基于全息变形监测的隧道支护评估体系研究

针对传统隧道监控量测存在的问题,引入三维激光扫描进行全息变形监测,无需标靶埋设,整体与局部变形一览无遗,克服了传统有限断面有限点监测的局限性,真实再现了隧道施工现场,完全避免了数据造假的可能。并据此构建了基于全息变形监测的隧道支护评估体系,即变形加速度管安全、累计变形管限界及经济,达到了安全与经济统一量化评估,避免了传统监测数据假安全及数据有限无法经济性评估的可能。工程应用表明,其具有明显的优势,可普遍应用于隧道。

三维激光扫描辅助隧道大变形控制研究

为解决在高地应力软岩大变形隧道控制研究中,传统监测方法有限断面有限点、监测结果以点带面、难以发现最大最小平均变形,无法为隧道初支优化调整提供有效数据支撑等问题,以沙嫰山二号隧道为依托,采用三维激光扫描仪对隧道初期支护进行全息变形监测,获取隧道初期支护的变形全貌,并进行沉降收敛和断面轮廓变形分析。同时依据三维激光变形监测结果,设计适应隧道变形特征的限阻耗能支护结构,对软岩大变形隧道初期支护破坏问题进行控制。结果表明:(1)三维激光扫描仪与全站仪沉降监测方差为3.03 mm、收敛监测方差为3.42 mm,两种仪器监测精度相当;(2)三维激光扫描仪监测结果显示,初期支护左侧出现受围岩剪切滑移带影响的局部鼓出问题,鼓出影响范围为左拱脚至左拱腰,且沿里程方向呈现明显的时空效应,监测段初期支护变形包络结果显示,拱顶左侧变形平均值35.2 cm、右侧变形平均值16.4 cm;(3)依据三维激光扫描仪监测结果不对称的设计限阻耗能支护结构,与设计支护段相比,对初期支护破坏取得了较好的控制效果,同时通过变形加速度来判断隧道变形速率的发展,避免累计变形和变形速率预警中假型性预警现象。

三维可视化激光扫描技术在隧道变形监测中的应用

为解决传统隧道监控量测数据量少、可视化程度低、数据利用率低等问题,利用三维激光扫描仪多次采集已施作完成的支护结构点云数据,然后通过三维点云处理软件“TK-PCAS”处理、分析,得到可视化三维模型,以全面展示隧道支护结构的全息变形情况。监测数据表明:全站仪拱顶、拱脚最大累计变形分别为28 mm和36 mm;扫描仪拱顶、拱脚最大累计变形为30 mm和39.1 mm。全站仪测量数据较扫描仪少2~3 mm,误差相对较小,两者的数据变化趋势基本一致。研究结果表明:基于全息监测技术,在隧道变形监测预警方面引入加速度及变形速率预警的方法,通过加速度正负来分辨隧道变形速率发展,可有效避免监测后期变形总量、变形速率预警之中出现的假预警现象。对提高变形监测准确性具有重要现实意义。