基于全站仪方法的隧道监控量测数据处理技巧

基于全站仪方法的隧道监控量测数据处理技巧

发表时间：2018-07-13T11:54:23.803Z 来源：《基层建设》2018年第16期作者：吴兴孝

[导读] 摘要：现代山岭隧道多采用新奥法修建，监控量测在隧道建设中的作用日益凸显，全站仪在隧道监控量测中具有交叉作业干扰小、洞内作业时间短、信息化智能化程度高等优点，因而得到普遍应用。

云南省公路科学技术研究院隧道技术研究所

摘要：现代山岭隧道多采用新奥法修建，监控量测在隧道建设中的作用日益凸显，全站仪在隧道监控量测中具有交叉作业干扰小、洞内作业时间短、信息化智能化程度高等优点，因而得到普遍应用。

隧道监控量测拱顶下沉、周边位移、地表下沉均可通过全站仪实现，通过现场数据采集，后期数据处理分析，形成图表等型式的结果，用于指导现场施工，减免可能出现的工程险情。本文所述的数据处理技巧主要依托G0613云南香格里拉至丽江高速公路昌格洛隧道施工监控量测，通过常用的办公软件Microsoft excel的函数和图表功能，实现监控量测数据逻辑、时间空间关系的计算，最终输出简洁的图表结果。均为本人多年从事隧道监控量测工作摸索研究所得，用于现场工作可以大大提高工作效率，保证数据的准确性，从而可以保证监控量测结果能及时指导施工。

关键词：隧道监控量测；全站仪；excel函数

1前言

现代山岭隧道多采用新奥法建设，运用岩承理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工。为确保施工安全、指导施工、修正设计、积累资料，需进行监控量测。如现行设计规范《公路隧道设计规范》JTG D70—2004第1.0.7条规定：“隧道土建设计应体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案；地质条件复杂的隧道，应制定地质预测方案，以及时评判设计的合理性，调整支护参数和施工方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。” 现行施工规范《公路隧道施工技术规范》JTG F60—2009第6.3.3条规定“隧道开挖轮廓应按设计要求预留变形量，预留变形量大小宜根据监控量测信息进行调整。”

G0613云南香格里拉至丽江高速公路昌格洛隧道为单向两车道隧道，设计速度80Km/h，全长4598m，净高5m，净宽10.25m，于2016年4月开工建设。

隧道区属构造侵蚀、剥蚀高中山峡谷地貌区，地形相对较陡，地质作用以构造剥蚀、风化作用为主。隧道地质以灰褐灰色、褐黄色板岩为主，强风化，岩体破碎，岩石较软，施工过程中围岩变形较大。

区别于传统的接触法（采用水准仪+铟钢尺测量拱顶下沉、地表下沉，收敛计测量周边位移），采用全站仪进行监控量测的方法称为非接触法，通过在测点上安设反光片，采用全站仪直接测得测点的平面及高程坐标（X，Y，Z），有了测点的绝对坐标，则可通过空间两点的距离公式计算测点的空间距离，通过不同时间段测得的测点坐标变化值（ΔX、ΔY、ΔZ），可以计算测点随时间的变化关系。隧道施工具有连续循环作业、工序衔接紧凑、作业场地有限、洞内光线差、粉尘大、噪音大、气温高等特点，对人体健康不利，因此能够快速、准确的进行现场数据采集十分重要。

隧道结构处于地下环境，结构受力错综复杂，尤其是在不良地质段落，由于支护措施不当，支护时间不及时等引发的支护开裂、支护喷射砼脱落、拱架扭曲变形、支护沉降侵限、仰拱开裂等病害常有发生，更有甚者出现塌方等事故，造成生命财产损失。因此及时掌握围岩及支护变形情况，对施工安全和病害处治非常重要。

2数据挑选

传统做法是采用现场记录室内录入的方法，即现场采集时在记录表上记录隧道名称、测点断面桩号、测点编号等基本信息，然后记录每个测点测量结果XYX值，回到室内再进行电子版记录录入。

以G0613云南香格里拉至丽江高速公路隧道检测5标为例，一个监控量测小组，每天完成6个工作面的监控量测工作，传统做法的时间成本为工地往返时间1小时*2+洞内测量1小时*6+电子版记录录入0.5小时*6=11小时。其中数据电子版录入可安排3个人平行作业，再多投入2人的情况下总用时可减短至9小时。

通过excel编辑函数公式进行挑选可大大提高工作效率，目前常用的全站仪都有数据存储导出的功能，以莱卡TS15为例，导出的数据格式如下：

1SZC18，520280.8013，3015057.6928，2331.4264

1SZC17，520279.0449，3015058.7613，2334.4186

可以发现导出数据由测点编号、Y值、X值，高程四部分组成，中间由“，”隔开，要实现智能化挑选，按两个大步骤进行，第一步先将导出的4部分内容分别提取存入单元格，第二步根据一定条件进行挑选提取，将符合条件的数据提取至每一个断面文件中再进行变形计算。具体步骤如下：

第一步，先将导出的4部分内容分别提取存入单元格：

a，采用替代函数SUBSTITUTE，将三个“，”分别替代为一二三；

b，通过查找函数FIND找出一、二、三、在字符串中的位置；

c，通过截取函数MID分别提取X、Y、Z值存放到指定单元格。以第一行为例，提取X、Y、Z值的公式编辑如下： X=MID（A1，FIND（"二"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"二"，2））+1，FIND（"三"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"三"，3））-FIND （"二"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"二"，2））-1）*1

Y=MID（A1，FIND（"，"，A1）+1，FIND（"二"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"二"，2））-FIND（"，"，A1）-1）*1 Z=MID（A1，FIND（"三"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"三"，3））+1，LEN（A1）-FIND（"三"，SUBSTITUTE（A1，"，"，"三"，3）））*1。

编辑好第一行公式后，下列复制至最末一组数据，将文件名改为“20170520”的格式，保存备用。