刍议自动化监测技术在矿山隧道施工中的应用

刍议自动化监测技术在矿山隧道施工中的应用

郭虎徐朝静

陕钢集团汉中钢铁有限公司

摘要：随着我国城市轨道交通建设规模不断扩大，矿山隧道建设工程数量也在不断增加，为了保证矿山隧道施工质量，则需要对其周围环境进行实时监测。在实际监测过程中需要使用自动化监测技术与设备对地下环境变化情况进行实时的观测。自动化监测技术是一种综合了多种学科知识与先进技术的新型设备，其具有自动化程度高、观测速度快等特点，因此在矿山隧道工程建设过程中被广泛应用。本文通过分析自动化监测技术在矿山隧道施工中应用情况，进而分析了自动化监测技术在矿山隧道施工中应用的关键。

关键词：矿山隧道；自动化监测；应用

引言：在城市轨道交通建设的过程中，地下隧道建设施工是较为常见的，由于矿山隧道在施工过程中需要与周围的土体进行相互接触，在此过程中地下环境会产生较大的变化，因此在矿山隧道施工期间，需要对其施工周边环境进行实时的监测，这也是保证矿山隧道施工安全的重要前提。而自动化监测技术在矿山隧道施工期间应用的关键就是要选择合适的监测技术与监测设备，进而提高对地下环境变化的感知能力。

1 自动化监测技术概述

自动化监测技术是通过采用高精度测量仪器来对矿山隧道周边环境进行监测，主要包括倾斜测量、高程测量、沉降测量和衬砌内力监测等多个方面，其中自动化监测技术包括多种类型的自动化仪器，例如全站仪、水准仪、电子水准仪以及全站仪等，这些仪器可以快速、准确地对矿山隧道周边环境进行测量，将测量结果以数字形式呈现在计算机上，这样可以有效地减少人员投入，提高工作效率，还可以提高监测精度和降低误差，从而为矿山隧道工程建设提供了有力的数据支撑。在矿山隧道施工中，自动化监测技术具有很强的实用性和可操作性，而且还能实现监测数据的自动处理和传输。

2 矿山隧道施工中的自动化监测策略

2.1 地表沉降观测

2.1.1 观测方法

根据现场施工情况确定监测的等级，采用相应等级的沉降监测仪器。沉降监测点应埋设在地下水位较低且稳定的土层中，若埋设在地下水丰富的土层中，则应采用降水等措施降低地下水位，以保证沉降观测点不受地下水的浸泡。沉降监测点一般布置在建筑物下、四周或较稳定的土层上。沉降观测应连续进行，如因故中断时，应重新开始观测，并应保持至少三天的连续观测。首次观测应在施工结束后一个月以上进行。监测周期：一般为30d。测量时，测站点与观测点之间应保持2m以上的距离。在首次测量时，需用钢尺量取首次观测到的沉降量，并与本次观测结果比较，若数据有较大变化时，则应进行复测。

2.1.2 监测点的布设

监测点的布设应遵循以下原则： （1）监测点的布设应能反映地表变形的特点和趋势。（2）监测点布设在易受扰动区域，如已建建筑、构筑物、地下管线、地下构筑物及人工建筑物等附近。（3）根据地表沉降量的大小，监测点应布置在沉降量较大的地方，或对地面沉降敏感的建筑物附近。（4）监测点应采用精密水准仪或水准尺进行测量。水准仪应经检定合格，水准尺应定期校核，并符合国家二等水准测量标准。

2.1.3 监测数据处理

为了保证监测的精度，在监测过程中采用精密水准仪进行测量，根据工程的实际情况，选择合适的仪器型号和精度。在测量过程中，要求每两次测量之间间隔不少于3天，以确保测量结果的可靠性和准确性。由于隧道工程施工具有一定的特殊性，在隧道施工过程中需要对施工区域进行地表沉降观测监测。根据工程的实际情况，在矿山隧道施工过程中需要进行三次地表沉降观测，分别是第1次、第2次和第3次。其中第1次地表沉降观测在施工之前进行，第2次和第3次地表沉降观测在隧道开挖后进行。根据实际情况，采用精密水准仪测量仪器对每个监测点进行测量，并在每个监测点设置水准尺。通过对沉降数据的分析和处理，可以获得沉降曲线图。对于沉降曲线图，可以进一步研究其变化趋势。根据不同的情况，可以对沉降曲线图进行分析和预测，并提供相应的措施，从而确保工程安全。

2.2 隧道周边收敛与拱顶下沉观测

2.2.1 选择合适的量测断面

在隧道施工中，需要根据围岩的地质条件，选择合适的量测断面，一般选择监测断面要考虑以下几点： 1)根据隧道围岩的地质条件，选择合适的监测断面，以保证监测数据的准确性。2)根据隧道断面的形状，选择合适的量测断面。如果隧道断面为圆形或不规则形状时，选择监测点时要考虑其对施工的影响。如果隧道断面较小（≤5m）时，可以选择2个左右测点；如果隧道断面较大（>5m）时，可以选择4个左右测点；如果隧道断面较小（≤5m）时，可以选择3个左右测点；如果隧道断面较大（>5m）时，可以选择5个左右测点。

2.2.2 布置测点

根据围岩情况，在隧道断面上布设多个断面测点，在隧道内安装钢支撑进行监测。隧道断面的测点布置图如图1所示。隧道断面测点布设过程中应考虑围岩的性质及厚度，按照拱顶沉降、周边收敛以及地表下沉3个分量分别布设。在实际施工过程中，需要根据现场围岩的具体情况来确定每一分量的测点布设位置，同时在同一断面上需要布设多个断面测点，以实现监测的连续性。隧道围岩收敛与拱顶下沉测点应埋设在围岩中不易被破坏的地方，应选择在拱顶以上部位，以利于测量数据的获取，同时应保证埋设位置稳定可靠。

图1 隧道断面的测点布置图

2.2.3 量测仪器

隧道围岩收敛与拱顶下沉观测工作中，所用的仪器主要是经纬仪和钢卷尺。其中经纬仪为高精度的全站仪，通过对角度的观测可得到隧道周边位移和拱顶下沉量；钢卷尺则是将其用于竖向位移的测量，采用的钢卷尺为不锈钢卷尺，通过对钢卷尺上的刻线和刻度盘的读数来反映竖向位移量。在使用前要对这些仪器设备进行校准，确保仪器设备精度满足观测要求。

2.3 建筑物的沉降监测

2.3.1 观测周期

建筑工程沉降观测的周期一般是根据建筑物的施工进度和工程需要确定的。一般情况下，高层建筑在基础施工完成后立即进行沉降观测，当基础封顶后，应至少每两个月进行一次观测。当基础沉降稳定后，可每隔1~2年进行一次观测。在建筑工程施工过程中，在地质条件较差的地方进行施工时，由于基础部分可能会出现沉降不均匀现象，因此应定期对建筑物的沉降情况进行监测。建筑物在使用过程中也会发生沉降现象，这时应根据房屋的使用功能及建筑物自身的结构特点确定沉降观测周期。当建筑物需要做维护时，应每两年对其进行一次沉降观测。2.3.2 基准点、工作基点及观测点

基准点是布设水准网时用以标示沉降观测路线起点的点。基准点一般采用埋设于建筑物或构筑物基础中的钢筋混凝土柱、墙体等作为其固定的基础。工作基点是布设水准网时用以标识水准路线终点的点，其一般位于建筑物或构筑物基础外一定距离内，且最好远离施工作业面，其高程在施工期间保持不变。观测点应按建筑物外墙面或外窗边的一定距离均匀布设，一般每一建筑物或构筑物周围设置3~6个观测点。沉降观测点的设置应根据建筑物类型和施工条件等因素确定沉降观测点的数量和位置，一般建筑上宜布设20~30个沉降量观测基准点、20~30个工作基点及10~20个沉降观测点。沉降观测时，观测点应设置在稳定且不易被破坏的位置，并应远离振动源。同时，观测点应设置在建筑物容易被压实且不易被破坏的地方。为了保证数据的可靠性和准确性，对于同一栋建筑物、同一施工阶段或不同施工阶段的建筑物，应分别进行沉降观测。

3 总结

综上所述，在矿山轨道交通建设过程中需要充分利用自动化监测技术与设备来保证矿山隧道施工安全，从而有效延长矿山隧道施工时间，从而提高施工效率，促进城市轨道交通建设的可持续发展。

参考文献：

[1]刘燕岭.自动化监测技术在矿山隧道施工中的应用探析[J].工程机械与维修,2023,(05).

[2]陈小鸿.自动化实时监测技术在矿山隧道中的应用与分析[J].郑州铁路职业技术学院学报,2022,34(03).

[3]孙腾飞,刘涛,燕东源.自动化监测技术在矿山隧道施工中的应用[J].建筑技术开发,2021,48(02).