全站仪遥测技术在溪洛渡水工隧洞围岩变形监测中的应用

摘 要 目前在国内隧道及地下工程中，通过采用数值相机、全站仪等仪器摄取掌子面的相关数据，如地质数据、变形数据，就可以方便、可靠地断定岩石的类别，进行三维地质分析以及进行隧洞净空变形的观测等。文章重点介绍利用全站仪进行围岩净空位移观测的测量技术，自动采集隧洞围岩净空位移的外业测量数据，通过计算机对数据进行自动分析处理，并以准确、直观的图形或报表形式将数据分析结果输出，及时对围岩稳定性进行判断，指导施工提供数据依据。

关键词 全站仪遥测技术 水工隧洞 围岩变形

1. 工程概况

溪洛渡水电站导流洞工程CI及CIII标位于金沙江峡谷左岸，标包括1#、2#、3#导流洞，其中1#导流洞全长1973米，其他两条隧洞较之略短，洞径为23x20米。

围岩以II～IV类为主，部分洞段地质条件差，工期紧，施工难度大，为了确保施工安全、稳妥、高效、快速，对围岩的监测提出了更高的要求，必须作到及时、准确、快速和安全。要满足监测的高要求，采用常规的机械式监测系统是很难达到的，而且常规的收敛仪量测过程中对施工干扰很大，为此选用全站仪遥测技术作为围岩净空位移的量测技术。

2. 量测准备

2.1安装准备工作

2.1.1仪器的选定

设备采用TCRA1102全站仪一台；4cmx4cm的徕卡反射片900片，机载Deformation软件及围岩收敛分析后处理软件。

2.1.2测点系统编号

以设计监测布置方案为基础，对工程管辖区域内所有施工监测点实行统一编号，形成井然有序和易于辨别的测点编号系统，为数据处理电算化打下基础。

测点系统编号，由一组数字组成，数字由左向右分别表示测点所在断面、孔位和点位序号。

在同一监测系统内，测点系统编号必须具有唯一性。

2.1.3仪器检验和率定

使用经过检验率定合格的仪器，并在率定有效期内使用。

2.2 监测定位放线及贴片安装

隧洞监测定位的量测断面应尽量靠近开挖断面，与开挖断面距离应小于开挖进尺，不超过2m范围，也可在指定桩号±5cm范围内调整；同一断面各测点的不同面偏差和环向布点偏差宜控制在±20cm范围内。将反射片安装在断面测点上，与岩石连接可采用锚杆焊接角钢，在角钢上贴片，或用膨胀螺栓锚固钢板以粘贴贴片。使反射面法线方向垂直洞轴线方向，保证仪器接收到最强的反射信号。

喷浆时应对反射片进行有效保护，可在反射片上包裹塑料布避免浆液粘帖在反射片上，待喷浆工序结束后，立即将包裹在反射片上的塑料布清除。禁止各施工单位损坏，一旦损坏量测点，整个量测断面的变形监测因此受到影响，甚至失去监测功能。

3. 监测精度和仪器参数设定

量测规范要求：测距取位0.1mm，角度0.1"，空间位置（X、Y、H）0.1mm。采用该技术系统的监测精度完全可能满足量测规范的要求。

对应量测规范精度要求的仪器参数设置：D测距限差：0.5mm；角度归零差限差：5"；水平角2C差限差：15"；i角指标差限差：30"；2C差互差限差：6"；i指标差互差限差：10"；测回数：6个。

4. 外业数据采集

全站仪自由设站测量各量测点间的相对距离，只需整平即可，不需输入测站数据，也不需要仪器对中、测高。为了消除贴片倾斜对测距的影响，每次量测时测站的位置应大致相同，同时为了加强反射片对仪器激光的反射效果和量测准确性，应把一起设置在量测断面5米范围内，进行观测。首先对各目标点进行仪器确认，照准是可利用仪器的激光进行导向功能，激光点指向贴片的中心，防止每次测量照准不同而产生围岩变化误导信息。将该点的位置信息（角度、平距、X、Y、H等）作电子记录存入仪器内存或PC卡内，输入点的编号，按次序对其余各点进行识别，仪器利用程序实现人工智能数据采集。

为了确保断面量测的精度，便于对同一条基线进行相互检校，测设时在量测断面轴线左右两侧相对位置处设站，左右测站的距离可自由设置。

5. 观测内容

5.1地质和初期支护状况观察

地质观察在每次爆破后进行，观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况等。初期支护状况观察在初期支护后进行，主要观察支护裂隙以及喷射混凝土的效果。对已施工区段每天至少进行一次观察，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。

5.2净空变形和拱顶下沉量测

在变形量小的隧道中（净空变形量为25mm以下），由于变形收敛快，在变形量收敛至一定数值后的1周内，以每2天测一次的频度，确定稳定状态。反之，在变形量大的隧道中（净空变形量为25mm以上），在变形量收敛一定数值后的2周内，必须每2天量测一次，以便确定稳定状态。不论变形量大小，正确地掌握开挖后的初始读数是很重要的，应尽早地测取初始数值，原则上，要在开挖后12小时以内，尽早进行测定初始值，由于施工上的原因，在迫不得已的情况下，也要在24小时以内进行，而且应在下一次开挖爆破前测定。终始值应在初始值测定14小时之内进行读取。

拱顶下沉量主要是用来确定围岩的稳定性，尤其是浅埋隧道的拱顶下沉量和地表下沉量，都是预测拱顶能否崩塌的重要资料。拱顶下沉量和净空变形量（起拱线附近的水平测线）可用于推算侧压系数。如果不考虑坍塌的特殊情况和浅埋隧道，拱顶下沉量的变化规律和净空变形量的变化基本上一致的，此外，拱顶下沉量是净空变形量的0.5～1.0倍左右。

6. 内业数据处理

用数据连接电缆把仪器与计算机连接（外业数据存储在仪器内存内）或将仪器的PC卡插入计算机PC卡槽（外业数据存储在仪器PC卡内），将各次量测的原始数据在观测后导入计算机，同时在程序内填入断面形状、开挖方法、覆盖厚度、地质描述、围岩级别及隧洞支护设计等资料。计算机围岩收敛分析软件将对测量数据进行自动分析处理，输出围岩收敛位移测量结果，如位移速度—时间关系曲线图、测线的位移趋势图以及回归分析图、各点在不同时间段的位移值等，并自动对结果进行分析，判断围岩的稳定性，为支护提供参数。

7. 信息反馈

按照全站仪遥测技术对围岩收敛监测，及时提供量测结果，把围岩的变形情况反馈给施工现场，要求加强该段初期支护措施，控制围岩与支护收敛的变形。对于隧洞的开挖、支护以及二次衬砌，都分别按施工规范要求进行围岩量测，建立相应的数据库，为隧洞施工安全、施工质量、施工进度提供了准确可靠的技术保障。