地下工程远程在线遥测技术及在大狮子隧道的应用

近年来,国内山岭隧道塌方事故频发,造成了惨重的人员伤亡和巨大的设备损失,如何通过现场监测实时掌控围岩稳定性并进行安全预警已成为当前山岭隧道修建的关键难题之一。依托围岩塌方风险较高的大狮子隧道(宁波地区最长的公路隧道),阐明了隧道内围岩远程在线遥测技术的信号采集、传输与后台处理原理,基于现场监测组网的总线理论(FCS)和分组无线传输技术(GPRS),提出了一种新型隧道远程在线遥测系统构架方式。该系统构架采用洞内有线+无线的组网方案,包括监测数据的采集传输、管理分析、远程接收子系统3个部分。运用该系统对大狮子隧道围岩变形、锚杆应力、围岩与钢拱架之间喷层压应力开展了全天候实时高频监测,并采用服务器+客户端模式,实现了采集数据远程同步高速传输与多单位实时监控。通过分析高频采集数据后获得的监测量时程曲线(变形、应力、压力),发现大狮子隧道的围岩变形在整体变化趋势上呈现出一种台阶式的波动增长变化规律,受爆破开挖影响后变形值产生突变;同时围岩变形与喷层压力值受后续隧道开挖扰动的波动影响较大,但总体变化趋势上基本经历了前期快速变化-中期缓慢变化-后期逐步稳定3个阶段。通过对隧道近一年的远程在线监测表明,其技术可完全实现地下工程围岩稳定性的远程遥测和无人值守预警,具有良好的应用前景。     

上海市地铁一号线隧道变形测量及规律分析

本文以上海市地铁一号线黄陂南路站近一年多种隧道变形测量采集整理分析为例,详细总结和讨论了地铁隧道变形测量的方法,对地铁一号线黄陂南路站附近上下行隧道变成进行了规律分析,同时对地铁一号线隧道运营以来整条隧道沉降变形规律进行了剖析。     

基于BOTDR的白泥井3号隧道拱圈变形监测

白泥井3号隧道是一条山岭隧道,隧道出口段位于滑坡等地质灾害多发的危险区域,为了确保隧道安全,应用国际上先进的BOTDR分布式应变测量技术,对隧道拱圈截面变形进行了分布式应变监测。本文着重介绍了BOTDR在隧道内安装布设以及监测数据的分析过程,监测成果显示,在将近1 a的监测时间里,隧道拱圈基本保持稳定,只是在个别区域,如K84+508.2处拱圈截面的衬砌表面发生张拉变形,变形量在雨季期间达到最大,据分析是由于雨水入渗山体造成围岩压力增大,致使拱圈截面受挤压变形。     

大跨度公路隧道围岩变形的时间序列分析

通过建立一套比较完整的大跨度隧道监测数据时间序列分析方法, 对现场隧道部分断面量测数据进行了时间序列分析, 预测了隧道变形的整体动态规律及隧道系统的长期稳定性, 并提出相关设想和建议。     

考虑空间效应的软土隧道上方卸荷变形分析

隧道上方基坑的空间效应对隧道变形存在较大影响,提出了一个新的可以考虑空间尺寸效应影响的卸荷比模型,该模型能综合考虑上方基坑深度、宽度和基坑沿隧道纵向长度的影响。通过三维有限元数值分析法和实测分析法,研究了上方基坑空间效应对隧道变形的影响。数值分析和监测数据表明,盾构隧道变形主要是由盾构隧道上方主要覆土区内的外部施工作业引起,主要覆土区之外基坑施工作业对隧道最大隆起量的影响较小,主要覆土区内隧道最大隆起量与提出的卸荷比近似呈线性关系。软土地区的隧道上方基坑工程可通过控制卸荷比来控制隧道的竖向变形。     

基于修正[BQ]值的软岩隧道挤压变形预测

高地应力条件下,深埋隧道破碎围岩容易发生挤压大变形。挤压变形量的预测对于工程的设计与施工至关重要。经验预测方法因其形式简单、使用方便得到广泛应用,现有隧道挤压变形预测的经验法具有以下特点:(1)考虑的影响因素较少,多数仅能对挤压变形进行分级,无法给出挤压变形量;(2)现有经验变形预测方法多基于围岩Q分级系统,不能直接应用于国内的BQ分级系统。因此,基于对国内外100多条隧道变形监测数据的分析,提出一种新的适用于国内岩体基本质量指标修正值[BQ]的挤压变形预测方法。该方法综合考虑了隧道埋深、跨度、围岩强度应力比、地下水、岩体结构面等影响岩体挤压变形的多种因素。通过与多条大变形隧道监测结果的对比分析,验证了预测方法的合理性,研究成果对高地应力软岩隧道确定支护强度及提前采取超前加固措施具有十分重要的指导作用。     

超大断面矩形顶管隧道施工动态变形规律

在城市地下工程建设中,新建大断面隧道近距离下穿施工对既有道路造成的扰动不可避免.分析地表变形特点及其变化规律对减小隧道施工造成的环境影响具有重大意义.结合郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道矩形顶管隧道工程的工程实践,采用现场地表变形实测统计分析并运用数值模拟方法对顶管顶进施工过程进行动态分析,揭示隧道开挖过程中的地表变化规律;数值模拟预测分析了顶管施工对既有道路的影响,从而优化施工方法和技术参数,提出相应的控制措施,并通过工程变形监测数据验证了预测分析的有效性.      

新建盾构隧道近距离侧穿既有隧道相互影响分析

为探究新建盾构隧道近距离侧穿既有隧道的相互影响,以武汉市轨道交通5号线盾构施工平行侧穿既有2号线区间工程为背景,使用FLAC3D软件建立了盾构隧道与既有隧道的数值模型,研究新建盾构隧道施工对既有隧道变形的影响规律,分析新建盾构隧道在列车动荷载作用下的拱顶变形特点,并结合现场监测数据进行了验证。研究结果表明:距离盾构开挖掌子面越近,既有隧道拱顶的变形速率越大,反之变形速率较平缓;既有隧道两侧水平变形呈现向隧道内凸的趋势,且靠近盾构隧道一侧的变形量远大于对侧,但两者变形量均在预警值范围内;盾构开挖时会引起既有隧道靠近盾构隧道一侧的水平变形增大,并在后续注浆步骤完成后略微减小,随后维持稳定;新建盾构隧道在既有地铁列车动荷载作用下拱顶变形量变化较小。     

滑坡治理工程的下托式抗滑桩-隧道组合体系

滑坡段隧道加固技术主要包括滑坡治理和隧道衬砌结构加固,且滑坡治理措施中以抗滑桩应用最为广泛。本文以襄渝线某隧道工程为依托,一方面利用FLAC3D计算分析下托式抗滑桩支档结构的加固效果;另一方面通过有无支挡结构隧道开挖工况监测数据分析。结果表明:（1）下托式抗滑桩支挡结构加固作用下,隧道开挖后衬砌变形明显减小,且改善了隧道衬砌的受力状态,尤其对衬砌仰拱处的受力模式改变显著,减小仰拱的变形破坏。（2）下托式抗滑桩支挡结构对隧道以下滑体的滑移和沉降有一定的限制作用,并对隧道与滑面相交处的土体受力状态有一定的改善。（3）下托式抗滑桩加固作用下,隧道衬砌的受力状态有一定改善,尤其对隧道与滑面处变形控制有较好的效果,在一定程度上可避免隧道发生剪切变形破坏。（4）桩-隧间距对隧道衬砌、滑体地表沉降以及滑带的变形都有着不同程度的影响,但与其位置有很大关系。     

隧道工程信息监测及其分析与控制

基于新奥法原理,在西山坪高速公路隧道工程监控与信息分析的研究课题中,通过监测所获的大量现场数据,分析了围岩变形特征和规律及其与支护的关系.利用自编软件对监测数据进行了信息处理和计算分析.导出了该隧道各类围岩的稳定性判据,确定了发生危险性的预测方法.提出了初期支护和二次衬砌的最佳时机,利用反馈信息,保障了该隧道施工的安全性、可靠性、合理性和经济性.     

北斗高精度定位技术在边坡变形监测中的应用

简要介绍了北斗卫星导航系统,并基于北斗卫星导航定位系统建立了适合于边坡变形监测的北斗云监测系统,实现了从数据采集到监测结果显示的全过程自动化。分析了相对于传统边坡变形监测应用北斗技术对边坡变形监测的优势。设计了监测系统的精度试验,分析了系统精度与定位时长的关系,试验结果表明,定位时长为24 h时,监测系统的水平方向的精度为2 mm左右,完全满足公路高边坡变形监测的精度要求。将北斗云监测系统应用于贵州都安高速某高边坡变形监测工程中,实现了对该边坡变形的自动化监测。监测结果表明北斗技术完全可以应用于边坡变形监测,对提高边坡变形监测能力具有重要意义。     

Design of a Displacement Monitoring System Based on Optical Grating and Numerical Verification in Geomechanical Model Test of Water Leakage of Tunnel

The displacement monitoring of surrounding rock is necessary in geomechanical model test. However, traditional monitoring technology is difficult to meet the needs of displacement monitoring in small geological model tests. To solve the problems mentioned above, the authors developed a multi-point displacement monitoring system based on optical grating including multi-point extensometer, grating scale and multi-channel data acquisition system. Firstly, 3D anchor head with six barbs is designed and connected to the grating ruler by the steel wire, which proved to be rather sensitive to the rock deformation. Additionally, the displacement data collected can be transformed into electrical signal, which can be obtained by multi-channel acquisition system. Finally, the system was used in the model test of tunnel water leakage. The designed anchors were pre-embedded in some key monitoring points around the section in order to investigate measurement of displacements in the lining during the loading of geostress and hydraulic pressure. Afterward, FLAC^3D, the finite-difference method, is adopted to simulate the whole process of physical model test and to compare with the experimental results. The results show that the experimental data was in good agreement with the numerical simulation results. In conclusion, the multi-point displacement monitoring system based on optical grating has higher precision and can be widely used in the physical model test of geotechnical engineering.     

隧道掘进综合信息智能监控系统研究

结合现代遥测技术,把选测断面传感器（频率类、电压电流类、开关量类、数字类等）数据采集、三维激光扫描、地质超前预报、爆破振动监测以及可视化监控融合在一起,实现隧道施工掌子面可视化实时显示与分析、隧道施工监测自动化数据采集与分析,形成隧道施工多元信息监测系统TIS(tunnel intelligentized monitoring system),确保复杂围岩地质条件下隧道施工安全。该系统测试项目的全面性、实时性和预警性对隧道施工的动态设计、施工管理以及提高施工过程的安全度等具有重要的现实意义。     

乌竹岭隧道监控量测技术研究及评价

隧道施工技术复杂,安全制约因素多,各种工程事故时有发生,解决这类问题的重要措施就是在施工期间开展严密的监控量测。通过监测来准确地预报隧道工程及周围环境的变化,确保施工的安全进行。施工中的监控量测工作在隧道建设中发挥着重要的作用。在施工中,对围岩变形进行监测,依据监测数据对围岩稳定性做出判断,从而使客观地评价支护与围岩的状态和合理地设计成为可能。以乌竹岭隧道施工过程中监控量测工作的安排布置及具体操作为例,介绍了监控量测在新奥法施工隧道中的应用。     

地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统

为确保北京地铁5号线崇文门站施工期间其上方既有地铁隧道的运营安全,采用远程自动监测系统对既有地铁结构的动态变化进行了实时监控。该监测系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据管理子系统构成,可以最大限度地降低监测与运营的相互影响。传感器子系统包括静力水准仪、梁式倾斜仪、位移计和测缝计,分别监测隧道沉降、道床沉降、两走行轨横向高差和水平间距以及结构变形缝的变化;数据采集与传输子系统将采集到的数据以有线方式传输至信息中心;信息中心的数据管理子系统对接收到的数据进行处理,并通过公共网络将监测信息及时反馈给相关单位。该系统在北京地铁5号线崇文门车站下穿环线地铁隧道施工期间对既有地铁结构的变形实施了有效监控,有关单位根据监测系统反映的异常情况及时调整了施工措施,取得了理想的控制效果,保证了施工期间既有地铁线路的安全运营。     

复杂地层超大断面隧道施工围岩力学特征模型试验

以京沪高速济南连接线港沟隧道穿越断裂破碎带区域为依托工程,研究了复杂地层超大断面隧道施工情况下围岩力学响应特征。研发了大型可拼装式地质力学模型试验系统,搭建了以静态数据采集为基础的应力–应变场监测系统和以光栅测距为基础的位移场监测系统,开展了复杂地层超大断面隧道施工过程力学模型试验研究。通过对试验开挖过程中位移变形和围岩应力变化的实时监测,揭示了超大断面隧道穿越断裂破碎带施工过程的力学演化规律。监测数据表明：位移变形大致可分为“缓慢增加-急剧增大-稳定状态”3个过程,水平收敛位移要早于拱顶沉降进入急剧增大阶段;应力变化也可分为“应力积聚－应力释放－稳定状态”3个阶段。形成的试验方法技术以及结论对类似工程研究具有重要的指导和借鉴意义。     

数字图像处理技术在隧道掌子面的应用

在隧道施工过程中,为了解开挖方量以及隧道前方的地质构造等信息,有必要对掌子面图像进行分析。传统分析中大多数以人工素描为主,效果因人而异。为了克服传统方法的局限,将图形、图像处理及三维建模技术引入对掌子面图像的处理中,建立隧道掌子面地质图像画像系统,对一系列跟踪拍摄的掌子面图像进行处理,自动提取出掌子面上不同岩层的边界,获取岩层的特征信息,以此对围岩分级。根据相邻掌子面上岩层目标的对应关系,建立起隧道的三维模型,为隧道施工提供必要的参考信息。     

浅埋风积砂质黄土隧道变形综合控制技术研究

在隧道施工前,应用数值模拟分析的方法,分析浅埋砂质黄土隧道施工力学效应和变形特征。根据浅埋砂质风积黄土隧道在施工过程中地表沉降量大和洞内施工安全风险大等特点,结合隧道实际监测数据,反演计算得到侵限段地质力学参数,为迈式管棚超前支护及径向迈式锚杆的全施工过程数值模拟提供计算依据,为控制隧道围岩变形提供数据支撑。计算结果显示,隧道侵限段地表最大沉降11.4 mm、最大拱顶下沉30.4 mm、最大水平收敛48.5 mm,隧道整体变形量减小,迈式管棚超前支护可以有效地提供纵向支撑,承受侵限土体压力、约束围岩变形和控制地表沉降,同时为支护侵限段钢拱架的安全拆换提供保障。研究结果表明:径向迈式锚杆、迈式管棚超前支护、环形支撑钢拱架和锁脚锚杆一起,构成了浅埋风积砂质黄土隧道主被动变形综合控制体系,有效地解决了浅埋风积砂质黄土隧道软弱围岩超前支护的难题。     

阿家岭隧道穿越既有铁路线综合施工技术

阿家岭隧道穿越既有铁路线,通过采取洞室管棚预支护、沉降反馈开挖法、加强初期支护、监控量测技术、管棚变形监测等综合治理技术,有效地控制了既有铁路的线路沉降量,保证了顺利穿越既有铁路线。该综合技术根据隧道施工条件,突破常规施工方法和工艺,为施工类似隧道提供了参考。     

不同层理面角度在层状岩体隧道围岩变形中的响应特征研究

层状复合岩体在隧道工程中随处可见,层理面的软弱性直接决定层状岩体隧道围岩的稳定性。为了揭示层理面对隧道围岩变形的影响规律,本文采用AutoCAD软件建立某隧道横断面,将该断面图导入有限元模拟软件ABAQUS中,并利用0厚度Cohesive单元对模型嵌入不同角度层理面,从而构建含不同层理面的隧道断面模型。基于该数值模型研究了层状隧道围岩变形中层理面角度的响应特征,得到从水平层理过渡到竖直层理的过程中,围岩变形区域也从顶部变化到侧壁。结合二次开发获取的声发射模拟数据,得到了不同层理面角度下的围岩易破裂区,针对该区域分布特征,隧道施工后可采用三维激光扫描技术生成点云数据,进行隧道断面的三维重构,为规避点云数据量庞大的缺点,引入分级重采样思想,对层状围岩易变形区进行局部点云细化,通过隧道断面易变形区点云模型的实时对比分析,实现隧道围岩的高效、精确化监测,可指导隧道围岩的安全稳定运营。