浅谈全站仪在隧道拱顶沉降测量中的运用_刘鑫

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浅谈全站仪在隧道拱顶沉降测量中的运用

刘　鑫，杨　洋，廖　伟

（）广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　５３００２９

ＲＩＤＧＥＡＮＤ　

ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＴＵＮＮＥＬ　

桥隧工

程

摘　要：在隧道施工监测中采用高性能全站仪测量拱顶沉降，其测量精度符合施工监测的要求。文章针对传统拱顶沉降监测方法的不足，分析高性能全站仪测量方法的并结合建单山隧道工程实例，通过采用高性能全站仪和精密水准仪对隧道同一优势，

证明了高性能全站仪监测拱顶沉降的可行拱顶沉降测点进行变形监测及数据分析，

性和优异性，对隧道拱顶沉降监测具有积极的参考意义。关键词：隧道；拱顶沉降；桥面变形；全站仪；精密水准仪；测量

＋

：中图分类号：Ｕ４５２．１７Ａ　ＤＯＩ１０．１３２８２／．ｃｎｋｉ．ｗｃｃｓｔ．２０１４．０６．０２０　文献标识码：ｊ

（）文章编号：１６７３８７４２０１４０６０８８３４００

ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓｏｎｔｈｅＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴｏｔａｌＳｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆ　　　　　　　　　　　ｐｐＴｕｎｎｅｌＶａｕｌｔ　

，ＬＩＵ　Ｘｉｎ，ＹＡＮＧ　ＹａｎＬＩＡＯ　Ｗｅｉｇ

（，，，）ＧｕａｎｘｉＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎＳｕｒｖｅｉｎａｎｄＤｅｓｉｎｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＮａｎｎｉｎＧｕａｎｘｉ５３００２９　　　ｇｇｙｇｇｇｇｇ　　　：ＡｂｓｔｒａｃｔＷｈｅｎｕｓｉｎｔｈｅｈｉｈｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｖａｕｌｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｄｕｒｉｎｔｕｎｎｅｌ　　－　　　　　　　　ｇｇｐｇ　　

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，ｔｕｎｎｅｌｉｔｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔａｎｄｓｕｅｒｉｏｒｉｔｏｆｈｉｈｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｖａｕｌｔｒｏｖｅｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　　　　　　　　　　　　ｙｐｙｇｐｐ　　

作者简介

刘　鑫，助理工程师，主要从事桥梁与隧道工程检测工作；杨　洋，助理工程师，主要从事桥梁与隧道工程检测工作；廖　伟，技术员，主要从事桥梁与隧道工程检测工作。

，ｏｓｉｔｉｖｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｗｉｔｈａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｔｕｎｎｅｌｖａｕｌｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎ．　　　　　　　　　　ｐｇｇ

：；；；；；ＫｅｏｒｄｓＴｕｎｎｅｌＶａｕｌｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔＤｅｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｏｔａｌＳｔａｔｉｏｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎＬｅｖｅｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　　　　ｙＷ

０　引言

新奥法在隧道施工中的运用越来越广泛，而隧道监控量测又是新奥当前，

，法的核心内容之一。作为隧道工程施工的“眼睛”系统完善的监控量测对于指导施工和参数优化具有极为重要的作用。目前，隧道拱顶沉降监测方法主要采用精密水准仪悬挂铟钢尺法。精密水准仪法具有精度高、数据稳定的优点，但

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ＷｅｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ　

西部交通科技ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ　　ｇｙ

精密水准仪法对光线非常敏感，且易受施工环境干扰及耗费人工。而随着全站仪的日臻完善，采用高性能全站仪进行隧道拱顶沉降监测可克服精密水准仪测量的缺陷，精确测量桥梁桥面变形，效率高，且测量结果受人为因素影响小，不影响隧道的正常施工，值得推广和运用。本文分别从原理、实践方面对该方法的可行性进行研究。１　拱顶沉降监测方法

图２　全站仪三角高程法示例图

１．１　传统方法

传统的隧道拱顶沉降监测方案一般采用精密

）。该法具有精度高的优水准仪悬挂铟钢尺法（图１点，但缺点也非常明显：由于每次测量都需要在测人为操作因素对测量精度影试点上悬挂倒勾钢尺，

而拱顶沉降测点在隧道中心线上，测量时常响大，

影响隧道的正常施工，特别是测点离掌子面近时，常因为掌子面工作平台在作业无法悬挂倒勾钢尺工作强度大且效率较低

。而影响测量工作，

２　全站仪精度分析

采用全站仪三角法进行测量，在隧道拱顶测点安装具有固定反光贴的测点装置，基准点设置在隧道地面，基准点用全站仪棱镜模式进行测量，拱顶。测点用无棱镜模式进行测量。见图３

图３　全站仪测量拱顶沉降示意图

文献研究表明：采用１全站仪三角高度单向．０″观测，考虑地球曲率和大气折光的影响，当竖直角

图１　精密水准仪悬挂铟钢尺法示例图

、前后视距离≤１其挠度中误差０°００ｍ时，≤２

、当竖直角≤４前后视距离≤１１．０６ｍｍ；０°００ｍ＜

时，其挠度中误差＜全站仪三２．００ｍｍ。采用０．５″

角高度单向观测，考虑地球曲率和大气折光的影、当竖直角≤前后视距离≤１其挠度响，２０°００ｍ时，

、中误差＜当竖直角≤４前后视距离≤０．５３ｍｍ；０°

［］

其挠度中误差＜１００ｍ时，１．００ｍｍ２。

１．２　新的方法

高性能全站仪三角高程法，采用反光贴进行非

），接触测量（见图２测站应固定位置，后视点距测站距离与测量点距测站距离宜等距，后视点采用棱镜测量且棱镜高应固定高度，测量点采用反光帖，测量距离ＬＬ０～５０ｍ之间。每次测量后视１、２宜在３点和测量点重复测量三次，取其平均值做为测量结果。该法效率高，测量结果受人为因素影响小，不影响隧道正常施工

。

３　工程实例

建单山隧道为小净距隧道，隧道起止桩号：左，洞为Ｚ设计长度为Ｋ３０２＋５１５～Ｋ３０３＋３３２５　

２０１４年第６期总第８３期　８９

其中明洞长２右洞为Ｋ８１０ｍ，２ｍ；３０２＋５２０～Ｋ３０３，设计长度为其中明洞长＋３３０８１０ｍ，２５ｍ。

隧道区属岩溶峰丛谷地地貌，海拔１３０～相对高差３９０ｍ，２６０ｍ。拟建隧道进洞口段山体斜

、出洞口段山体斜坡自然坡角约坡自然坡角约１０°，上陡下缓，局部呈绝壁陡崖，未见滑坡、崩塌、３０°

危岩等不良地质现象，隧道进出口自然斜坡较稳定。隧道所穿越山体岩性主要为二叠系下统（Ｐ１）灰岩，隧道位于南丹－昆仑关断裂带的东侧，分布于塘昶向斜：该向斜为澄泰向斜北部，轴向北西－南东，呈屉状褶皱，向两端扬起。洞身范围发现有

两断层，性质不明，断层宽度均为０规模很小．５０ｍ，且胶结较好。地表水对隧道基本无影响，隧道区内地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水，富水性较差。

为了对高性能全站仪新方法的可行性和有效、性进行验证，采用精密水准仪Ｄ全站仪ＩＮＩ０３１．０″、全站仪ＴＴＳ０９０．５″Ｓ３０对建单山右洞Ｋ３０２＋５６０

处拱顶沉降测点进行观测，精密水准仪拱顶测点和三种测量结果对全站仪拱顶测点布置在同一位置，。比见表１

表１３０２＋５６０处拱顶沉降结果对比表　建单山右洞Ｋ

高程（偏差（ｍ）ｍｍ）

＂全站仪＂全站仪精密水准仪偏差１偏差２偏差３０．５１．０

：１００１７７．１８９９１７７．１８９９１７７．１８９９３－０．０３－０．０３０．０２０１２－１０－９　１　　　　　　：０００１７７．１８９３１７７．１８９４１７７．１８９３６－０．０６０．０４－０．１２０１２－１０－１０　１　　　　　　：２０１２－１０－１１０００１７７．１８８９１７７．１８９０１７７．１８８８９０．０１０．１１－０．１　１　　　　　　　：２０１２－１０－１２１１００１７７．１８８１１７７．１８８１１７７．１８８１３－０．０３－０．０３０．０　　　　　　　：１００１７７．１８７７１７７．１８７６１７７．１８７６６０．０４－０．０６０．１２０１２－１０－１３　１　　　　　　　：２０１２－１０－１４１００１７７．１８７４１７７．１８７４１７７．１８７４４－０．０４－０．０４０．０　１　　　　　　：０００１７７．１８７２１７７．１８７４１７７．１８７２２－０．０２０．１８－０．２２０１２－１０－１５　１　　　　　　：２０１２－１０－１６１００１７７．１８７１１７７．１８７１１７７．１８７１６－０．０６－０．０６０．０１注：偏差１为０全站仪对精密水准仪测量偏差，偏差２为１全站仪对精密水准仪测量偏差，偏差３为０全站仪对１全站仪测量．５″．０″．５″．０″

测量时间

偏差。

由表１可知，全站仪与精密水准仪最大测０．５″全站仪与精密水准仪最大量偏差为０．０６ｍｍ，１．０″测量偏差为０全站仪与１全站仪最．１８ｍｍ，０．５″．０″全站仪法和精密水准仪法大测量偏差为０．２ｍｍ，得到的数据基本吻合，尤其是０全站仪测量数据．５″与精密水准仪测量数据基本一致。由此证明０．５″全站仪测量拱顶沉降是完全可行、有效的，且全站不影响隧道施工，体现了全站仪测仪测量效率高、

量隧道拱顶沉降的优越性。３　全站仪测量拱顶下沉关键措施

设站应标识设站宜设在基准点和测点中间，

好，每次设站在同一位置固定进行测量，这样可以大大消除因测距和竖直角所产生的误差；设站与测点及设站与基准点的距离应设在３距离太０～５０ｍ，小，则竖直角增大，距离太大，中误差增大，都是使

测量误差增大。４　结语

采用高性能全站仪测量隧道拱顶沉降，具有简单灵活、测量时间少、效率高、不影响隧道施工等特并能有针对性地采取减少测量误差的措施，该点，

法可为对隧道拱顶沉降的监测提供参考。

参考文献

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收稿日期：２０１４６３００

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