接影响反射膜片与隧道轴线的角度，所以应尽量使预埋件与边墙垂直，可保证全站仪量测时能精确照准反射膜片的中心，精确读取坐标值。
1.8.4对于CRD法、CD法和双侧壁法等分部开挖的隧道，当进行各分部监测断面位移量测时，由于各分部间中隔壁的影响，各分部监测断面无法共用同一组后视点，所以应在各分部埋设独立的后视点和建立三维坐标系，其中后视点应埋设在封闭且已经稳定的断面边墙上，严格禁止中隔墙上埋设后视点。
1.8.5预埋件应在喷射混凝土前埋设，喷射混凝土时，必须采取一定保护措施防止混凝土直接喷射于预埋件的钢板面上，例如采用土工布或塑料袋等包裹预埋件的钢板面上。
粘贴反射膜片时，预埋件上的混凝土应清理干净，确保反射膜片与预埋件粘贴牢固。
1.8.6反射膜片安设后，现场施工人员应注意避免下一循环施工喷射混凝土时将反射膜片覆盖，从而无法精确照准和读取数据，同时当反射膜片被灰尘覆盖而无法进行读数时，应采取一定的措施对其进行擦拭干净，继续监测。
1.8.7在位移量测过程中，必须防止预埋件在隧道施工时被扰动，例如，挖掘机施工时碰撞，台车移动时碰撞等，禁止预埋件上悬挂施工物品，例如，管子，电缆等。
如果被扰动，量测人员会把扰动的位移误认为测点变形而误判围岩的稳定性，所以对预埋件的保护必须重视。
1.8.8反射膜片的规格有40×
40mm，20×
20mm等尺寸，反射膜片尺寸越大，量测时越易照准，所以在条件允许的情况下可采用大规格的反射膜片，当量测距离较近时可采用小规格反射膜片，然而为保证设站精度，后视点的反射膜片应采用规格较大的反射膜片。
1.8.9监控量测时，监测人员需用照射灯照射反射膜片，使其反射光源而发亮，以便全站仪精确照准膜片读取数据，所以量测人员应不断调整照射灯照射角度，可使反射膜片发光最强时进行监测。
1.8.10为更加真实、直观的反应隧道侧壁的位移信息，设定X轴方向为隧道中心线方向，正向为隧道施工方向，Y轴为垂直于隧道中线的方向，Z轴垂直地面竖直向上，坐标系O-XYZ构成一个局部的左手直角坐标系。
图5.2.3三维坐标系确定示意图
1.8.11隧道内粉尘浓度对全站仪非接触量测影响较大，洞内粉尘浓度大导致可视距离近，监控量测人员无法进行照准和读数，所以应控制隧道内粉尘浓度，隧道内粉尘浓度与可视距离的关系见图5.2.5。
图5.2.5粉尘浓度与全站仪可视距离关系
由上图可知，全站仪可视距离与粉尘浓度呈反比关系，粉尘浓度增加，可视距离减小。
当粉尘浓度为8mg/m3时，可视距离约为30m，当粉尘浓度为2mg/m3时，可视距离约为100m，所以隧道内粉尘浓度应控制在2mg/m3以下。
1.8.12由于受隧道内环境的影响，主要为粉尘的影响，采用全站仪自动搜索很难照准反射膜片的中心，从而增加量测误差，所以应采用人工精确照准反射膜片十字丝中心，同时应保持监控量测人员不变，减小人为因素引起的误差。
九．总结
近年来，大断面隧道日益增多，施工方法多变，这给隧道周边位移量测带来了不同程度的困难，并对位移量测方法和精度提出更高的要求。
三维非接触式围岩净空位移量测技术，对施工干扰小、测量速度快、测量精度高，特别是对于大跨隧道，更能显示出其方便、准确、灵活、快速、适应性强的优点，克服了传统的接触式量测方法的缺点。
随着隧道施工技术进步，三维非接触式围岩量测技术会逐步完善成熟，必定在隧道施工中得到全面推广应用。
全站仪自由设站非接触量测方式是目前工程逐渐采用的一种非接触量测方式，但是，由于缺乏完整的、统一的技术规程，隧道工程的监控量测工作，在不同程度上还存在着采用技术标准依据不足、数据处理方法选择不当、量测数据反馈不及时、记录不完整以及量测设备陈旧等问题。
制定本方案，是为了使隧道工程的非接触监控量测设计、施工和验收有一个统一的标准，达到符合安全适用、技术先进、经济合理的要求。
附录C隧道非接触三维位移量测数据记录表
隧道三维位移量测数据记录表
工程名称
合同段
施工单位
监理单位
断面里程
围岩级别
覆盖层厚度
偏压状况
后视点坐标
XA
YA
ZA
XB
YB
ZB
断面埋设时间
初测时间
施工方法
支护形式
量测日期
时间
间隔
累计量测
测点绝对三维坐标
绝对三维坐标变化量（mm）
三维坐标变化量累计值（mm）
三维变化速率（mm/d）
距掌子面距离（m）
掌子面围岩级别
年月日
时分
（d）
测点编号
X
Y
Z
△X
△Y
△Z
∑△X
∑△Y
∑△Z
VX
VY
VZ
量测人员：
审核员：
监理：
时间：
年月日
附录D隧道非接触相对位移量测记录表
隧道相对（收敛）位移量测记录卡
测点绝对
三维坐标（m）
测线长度（mm）
测线长度变化量
（mm）
测线长度变化量累积值（mm）
测线长度变化
速率（mm/d）
距掌
子面
距离
（m）
掌子
面围
岩级
别
测点编号（i）
测点编号（j）
测线编号
Dij
△Dij
∑△Dij
VDij
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