摘要：隧道施工一般规模大，施工条件复杂，准确、快速、长距离、实时、范围广，难以获得隧道围岩的变形数据和波动规律。目前，工程的质量和安全监测主要通过对岩石和结构的应力、应变率和温度等物理指标的监测进行，但对周围岩石和连接结构的变形的监测最为重要。基于此，本文主要对隧道结构围岩变形监测技术进行了有效的分析，以供参考。
关键词：隧道结构；围岩变形；监测技术；研究进展
中图分类号：U455 文献标识码：A
引言
伴随着我国经济快速增长，交通事业取得了长足的发展，隧道的修建也越来越多。由于围岩力学行为复杂、隧道与边坡相互扰动影响较大，加大了隧道施工过程中变形和稳定控制的难度。同时，大多数的偏压隧道位于浅埋地段且围岩稳定性较差，围岩变形较大，极易出现坍塌。因此，需加强隧道结构围岩变形监测技术研究具有重要的意义。
1隧道结构围岩变形分析
隧道修建中，围岩稳定性评价的一大重要指标即为围岩变形，根据相关理论与实践经验可知，隧道开挖过程中围岩变形主要可以划分为三大阶段，第一阶段：弹性变形；第二阶段：弹性、塑性变形共存；第三阶段：流变为主，弹性、塑性变形共存，围岩出现损伤、断裂、挤出、膨胀耦合作用。软弱围岩隧道的具体变形情况总结如下。（1）变形量大：软弱围岩隧道以塑性变形为主，据统计可知，其洞壁位移较大，甚至超过1m，多发生初期支护破裂问题，甚至是二次衬砌开裂。（2）初期变形快：软弱围岩隧道一旦开挖，初期变形发展十分快，必须及时支护。（3）变形持续时间长：软弱围岩隧道变形不仅发生在初期，更是贯穿整个施工过程，软弱围岩隧道开挖很长一段时间后，支护、衬砌上压力持续变化。（4）围岩破坏范围大：隧道开挖后，围岩应力重新分布，塑性区扩大，一旦支护不及时将会出现严重的安全事故。（5）变形破坏形式多：软弱围岩隧道变形破坏形式众多，如：初期支护变形、钢架变形、二次衬砌混凝土开裂、拱顶坍塌等等。通过现场勘探与综合分析，隧道变形原因归纳如下：（1）隧道穿过的山体，基于自身重力一直处于拉应力状态，局部软弱地带产生裂隙，雨水、地下水自此下渗，导致深部岩体的强度下降，断裂持续扩大，加上隧道施工所致扰动，最终形成滑坡初期软弱结构面。（2）随着时间推移，斜坡内剪切塑性变形持续发展，岩体强度持续下降，出现滑移面。（3）隧道开挖施工，山体受力结构失去平衡，出现高速滑坡，同时洞内岩层走向平行于隧道线路方向，洞口段山体偏压，出现板岩断裂的情况，右侧衬砌边墙、仰拱上浮开裂，最终拱部开始掉块。
2围岩变形控制技术分析
在软弱围岩施工的过程中，如果掌子面出现比较严重的变形，那么就会使其本身的稳定性受到影响，从而造成更为严重的事故。由于此类施工在整个工程中占到很大的比重，因而如果出现事故，那么势必会对整个工程造成重创，因而相关的施工技术部门务必要在这方面做出切实的控制，以确保此环节施工的万无一失。通常应对掌子面变形和坍塌控制的安全技术，主要包括超前支护等一系列技术方式，其中的超前支护技术是一种“先支后挖”的施工方式，对于此类技术，其主要是借助于掌子面隧道的开挖轮廓，进而在轮廓之外的相应范围内实施水平形式的预加固。一般情况下的超前支护，主要包含超前锚杆和超前大管棚等三种类型；对于超前管棚技术来说，其实施主要是为了能够达到联合支护的效果。而如果要达到以上效果，通常要把管棚外露的部分焊接在钢架上，接着依照施工设定的标准实施压浆，从而达到加固围岩的目的[3]。对于掌子面锚杆技术，其设置掌子面锚杆能够确保开挖后的掌子面不出现位移，进而为后续的大断面开挖打下基础，另外也能够有效控制可能出现的支护变形的情况。在对施工安全控制的过程中，锚杆长度通常应保持在10～20m的范围内，另外锚杆的使用材料应确保为玻璃纤维，以确保其足够坚实。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了使掌子面更为稳定，在现场施工的过程中通常会使用掌子面喷混凝土封闭的方式，进而对可能出现的安全事故起到一定的防范和规避的效果，此类技术方式在相应的安全控制中使用的频率较高，因而务必要熟练使用。最后要说到的是掌子面预留核心土的施工技术，此类技术的施工方式比较简便，且安全稳定效果好。
3隧道结构围岩变形监测技术研究
3.1三维激光扫描变形监测
三维激光扫描能够快速高效地采集海量点数据，以其数据全面、高效等优点成为变形监测领域一种重要的技术。隧道施工运营过程中，需要定期进行变形监测。隧道围岩变形分析是变形监测的常用手段。隧道围岩精确提取是隧道断面变形分析的前提。传统的断面提取方法是采用伺服全站仪等按等距或等角模型沿纵断面采集一定数量的点位坐标，并根据采集的点集合分析断面形变情况。传统方法监测点位少;自动化程度低;监测周期达不到要求等问题。所以基于点云数据的断面提取。成为必然趋势。
3.2分布式光纤变形监测系统
结构变形的分布式监测是将线性检测元素放置在结构中，形成检测监测网络，利用相关的调制解调技术，以及沿着检测网络持续监测结构的变形信息。这种感应网络就像在结构内部移植感知神经网络一样，当结构变形时，监控系统可以检测其大小和分布，从而获得结构的变形和开发规律。由于光纤传感技术具有(准)分布式、远距离和实时性等优点，因此在隧道结构监测领域备受瞩目，成为隧道结构健康监测技术的研究重点。从点sofo到准分布式FBG，再到完全分布式BOTDR，一系列光纤传感技术为隧道结构状态监控提供了下一代监控技术。
3.3组合预测
目前隧道围岩变形预测理论的研究逐渐受到重视，对变形进行预测的方法也越来越多样化，如曲线拟合法、灰色系统法、人工神经网络法和遗传算法等许多成熟的预测模型。由于隧道围岩变形受区段地质结构、载荷时效变化、围岩性质的复杂性及施工方法的多样性等诸多因素影响，变形监测结果往往具有很强的时间性和空间性．不同预测模型建立在不同的理论基础之上，各有其独特的优势，不同信息数据下的预测模型适用性不同，在进行预测时单项预测模型的选择不当，预测结果就会出现各种偏差。因此Bates等在提出了组合预测的方法后，组合预测方法对改善预测误差的有效性引起诸多学者的重视，Bunn和Sessions也证实了组合预测模型的预测结果可以优于每个单项预测模型的预测结果。李涛等在双曲线模型和剩余沉降对数模型的基础上，建立了软土路基沉降的优性组合预测模型，其实例表明优性组合预测法对预测精度的提高是有效的。冷伍明等基于双曲线模型、指数模型和Logistic模型等各种单项基础模型建立了桩基工后沉降的最优组合预测模型，通过最小二乘法求解，用实例证明该模型能有效、全面提高预测精度。
结束语
随着经济建设的迅速发展，变形监测起着越来越重要的作用，隧道变形监测近几十年来迅速发展。集成了激光技术、照片测量技术和多种传感器的自动远程在线监测技术在隧道变形监测中越来越广泛，新方法和新技术的研究与应用将为隧道工程安全监测带来新的活力。
参考文献
[1]孙振坤.软弱炭质板岩隧道施工围岩力学特征研究[D].西南交通大学,2018.
[2]赵金鹏.软弱围岩浅埋连拱隧道施工优化及支护受力研究[D].北京交通大学,2018.
[3]王晓.断层破碎带地段隧道稳定性分析与施工参数优化研究[D].北京交通大学,2017.
[4]于富才.隧道支护与围岩作用体系的力学特性研究[D].北京交通大学,2017.
[5]孙伟亮.复杂地应力条件下软岩隧道施工关键技术研究[D].石家庄铁道大学,2017.
论文作者:赵则兴,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第09期
论文发表时间:2019/8/15
标签：围岩论文; 隧道论文; 结构论文; 技术论文; 模型论文; 软弱论文; 组合论文; 《建筑实践》2019年第09期论文;