基于图像点云的多维度隧道初期支护大变形监测研究和应用

为获取隧道初期支护全方位的变形信息,解决传统监测方法中单点测量、变形监测点稀疏、无可视化效果、难以发现无监测点区域变形等不足,提出一种基于隧道初期支护计算机视觉图像点云的多维度变形监测方法,可实现隧道初期支护三维整体变形监测分析和二维拱顶沉降、周边收敛、典型截面全断面变形监测分析。应用结果表明:所提方法可全面、直观地获取隧道变形特征,是对传统监测方法的补充和完善,对隧道施工监测具有指导意义。变形监测结果可为研究隧道围岩变形规律和特征提供详实的数据资料。     

三维激光扫描技术在公路隧道施工监测中的应用研究

以某一隧道工程施工监测为对象,提出一种基于三维激光扫描技术的隧道断面变形监测。采用隧道外强制对中装置,将测量控制装置置于墙体有效的避免控制点变形而影响测量精度;采用全局拼接方法,通过在隧道两端设定标靶,实现点云各点三维坐标属性、反射强度、三维真彩色信息集合;通过隧道分割,根据三维不变矩平移旋转稳定特性,提取隧道中轴线姿态;利用MDP法(最小距离投影算法)进行隧道断面三维变形计算,确定隧道收敛和扩张变形量。通过降低区段选取长度,对区段间的点云信息抽稀,降低点云的密度。对比未进行抽稀和局部测量的激光扫描数据,可以发现采用该方式有效降低了监测过程中变形信号的标准差,缩短了计算量,提高了测量精度。     

挤压性大变形隧道分层初期支护适应性分析

针对挤压性大变形隧道支护参数、支护时机在设计工作中难以量化的现状,在考虑围岩流变效应和支护弹塑性本构的基础上,结合数值模拟手段,对各类支护的等效支护抗力和不同等级大变形隧道分层初期支护量化参数及适应性开展研究。得出主要结论： 1）基于抗压强度控制,提出不同组合参数下的喷射混凝土和型钢拱架等效支护抗力;基于位移等效原则,提出不同直径、不同长度砂浆锚杆和不同长度预应力锚索的等效支护抗力。2）基于监控量测曲线,对考虑流变效应的围岩物理力学参数进行反演,以此计算围岩特征曲线,实现围岩变形量值、不同支护时机所需支护抗力与时间的关联。3）根据既有案例,取单边15 cm作为单层支护极限变形值,构建支护抗力曲线;基于极限变形控制原则,提出轻微大变形可选用单层初期支护+短锚杆的支护形式、中等大变形可选用2层初期支护+短锚杆的支护形式、强烈大变形可选用圆形隧道+3层初期支护+短锚杆+长锚索的支护形式的建议,并提出不同等级大变形隧道的支护时机及预留变形量建议值。4）兰渝铁路木寨岭隧道工程应用分析结果表明,采用该方法选取的支护参数是合理的。〖JP〗     

软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究

为解决传统监测技术单点监测无法满足软岩隧道整体性变形监测的局限性,采用三维激光扫描技术进行软岩隧道整体性变形监测试验,从隧道结构的变形时间、变形空间分布及变形量进行整体分析。首先建立全站仪和三维激光扫描仪测量误差模型,分析三维扫描监测技术与传统隧道监测技术的特点,通过平面标靶和棱镜靶球精度试验得出平面标靶最佳入射角范围小于60°,棱镜靶球自动提取距离不大于45 m,作为测站设置和控制点布设的依据; 然后以渭武高速木寨岭隧道2号斜井工程为依托,开展软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究。研究结果表明： 中台阶开挖支护前已发生较大变形,最大变形位置为左侧上台阶与中台阶交界处,空间分布呈左大右小,试验段最大累计变形达0.48 m,下台阶及时封闭成环及2层初期支护有利于变形控制。     

双层初期支护在云屯堡隧道高地应力软岩洞段中的应用

为研究隧道双层初期支护中第2层支护的钢拱架设置方式和施作时机,结合成兰铁路云屯堡隧道高地应力软岩隧道工程,对 高地应力软岩大变形隧道双层初期支护中内、外2层钢拱架的布设方式和第2层初期支护的施作时机进行分析和研究。 由研究结 果可知: 1)双层初期支护中钢拱架采取交错的布置方式更有利于初期支护结构受力和围岩变形控制; 2)第2层初期支护应在第1 层初期支护结构不被破坏前及时施作,对于云屯堡隧道来说,第2层初期支护施作滞后掌子面的距离在7 m内较好。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

小净距隧道施工的平面数值模拟

结合九岭隧道的设计及施工实践,建立小净距隧道的平面计算模型,对小净距隧道进行开挖支护数值模拟计算,并着重对其位移场、应力场、喷射混凝土初期支护、锚杆轴力进行数值分析,结果表明:由于围岩较好,开挖后整体稳定性较好,变形主要集中在拱顶与仰拱底部,应力主要集中在隧道的拱脚处,喷射混凝土的最大弯矩值以及支护锚杆的最大轴力值都出现在隧道拱脚处,塑性区较少,主要分布在中间围岩部位,因此要重点加固此部位.     

基于平稳自归模型对隧道边墙变形的预测分析

广西某公路隧道边墙初期支护变形监测,是一组动态数据。不同时刻的变形数据,相互影响,彼此关联,并不独立。基于平稳自回归模型（AR模型）,充分利用它能描绘变量之间互动关系和规律的优势,对隧道边墙初期支护变形监测数据进行预测分析,取得了较为合理的变形预测结果。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

一种真圆型隧道激光扫描断面变形检测新方法的研究

本文介绍了一种基于高密度三维激光扫描仪的高精度快速全断面变形检测新方法——Tunnelscan隧道扫描测量系统,该系统采用扫描仪绝对定位法进行点云配准和隧道控制坐标系坐标传递,使用与断面点距离最小的最小二乘法进行隧道实测断面中心点计算和基于与参考断面的断面差环状过滤器进行隧道点云切片杂点过滤,通过多次过滤、拟合迭代后获得去噪后的真圆管环实测断面。该系统还通过参考断面轮廓线投影法将三维点云投影成激光雷达隧道正射影像,为实现隧道结构安全"全面检测"提供了一种全新用户成果类型,用于全面分析隧道断面变形、结构侵界和裂缝渗水等隧道病害。采用该方法在昆明地铁3号线马眠区间做了一段竣工测量实地测试,经过总体分析后,再按图索骥去找断面变形量较大里程的断面图可谓是事半功倍,非常适合地铁隧道变形检测大数据量的批量化分析,而且成果查看比直接在三维点云或者三维模型上分析更加直观,没有视角遮挡问题。     

三维激光扫描技术在隧道变形与断面检测中的应用研究

传统的隧道变形监测手段主要是对部分点和断面的数据进行提取,存在工作量大、效率低、数据少等缺点。三维激光扫描技术可集成隧道安全与质量信息,一次扫描即可准确建立隧道三维矢量模型,精确得到隧道的整体变形和轮廓信息。以桐庐隧道为依托,研究三维激光扫描技术在山岭隧道变形监测中的应用,得到以下结论:当激光扫描入射角大于60°时,扫描误差急剧增大,可根据入射角及隧道内径确定最大测站间距;为降低隧道累计拼接误差导致的模型整体偏移,应采用首尾控制点双控技术;采用单点面域分析法,可提升监测数据的可靠性;采用点云及模型套接技术,可快速实现对隧道三维变形、支护侵限、二次衬砌厚度的评估,大大提升隧道数据采集与分析的效率。     

基于变形-结构法的隧道初期支护安全性评价研究

现行隧道设计中,初期支护的安全性评价是实现隧道施工阶段初期支护动态设计的关键。为解决这一问题,基于矩阵位移法建立以关键节点位移为已知量的变形-结构法,即由关键节点的位移值直接反算结构荷载及内力,进而依据规范定量评价初期支护的安全性; 并编制相应的计算程序,依托郑万高铁香炉坪隧道进行工程应用分析。研究结果表明： 1）变形-结构法较之其他以位移为基础的反分析方法,具有原理简单、参数易选取、计算速度快等优点。2）关键节点的空间位置应尽可能均布,并应兼顾特征点,如拱顶点、跨度最大点、墙脚点等,且关键节点的数量应不小于5。考虑到施工现场的复杂性和保证结果的准确性,建议关键节点的数量取7。3）隧道施工过程中,可通过关键节点的位移监控量测数据,利用变形-结构法进行初期支护的安全性评价。     

偏压隧道洞口段坡体钢花管注浆加固效果分析

为了解决偏压隧道施作套拱初期致局部坡体滑移的问题,提出3种边坡加固方案进行对比分析,采用有限元强度折减法,建立相应的计算模型,分析3种加固方案下边坡安全系数、侧坡总位移、有效塑性应变、最大剪应变及隧道开挖的地表竖向位移值。通过对3种加固方案的对比及坡体测点的位移监测数据分析表明： 对边坡施作工况3（对坡面挂网喷浆支护、坡体施作锚杆支护和局部钢花管注浆）的支护方式加固后坡体的稳定性明显优于工况1与工况2这2种坡体加固方案,工况3加固方案不仅提高了边坡的整体稳定性,而且能最大程度减小隧道开挖对地表变形的影响,在工程应用中取得了较好的经济效益与社会效益。     

穿越陡坎地形的偏压黄土隧道大变形时空特征研究

针对黄土隧道开挖这一施工领域中的难题,依托地坑院隧道,对隧道穿越沿线地质地形的施工风险进行分析,同时基于监控量测数据,对典型横断面和纵向段的初期支护变形规律进行研究,得出初期支护沿时空分布的变形特征。分析结果表明: 1)围岩变形持续时间长、变形速率大,有时具有突变性; 2)初期支护横断面收敛不均,纵向变形与断面距掌子面距离直接相关; 3)隧道变形受地形、地下水和施工的影响较大。根据现场围岩大变形规律针对性地制定相关控制措施,研究成果可为现场施工提供技术性指导。     

崤山隧道软弱围岩台阶法施工预留变形量预测原理及变形控制技术

为更加合理地设计隧道开挖预留沉降量,避免造成超挖过多增加衬砌混凝土量或初期支护侵限的问题,依据变位分配控制原理,采用数值模拟及现场监测数据分析等手段,分析软弱围岩台阶法施工时各工序施工对变形的影响程度,确定分步变形控制标准,根据分步变形控制标准建立相应的预警系统和应急工程措施,并依据分步实际变形量预测初期支护的最终变形量,为同一设计围岩等级下隧道预留变形量的动态设计提供指导。在崤山隧道台阶法施工工程中,成功地将初期支护变形控制在预留变形量之内,并动态设计下一循环预留变形量的大小,减少初期支护混凝土用量12.86%,可为隧道多步序开挖预留变形量的设计提供一定的借鉴意义。     

明挖隧道施工期间下方共线地铁盾构区间上浮控制技术——以深圳市桂庙路快速化改造工程为例

深圳市桂庙路快速化改造工程与下卧深圳地铁11号线平面共线长达3 km。为解决上方基坑开挖过程中引起的下方既有地铁运营盾构区间上浮变形问题,在施工期对下卧盾构区间隧道进行长期自动化监测的基础上,结合数值分析计算,确定下卧地铁盾构区间产生上浮变形的原因。在对比分析开挖工况、地质条件、结构施工和开挖范围及长度等因素对盾构隧道上浮变形影响规律的基础上,结合项目施工上浮控制经验,提出三重高压旋喷桩和三轴搅拌桩地层加固、调整结构施工工序并采用分幅施工方案、提前施作竖井+抗浮板+抗拔桩等地铁盾构区间上浮变形控制措施。现场实践表明,竖井+抗浮板+抗拔桩措施对地铁上浮控制十分有效,能够确保基坑施工期间下卧地铁的运营安全。     

昔格达地层隧道围岩及初期支护变形规律研究

为探明昔格达地层隧道开挖过程中初期支护背后空隙注浆的时机以及预留变形量的大小,以成昆复线铁路昔格达地层隧道为背景,采用现场实测与统计分析的方法对昔格达地层隧道围岩和初期支护的变形规律以及预留变形量进行深入分析。研究结果表明:1)昔格达地层隧道上台阶开挖后初期支护与围岩间存在初始空隙,拱顶围岩与初期支护间的差异沉降为1~2 mm,受地质、埋深及施工等因素影响,中台阶开挖较易引起隧道塌方,建议中台阶开挖前对拱部初期支护背后的空隙进行注浆回填。2)昔格达地层隧道预留变形量可根据掌子面施工揭示围岩情况调整,若施工揭示的昔格达组以页岩为主,建议预留变形量设置为24~30 mm;若施工揭示的昔格达组以砂岩为主,建议预留变形量设置为118~123 mm。