CN107436138A - 一种隧道变形自动化监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道变形自动化监测方法，包括如下步骤：（1）设置基准点：在隧道出口设置4个地面基准点，其中2点为校核点；（2）设置变形点：在隧道洞内衬砌断面上设置5个变形点，分别位于两墙脚、两拱腰及拱顶处；（3）设置测站：洞内边墙电缆槽上上设置仪器测站；（4）观测：将全站仪放置在测站上，全站仪的各项轴系误差及指标差进行准确调校，观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正，观测采用记录测量模式，所有观测监测点均存储在仪器内；（5）数据处理：全站仪将测量数据上传到计算机上，计算机将自动进行误差评定、回归分析，并相应输出量测成果，并打印报表。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道变形自动化监测方法，属于隧道施工技术领域。
背景技术
在岩土中修建隧道及地下工程，理论的合理性分析比较困难，牵涉的问题繁多，其主要原因是地质条件的复杂性、施工方法的难以模拟性、围岩与结构支护相互作用的复杂性，现代隧道工程建设的特点是借助现场量测对围岩进行动态监测，并通过信息反馈指导施工作业和修正完善设计，监控量测是隧道施工安全的必要保障。目前的隧道施工，大多采用接触量测方法，但该方法施工干扰大，对于大跨度隧道的监测难度大；同时，接触量测只能进行相对周边位移的安全评价，其对隧道存在的偏压位移、隧道洞体的整体下沉位移及CD施工法的中隔墙位移无法做到安全预警。因此，接触量程尚存在很大的局限性。因此，在施工中我们从高精度、简单实用、快速准确的原则出发提出了非接触监测，但是非接触监测也存在监测时间长，受施工影响，自动化程度低等缺点。为解决以上问题，特提出使用自动变形监测系统进行隧道自动化监控量测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道变形自动化监测方法，可自动化监测系统对围岩净空位移、水平收敛及拱顶下沉量测等进行测量，每一断面均可在几分钟内完成。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种隧道变形自动化监测方法，包括如下步骤：
（1）设置基准点：在隧道出口设置4个地面基准点，其中2点为校核点；
（2）设置变形点：在隧道洞内衬砌断面上设置5个变形点，分别位于两墙脚、两拱腰及拱顶处；
（3）设置测站：洞内边墙电缆槽上上设置仪器测站；
（4）观测：将全站仪放置在测站上，全站仪的各项轴系误差及指标差进行准确调校，观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正，观测采用记录测量模式，所有观测监测点均存储在仪器内；
（5）数据处理：全站仪将测量数据上传到计算机上，计算机将自动进行误差评定、回归分析，并相应输出量测成果，并打印报表；
其中，所述步骤（2）中变形点为由薄钢板弯成直角形状并固定在衬砌表面上，并将反射膜片裁成方片粘在钢板上而形成。
前述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（2）中变形点处设置的反射膜片与全站仪光轴的倾斜角度不大于30度。
前述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的地面基准点用混凝土浇铸而成，埋置深度1m，采用对中杆及圆棱镜观测。
前述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（3）中采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，得观测值，然后取其平均值作为一次设站观测的结果。
前述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（3）中仪器测站的周围设置有防护区。
前述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述薄钢板的厚度为2.5mm，反射膜片为70mm*70mm的正方形片。
本发明所达到的有益效果：
1、自动化监测系统对围岩净空位移、水平收敛及拱顶下沉量测等进行测量，每一断面均可在几分钟内完成；
2、因为全站仪仪器可用后方交会设站，这就给测量带来很大灵活性，可以在不同的现场条件下选择最佳位置设站，减少其它工序对测量的干扰，反之也减少了测量对其它工序的干扰。在某些人力设备不能到达的或危险的地方，只要满足测程与通视两个条件就可完成测量任务，减少测量对其它机械设备（如脚手架，升降机等）的依赖。因全站仪采用极坐标的方式进行放样，加上其自动化程度较高，一般即需两人即可完成作业任务；
3、传统监控量测一般在出渣完后进行，往往占用数十分钟的时间，而采用全站仪放样，尤其是通风效果好时，可在出渣的同时进行监控量测，边装渣边测量，实现零分钟测量；
总之，自动变形监测系统的出现，使传统隧道监控量测不易、不能解决的总是得到很好的解决，准确、快速、灵活的测量，有望建立隧道表面数字模型，准确快速绘制监测点变化趋势图，为施工决策提供数据基础，减少浪费，减少返工，为整个工程提供基础保证，这一技术将在隧道监测中得到普及，取代传统监控量测方法。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种隧道变形自动化监测方法，包括如下步骤：（1）设置基准点：基准点用于建立三维坐标系，要求稳固不动，其坐标可根据现场情况自行设置而不必测量（如用于建立绝对三维位置坐标系则需先测定基准点的坐标，对于变形作业一般无此要求），本实施例中，在隧道出口设置4个地面基准点，其中2点为校核点，通过在隧道洞口共设置4个地面基准点，其中2个为常用后视基准点，2个为校核点。我们采用后方交会设站只需2个基准点即可，但是设站过程中是存在的误差，如果将此项误差带到监测过程中去，就会对监测数据产生影响。当没有校核点时我们并不知道设站的误差是否在规范允许的范围内，所以每次设站完成后我们将在正常的监测工作前先测量2个校核点的坐标，通过现场测量的坐标与实际坐标进行对比，看设站误差是否在规范允许范围内，若误差在规范允许范围内，则进行正常监测工作；若误差超过规范允许范围，则重新设站，直至误差在允许范围内。（2）设置变形点：在隧道洞内衬砌断面上设置5个变形点，分别位于两墙脚、两拱腰及拱顶处；其中，变形点为由薄钢板弯成直角形状并固定在衬砌表面上，并将反射膜片裁成方片粘在钢板上而形成，用此种变形点的好处位结构简单；造价低廉；现场制作方便；对施工干扰小；现场查找方便；易于标识等。（3）设置测站：洞内边墙电缆槽上上设置仪器测站。（4）观测：将全站仪放置在测站上，全站仪的各项轴系误差及指标差进行准确调校，观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正，观测采用记录测量模式，所有观测监测点均存储在仪器内；本发明中所采用的自动全站仪又名测量机器人，在系统软件的控制下对测量目标点进行自动数据采集。TCA自动化全站仪能够自动整平、自动调焦、自动正倒镜观测、自动进行误差改正、自动记录观测数据，其独有的ATR（Automatic TargetRecognition，自动目标识别）模式，使全站仪能进行自动目标识别，操作人员一旦粗略瞄准棱镜后，全站仪就可搜寻到目标，并自动瞄准，不再需要精确瞄准和调焦，大大提高工作效率。（5）数据处理：全站仪将测量数据上传到计算机上，计算机将自动进行误差评定、回归分析，并相应输出量测成果，并打印报表；本发明所采用的软件GeoMos Monitor是专门用于监测的、与TCA2003全站仪配套的变形测量软件，其在Windows环境下运行，并将数据存储在SQL Server数据库中，它既可按操作者设定的测量过程和选定的基准点、观测点进行相应的测量处理，也可快速建立三维坐标、位移量以及其它相关数据库，实现数据的快速存储、检索、编辑，可实时显示量测数据，并进行实时处理或后处理，能实时显示图形或事后显示。同时还可以采用自己编制的软件,利用和GeoMos的软件接口，对测量数据进行后处理，按施工方要求的格式将监测点的位移变化转化为标准图表的形式直观地表达出来，绘制出监测报表和位移曲线，自动实现数据分析、报警以及报表生成的功能，可以根据用户的要求提供报表的形式。
其中，步骤（2）中变形点处设置的反射膜片与全站仪光轴的倾斜角度不大于30度，在倾斜角度小于30度的情况下可以减少照准对测距的影响，从而提高监测精度。所述步骤（1）中的地面基准点用混凝土浇铸而成，埋置深度1m，采用对中杆及圆棱镜观测，地面基准点用混凝土浇铸而成，埋置深度1m作用是确保基准点的稳定性，提高测量精度。工程测量规范(GB50026-2007)中基准点埋深为85cm，所以此处基准点埋设设置为1m主要是为了确保监测精度。采用对中杆及圆棱镜观测简便快捷，是测量中常用的办法。
步骤（3）中采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，得观测值，然后取其平均值作为一次设站观测的结果，从而能够确保观测精度。
步骤（3）中仪器测站的周围设置有防护区，为避免车辆振动干扰以及安全起见，观测时测站附近设置了防护区。由于是自由设站，测站上仪器无需对中。但为了消除膜片倾斜对测距的影响，测站位置固定。
所述薄钢板的厚度为2.5mm，反射膜片为70mm*70mm的正方形片，反射膜片的参数确定主要原则为坚固耐用；现场查找方便；对施工干扰小；节约成本等。
综上所述，本发明提供的一种隧道变形自动化监测方法，可自动化监测系统对围岩净空位移、水平收敛及拱顶下沉量测等进行测量，每一断面均可在几分钟内完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）设置基准点：在隧道出口设置4个地面基准点，其中2点为校核点；
（2）设置变形点：在隧道洞内衬砌断面上设置5个变形点，分别位于两墙脚、两拱腰及拱顶处；
（3）设置测站：洞内边墙电缆槽上上设置仪器测站；
（4）观测：将全站仪放置在测站上，全站仪的各项轴系误差及指标差进行准确调校，观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正，观测采用记录测量模式，所有观测监测点均存储在仪器内；
（5）数据处理：全站仪将测量数据上传到计算机上，计算机将自动进行误差评定、回归分析，并相应输出量测成果，并打印报表；
其中，所述步骤（2）中变形点为由薄钢板弯成直角形状并固定在衬砌表面上，并将反射膜片裁成方片粘在钢板上而形成。
2.根据权利要求1所述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（2）中变形点处设置的反射膜片与全站仪光轴的倾斜角度不大于30度。
3.根据权利要求1所述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的地面基准点用混凝土浇铸而成，埋置深度1m，采用对中杆及圆棱镜观测。
4.根据权利要求1所述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（3）中采用三次重复设站，每次设站采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，得观测值，然后取其平均值作为一次设站观测的结果。
5.根据权利要求1所述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述步骤（3）中仪器测站的周围设置有防护区。
6.根据权利要求1所述的一种隧道变形自动化监测方法，其特征在于：所述薄钢板的厚度为2.5mm，反射膜片为70mm*70mm的正方形片。
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