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關(guān)鍵詞:自由設(shè)站;后方交會;前方交會;自動照準;彎管目鏡
中圖分類號:U456 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)19-0186-02
沈丹客專TJ-2標項目部為了掌握無砟軌道鋪設(shè)前隧道拱頂是否存在變形,確保鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)鋪設(shè)質(zhì)量,施工期間按照設(shè)計要求進行了系統(tǒng)的沉降變形動態(tài)觀測,保證隧道工程達到規(guī)定的變形控制要求,分析推算出最終沉降量和工后沉降,合理確定無砟軌道鋪設(shè)時間,特要求對隧道拱頂區(qū)域開展三維變形觀測,并要求能夠反映隧道拱頂沉降監(jiān)測點和側(cè)壁收斂監(jiān)測點毫米級的變形量。
道扎子隧道變形觀測為應用對象,該隧道為單洞雙線隧道。位于本溪市南芬區(qū)下馬塘境內(nèi),進口里程為DK99+350,出口里程為DK99+461.67,全長為111.67m,圍巖級別Ⅴ級,考慮到隧道內(nèi)條件有限,為了保障隧道施工正常進行,不影響施工進度安排和工序銜接,本隧道通過多種監(jiān)測方案比選,最終選擇自由設(shè)站測量方法配合反射片完成本項目監(jiān)測實施方案。本項目監(jiān)測方案實施的整體思路為:
(1)首先對反射片的觀測精度進行驗證:通過查閱相關(guān)資料,我們所使用Leica公司生成的尺寸40mm*40mm的反射片在距離儀器9米測量時誤差穩(wěn)定,標準差為0.14mm,內(nèi)符合精度較高[1]。在距離反射片9米時,我們利用Leica TCA1201+全站儀對反射片中心從入射角分別為-60°、-30°、-0°、-30°、-60°進行連續(xù)20次的三維坐標觀測,通過三維坐標差計算的標準差為0.54mm。說明在利用全站儀對反射片進行觀測時,在9m左右距離的內(nèi)符合精度較高。但從不同視線入射角度測量時,測量的距離有所差別。且通過試驗觀測發(fā)現(xiàn),雖然儀器有反射片測量模式,由于反射片的反射能力有限,儀器自身的自動搜索功能無法找到反射片中心并獲取坐標,只能通過人工照準的方式瞄準反射片中心進行測量。為了在隧道內(nèi)觀測隧道頂二襯的監(jiān)測點,我們專門配置了彎管目鏡用于瞄準目標。
(2)建立監(jiān)測基準,以保證監(jiān)測點的測量有穩(wěn)定可靠的起算基準。因隧道內(nèi)現(xiàn)場條件有限,各影響因素較多,須在較短時間內(nèi)完成監(jiān)測,通過方案比選、研究,我們在隧道內(nèi)監(jiān)測區(qū)域外穩(wěn)定的地方建立了平面高程基準網(wǎng),基準網(wǎng)形見圖1。平面網(wǎng)采用自由設(shè)站邊角交會的方式建立,高程采用二等水準測量方法建立,每個基準點都有平面和高程值。
(3)自由設(shè)站邊角交會。每次自由設(shè)站時,儀器架設(shè)在固定位置,通過三維后方交會獲得儀器中心的三維坐標并進行設(shè)站。因每次的設(shè)站位置和后視基準點相同,設(shè)站精度控制指標為X、Y、Z均≤0.7mm,定向精度≤2″。
(4)由于布設(shè)的反射片監(jiān)測點均位于隧道二襯頂部,每次儀器設(shè)站后,只有利用管目鏡人為照準反射片中心進行觀測。為了保證觀測精度,每次觀測均正倒鏡觀測兩個測回,取其平均值坐標單期觀測成果。隧道內(nèi)監(jiān)測反射片布設(shè)位置如圖2所示。
綜合考慮時效性和精度指標,選取2013年2月23日至2013年10月30日9期觀測數(shù)據(jù),通過對各監(jiān)測點高程累計變形情況和邊墻監(jiān)測點三維坐標差計算的累計距離變化情況(即收斂量)的分析,看是否存在明顯的變形趨勢。統(tǒng)計出各期監(jiān)測點的累計沉降量見表1,隧道邊墻左右兩側(cè)監(jiān)測點三維坐標差計算的收斂量統(tǒng)計見表2。
從統(tǒng)計的斷面監(jiān)測點累計沉降量數(shù)據(jù)看,監(jiān)測點相鄰周期變形量最大為2mm,各期累計沉降變形量最大為1.6mm,累計沉降變形曲線如圖3所示。從統(tǒng)計的斷面監(jiān)測點累計沉降量數(shù)據(jù)看,監(jiān)測點相鄰周期變形量最大為2mm,各期累計沉降變形量最大為1.6mm。累計收斂曲線如圖4所示。
由于各監(jiān)測點的沉降量及收斂量都很小,從變形過程曲線及擬合曲線看也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形趨勢。假設(shè)所有監(jiān)測點均沒有變形或變形量很小可忽略不計,則監(jiān)測數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的波動可認為全部來自測量誤差。則可通過各期變化量計算儀器自由設(shè)站誤差和觀測誤差的累加測量精度,由監(jiān)測點沉降測量誤差計算的高程測量標準差為0.88mm,由監(jiān)測點三維坐標差反算的收斂標準差為0.26mm。所以,利用全站儀自由設(shè)站配合彎管目鏡進行人工瞄準目標反射片進行變形觀測的方法,能夠反映超過1.76mm的變形。
在現(xiàn)場監(jiān)測點布設(shè)不受其他條件限制的情況下,可以利用照準精度更高、能夠?qū)崿F(xiàn)自動化觀測的精密棱鏡代替反射片進行觀測,自由設(shè)站時已知點和監(jiān)測點間可全自動觀測,能夠完成監(jiān)測精度要求更高的測量任務。
通過文章的分析,可以得到如下結(jié)論:(1)通過自由設(shè)站并利用彎管目鏡配合全站儀觀測反射片的監(jiān)測方法,能夠在鐵路建設(shè)期間實現(xiàn)變形觀測任務。(2)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,在假設(shè)沒有變形的前提下,通過此種方式獲取的收斂變形觀測數(shù)據(jù)和沉降觀測數(shù)據(jù)的觀測標準差均能達到1mm。(3)以后類似的監(jiān)測項目,在條件允許的條件下可以將反射片用棱鏡代替,實現(xiàn)更高精度全自動變形監(jiān)測。
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