一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法及其监测元件技术

本发明专利技术提供了一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法及其监测元件，其中监测方法是基于三角高程测量而研发获得的，无需测量仪器高和棱镜高，可大大减少误差，提高实用性；所述检测元件由观测板(1)、螺母(2)以及连杆(3)构成，具有结构简单，设计合理，使用方便等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工监测的
，尤其提供一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法及其监测元件。
技术介绍
暗挖隧道变形监测是指在隧道施工过程中，对暗挖隧道围岩、支护结构的变形和稳定状态以及周边环境动态进行的经常性观察和监控量测工作，以了解和掌握围岩稳定状态及支护结构体系可靠程度，确保施工安全和结构的长期稳定性，为隧道施工中变更围岩级别、调整初期支护和二次衬砌的参数、指导施工顺序、修正及优化设计提供依据，是实现信息化设计与施工不可缺少的一道工序。其中，拱顶沉降监测、收敛监测是最基本和最重要的监测内容，同时也是规范所规定的必测项目。传统暗挖隧道变形监控量测中，拱顶沉降监测通常在初期支护结构钢拱架中央焊接带“L型弯钩”的测杆，通过吊挂钢卷尺或塔尺，用水准仪来进行监测。然而传统观测方法有着这样或那样的不便、弊端和不及时性。例如：焊接“L型弯钩”的测杆挂钢卷尺、塔尺进行监测时，常常因隧道高度较高(常大于8m)，而使得操作不便，又或因开挖断面分步所限，使得操作空间有限而无法将钢卷尺、塔尺挂上测杆，再或因钢卷尺受力变形、每次挂钩位置不同等影响，使得观测精度不符合《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013)中拱顶沉降观测的精度要达到高程中误差不超过1mm的要求。另外，暗挖隧道施工时常常因隧道内积水而至泥泞不堪，致使水准仪多次转站，不但影响监测效率，更会因此造成仪器的损坏等潜在风险。一般暗挖隧道内由于初期支护喷混凝土施工等一个循环完成后才有条件悬挂钢尺或者塔尺进行沉降观测，这种情况大部分都无法满足规范《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)中所要求“开挖后24h内获取监控量测数据的”，这使得监测所反映的变形情况大大滞后于真实情况。总之，传统的埋点和观测方法，虽然使用了高精度的仪器，但是监测的高效性、准确性、实用性等在高精度的变形监测要求中是远远不足的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法及其监测元件，以解决现有监测方法存在的监测不方便、准确性低、实用性差等问题。本专利技术提供一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在所述暗挖隧道中的稳定位置处以及开挖面附近的初期支护结构上分别安装监测元件，其中，所述稳定位置处的高程为HA；2)在所述暗挖隧道中，位于所述稳定位置处和所述初级支护结构之间架设全站仪；3)分别测量全站仪与稳定位置处监测元件的距离S1和垂直角α1以及全站仪与初期支护结构上监测元件的距离S2和垂直角α2；4)依据稳定位置处的高程HA、测得的距离S1、垂直角α1、距离S2以及垂直角α2，计算获得初期支护结构距离稳定位置处的高程差ΔHAB；5)按照监测频率重复步骤1)～步骤4)将每次监测获得的高程差ΔHAB分别与第一次监测获得的高程差ΔHAB进行比较，即可获得拱顶的沉降量。优选，步骤4)中，计算获得初期支护结构距离稳定位置处的高程差ΔHAB的公式为：ΔHAB＝S2Sinα2-S1Sinα2。进一步优选，所述全站仪与稳定位置处监测元件的距离S1小于等于100米，且垂直角α1小于等于25°。进一步优选，所述全站仪与初期支护结构上监测元件的距离S2小于等于100米，且垂直角α2小于等于25°进一步优选，所述监测元件安装于所述初期支护结构的中央。本专利技术还提供了一种监测元件，适用于上述的监测方法，其特征在于，所述监测元件包括：观测板1、螺母2以及连杆3；所述螺帽2的一侧侧面与所述观测板1固定连接；所述连杆3的上端设置有螺纹31，且所述连杆3具有螺纹31的一端安装于所述螺母2内。优选，所述观测板1上设置有监测标志。本专利技术提供的暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，依据三角高程测量的方法进行监测，无需测量仪器高和棱镜高，可大大减少误差，提高实用性。本专利技术提供的监测元件，以观测板作为观测目标，标识明显，在施工过程中轻微碰到后不会对观测产生影响，近而可以获得连续监测数据，此外，该监测元件又三个部件组装而成，具有结构简单，设计合理等优点。附图说明图1为高程测量的原理图；图2为实施例中暗挖隧道中拱顶沉降的监测示意图；图3为监测元件的结构示意图。具体实施方式参见图1，为测量A、B两点间高程差，在A、B之间O点架设全站仪，在A点安置对应的监测元件，测得AO的距离S1和垂直角α1，进而计算得到O点处全站仪中心的高程HO，Ho＝HA+v1-Δh1 (1)其中，Δh1＝S1Sinα1。然后把A点安置的监测元件丝毫不改变其大小长度安置于B点处，测得BO的距离S2和垂直角α2，从而计算得到B点的高程HB，HB＝Ho+Δh2-v2 (2)其中，Δh2＝S2Sinα2。因此，点A和点B之间的高差HAB为ΔHAB＝HB-HA＝Δh2-Δh1-v2+v1 (3)其中v1、v2为同一个监测元件没有改变大小和长度。则(3)式为：ΔHAB＝HB-HA＝Δh2-Δh1从以上(3)式可以看出，欲得出A点和B点的高差不需要量取仪器高、棱镜高。基于上述原理本实施方案提供了一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，参见图2，其中D表示隧道开挖面、E表示隧道拱顶、F表示隧道底拱，具体监测步骤如下：1)在暗挖隧道中的稳定位置A处以及开挖面附近的初期支护结构B上分别安装监测元件C，其中，已知稳定位置A处的高程为HA,优选，监测元件C安装于所述初期支护结构B的中央；2)在暗挖隧道中，位于稳定位置A处和初级支护结构B之间架设全站仪O；3)分别测量全站仪O与稳定位置A处监测元件C的距离S1和垂直角α1以及全站仪O与初期支护结构B上监测元件的距离S2和垂直角α2；4)依据稳定位置处的高程HA、测得的距离S1、垂直角α1、距离S2以及垂直角α2，根据公式ΔHAB＝S2Sinα2-S1Sinα2，计算获得初期支护结构B距离稳定位置A处的高程差ΔHAB；5)按照监测频率重复步骤1)～步骤4)将每次监测获得的高程差ΔHAB分别与第一次监测获得的高程差ΔHAB进行比较，即可获得拱顶的沉降量。其中，1、单向观测三角高程测量高差的计算公式为：或 Δ h = D tan α + ( 1 - k ) D 2 2 R + i - v - - - ( 4 ) ]]>式中，Δh为三角高程测量的高差；s为全站仪到监测元件的斜距；D为全站仪到监测元件的平距；α为垂直角；K为大气垂直折光系数，取K＝0.14；R为地球平均曲率半径，R＝6370Km；i为全站仪中心位置高；v为监测元件高。2、单向观测三角高程测量高差的误差公式为：或 m Δ h 2 = ( tanαm D 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在所述暗挖隧道中的稳定位置处以及开挖面附近的初期支护结构上分别安装监测元件，其中，所述稳定位置处的高程为HA；2)在所述暗挖隧道中，位于所述稳定位置处和所述初级支护结构之间架设全站仪；3)分别测量全站仪与稳定位置处监测元件的距离S1和垂直角α1以及全站仪与初期支护结构上监测元件的距离S2和垂直角α2；4)依据稳定位置处的高程HA、测得的距离S1、垂直角α1、距离S2以及垂直角α2，计算获得初期支护结构距离稳定位置处的高程差ΔHAB；5)按照监测频率重复步骤1)～步骤4)将每次监测获得的高程差ΔHAB分别与第一次监测获得的高程差ΔHAB进行比较，即可获得拱顶的沉降量。

【技术特征摘要】
1.一种暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在所述暗挖隧道中的稳定位置处以及开挖面附近的初期支护结构上分别安装监测元件，其中，所述稳定位置处的高程为HA；2)在所述暗挖隧道中，位于所述稳定位置处和所述初级支护结构之间架设全站仪；3)分别测量全站仪与稳定位置处监测元件的距离S1和垂直角α1以及全站仪与初期支护结构上监测元件的距离S2和垂直角α2；4)依据稳定位置处的高程HA、测得的距离S1、垂直角α1、距离S2以及垂直角α2，计算获得初期支护结构距离稳定位置处的高程差ΔHAB；5)按照监测频率重复步骤1)～步骤4)将每次监测获得的高程差ΔHAB分别与第一次监测获得的高程差ΔHAB进行比较，即可获得拱顶的沉降量。2.按照权利要求1所述暗挖隧道中拱顶沉降的监测方法，其特征在于，步骤4)中，计算获得初期支护结构距离稳定位置处的高程差ΔHAB的公式为：ΔHAB＝S2Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛德君，高云胜，石俊成，杨槐，郎剑，王春阳，陈铁锋，杨卫国，晁凯，吴标记，齐晓东，王东洋，董鑫，王鹏举，
申请(专利权)人：中航勘察设计研究院有限公司，沈阳地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11