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《武汉大学》 2015年
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施工隧道监控量测技术与分析预报方法研究

邓文彬  
【摘要】:随着城市现代化的发展,城市隧道交通网在城市交通系统中所占的比重越来越大。我国各大城市均在建设互通的交通网以解决越来越严重的交通阻塞问题。一方面城市的扩张,必须要打通各个方向的交通,这就需要对一些阻碍区域进行施工,另一方面又要保证城市的生态环境,基于此项目的,更多的采用隧道工程。同时,隧道的开通带来了沿线经济的发展,隧道上方、侧方的基坑工程越来越多,临近地隧道的地下工程打破了既有隧道的受力平衡,从而引起隧道的变形,如果这些变形得不到控制将会导致严重的后果。另一方面,目前隧道监测主要都是针对受到预期荷载变化的局部区间的监测,很少涉及整体隧道的全线长期监测。同时现有的监测方法还存在以每个单一监测点的点位变化来反映隧道变形,不能准确反映隧道断面整体变形;以及在大范围、曲线路段等变形监测区域无法保证稳定的基准点等问题。对于了解隧道的整体状况。因此研究隧道的长期实时监测方案以及变形数据的分析处理方法对于保障城市交通线网安全具有重要的意义。因此本文以提出一系列先进、科学、高效率的隧道监测方法以及合理、规范的数据分析和预警系统,以满足隧道在整体施工过程中的长期监测以及局部区域的重点监测的目的。针对隧道监测方法、隧道监测坐标基准的建立、评估精度分析、断面变形特征的提前以及变形数据的分析、预报等方面进行了研究。主要研究内容如下:1.在研究、了解现有隧道变形监测的内容、方法的基础上,提出在隧道施工期间,进行超前地质预报监测,为施工提够安全预警。介绍了TSP系统,针对其在隧道这一特殊环境的应用进行了深入研究,针对隧道围岩进行确切剖析,确定准确的地质信息资料,分析岩性与形成变形的相关性,为隧道是否采取变形监测以及何种监测方法提供前期的警示效应。2.研究建立隧道变形基准网的方法,将提供断面相对变形信息和隧道整体绝对位移相结合。对基准网在隧道的布网、观测方式进行了研究,分别构建平面网和三角高程网。分析了基准网平面数据的预处理、网平差以及结果精度。提出了三角高程基准网的构建标准,构建高程控制网并研究其数据处理方法。在此基础上,利用测量机器人自动监测系统重点监测地表沉降和拱顶下沉,并结合回归分析法构建监测数据处理函数模型,进行数据处理,预报分析变形趋势。3.系统地阐述基于测量机器人在隧道仰拱路基区域压实质量的监控方法。它包括过程控制方法即对压实工艺参数(如碾压轨迹、速度、遍数、平整度等)的检测方法,以及通过利用重型击实法和灌砂法相结合更准确的测定碾压压实度的方法。从而为隧道仰拱路基区域压实质量的保证,提供了更科学、更准确、更快速地监控方法。4.系统阐述利用三维扫描技术监测隧道断面变形,弥补研究扫描断面的拟合断面特征信息来代替目前主要的以少量单点位移来分析断面变形的方法。研究了不均匀B样条曲线的拟合方法以及断面扫描数据的非断面信息的自动剔除算法。通过研究曲线之间的距离度量方法,分析断面曲线的变形特征提取方法。同时分析比较了自由曲线之间的距离度量算法,确定了Hausdorrf距离作为隧道断面变形特征的距离度量。详细介绍了自由曲线之间的Hausdorrf距离的计算方法,并应用于某隧道断面实测计算。5.利用遥感GIS技术,结合遥感影像和地形图构建三维影像模型的知识,针对隧道施工塌陷区域进行分析研究,确定塌陷范围及分布序列。根据塌陷监测需求,选取GPS监测点,对塌陷区域进行变形监测。同时利用数值分析算法对变形监测数据进行处理,分析塌陷区域的变形对隧道施工影响的动态。通过研究数值分析方法中变换参数的问题,提出了顾及施工隧道突发事件的分析预报模型。
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