现代测绘技术在运营期隧道养护中的应用

时间：2024-08-31

赵鹏

摘要：现代测绘技术在运营期隧道养护中应用，对于隧道施工养护和安全使用有非常重要的意义。本文笔者针对现代测绘技术在运营期隧道养护中应用进行分析研究，文章以上海地区跨黄浦江的越江隧道的养护工程实施为例，总结了隧道养护中沉降检测和收敛检测技术的合理应用要点，希望能够对运营期的隧道养护实施有所帮助。

关键字：现代测绘技术;运营期隧道;养护应用

隧道是现代交通工程建设的重要工程模块、隧道运营期具体是指隧道施工完成通车之后使用时间的维护和保养工作，针对隧道破损、隧道沉降以及其他问题进行处理，确保隧道安全运行。而在养护过程中，为了更加精细化的了解隧道投入运营的变化情况，更应该应用现代化测绘技术对隧道的使用状况进行测量测绘，其中主要包括沉降检测和收敛检测等工作，了解隧道的使用情况。根据隧道各项测量检验工作实施，确保后续的隧道养护工作实施更加精准。

1.工程案例分析

本工程为上海市打浦路隧道位于中心城区西南角，隧道老线于1970年建成，全长2761米，以货运为主。另外，为了上海世博会圆满召开，上海市政于2009年对隧道进行了改造修缮，2010年初改造完成通车，同时作为打浦路隧道的姐妹线——打浦路隧道复线也于2010年2月建成通车，全长2971米，至此打浦路隧道由一变二，构成了一组双管双向4车道的越江通道，对完善上海中心城区干道越江系统有着重要意义。而为了确保隧道运营期使用安全对打浦路隧道进行变形监测及规律分析是非常必要的。

2.沉降检测技术和收敛检测技术在养护中的应用

2.1沉降检测技术应用

沉降检测技术是隧道运营期养护工作实施的重要技术，主要针对打浦路隧道进行定期变形监测，以掌握其变形规律，增强安全预警能力。

①监测隧道结构长期沉降变化情况，隧道老线174个沉降监测点，隧道复线176个沉降监测点、隧道复线龙华路入口24个沉降监测点

②监测点原则上布设在暗埋段、敞开段的每条变形缝两侧，江中圆隧道段以30m为间隔进行布设。

③本次测量采用的仪器主要是瑞士进口仪器LS15电子水准仪和Leica TCRP1201+全站仪仪器配备及其精度详见表1。

④测量技术应用。在本次进行沉降检测过程中，针对沉降检测进行了良好的控制。A基岩标为起算点的首级控制网采用一等水准测量，与工作基点构成附合线路。B隧道沉降测量路线沿隧道老线、复线走向布设，通过浦东、浦西工作基点形成附合路线。南、北线构成小水准路线闭合环。隧道路线测量按照二等水准测量的要求进行。C起算点为基岩标，平差时一、二等线路赋予不同的权进行联合平差，得到工作基点高程。监测点采用插入中间点的方法进行测量。计算公式按式1和式2：式中：W为测段闭合差或附合差，h为测站高差，k为主待求点的测站数，n为测段总测站数，HE（A）为由A点起算的待求点E的高程。

W= -（HB-HA）公式1

HE（A）=HA+ - W 公式2

沉降量的计算由本次高程减去上一次的高程而得。计算公式为公式3和公式4：

BCi=Hi-Hi-1 公式3

LJi=Hi-H0 公式4

式中：BC为本次沉降量，LJ为累计沉降量，H0为首次高程，Hi为第i次平差高程，i为第i次观测。

通过沉降检测技术应用以及沉降计算，完成对沉降数据分析，最终做好隧道养护工作。

2.2收敛检测技术应用

收斂检测技术也是隧道养护中的主要检测内容，在其进行检测中，隧道收敛形变监测主要是监测盾构段长期收敛变形情况，老线布设14个断面、复线布设18个断面，在隧道盾构段与工作井连接处的断面为起始点，布设1个变形监测断面;盾构段内，每100米设置一个变形监测断面，总计32个断面。

①收敛变形测量遵循市管越江隧道沉降测量方案，收敛监测点皆直接布设在隧道环片上，直接反映隧道的结构形变;在本工程中，由于隧道两侧的环片被装饰隔板和防火板遮住，因此在埋设监测点时，在防火板上开了一个约直径约10cm的圆形窗口，便于今后观测。

②收敛变形检测技术：隧道横向直径、竖向距离的观测采用独立坐标系，本次变形观测采用徕卡TS60 全站仪，测角精度±0.5″，测距精度0.6mm±1ppm×S。将仪器架好整平后，保证仪器瞄准在同一断面内的所有棱镜，利用全站仪的自动搜索小棱镜模式观测，获得A、B、C、D四点的三维坐标，该模式全站仪可自动寻找对中棱镜中心的功能，有效减小人工对中而产生的误差，为最大限度降低测量过程人为和仪器的误差，故每个断面测量三次即一个半测回（测完一组数据后再进行下一组测量），然后取其平均值作为该点的最终坐标，根据三维坐标值计算出A、D两点的距离，以及计算出B、C两点的距离，相邻两次观测的长度变化就是隧道的横向直径变形量（即通过测量B、C两点的长度及A、D两点距离变化反映隧道横向直径的长度变化），竖向距离采用空间高程计算高程求得。

具体计算圆隧道的横向变形量变化量时，采用以下公式：

横径长度由监测点A、D及B、C的三维坐标来计算获得，具体计算公式5如下：

其中X、Y、Z为点的三维坐标，S为横径长度值。

将前后两次所得的横向长度值相减，即为横向本次变形量。将本次长度值减去初始长度值，即为横向累计变形量。

本次横向变形量：

累计横向变形量：

其中为本次横向变形量，为累计横向变形量，为第i次横向长度值，为初始的横向长度值。

竖向距离即用空间高程计算高差求得竖向距离，即用B点的高程减去A点的高程，求得A、B两点的竖向距离，用C点的高程减去D点的高程，求得C、D两点的竖向距离。相邻两次所得的竖向长度值相减，即为隧道竖向距离的本次变形量。将本次高程值减去初始高程值，即为竖向累计变形量。

横向直径和竖向距离测量模拟图如下：

3.保护区监测施工总结

本隧道工程进行隧道养护检测中，应该注重对隧道养护进行合理的控制，确保隧道实施更加合理，提升隧道养护效果。在综合考虑隧道周边地质、地基、施工情况，在其进行隧道保护区施工检测中，主要包括隧道保护区人工巡检和科学监护，并对监护数据进行汇总分析，将分析结果及时提交业主和相关单位。通过专项监护可以及时了解隧道保护区结构异常变化，其主要目的有三个方面：

①将人工巡检的成果数据，及时反馈相关单位部门，确保信息化传递及时性。

②将人工巡检监护成果数据，根据一定的监测限值作为预警预报，以评估施工对隧道结构的影响，必要时可聘请专家和工程技术人员进行工程技术论证研讨，确保施工期间隧道结构安全。

③将人工巡检成果数据结合施工作业安全预测，确保工程施工严格按要求实施，及时判断既有隧道的结构安全，对可能发生的隐患提供及时准确的预报，避免恶性事故的发生。

隧道保护区设施设备监护，采用人工监测和人工巡检相结合的方法进行，在整个施工工序内包含仪器监测及现场巡检检查，所有检查、监测内容均形成完整的书面记录。

现场巡检工作主要以目测为主，可辅以锤、钎、量尺、放大镜等工器具以及摄像、摄影等设备进行。巡检内容记录在巡检记录表格中，作为监护资料归档保存。

现场监测工作以沉降监测为主要内容，监测数据与现场巡检相结合对比分析，并掌握桩基基础施工和隧道保护区主体结构环境体系的变形规律，为信息化施工提供数据依据。

安全监护主要包括以下内容。

①全隧道垂直沉降监测（施工前、施工中、施工后）说明：全隧道监测到全部施工完成后，寫进人工监护总结报告。

②隧道重点区域环缝开张及裂缝监测;

③隧道重点区域渗漏水检测;

④隧道影响区段主体结构、附属结构设施及设备巡视检查;

⑤隧道保护区域巡视检查;