大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)：原理、應(yīng)用與挑戰(zhàn)一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的飛速推進(jìn)以及交通工具的持續(xù)發(fā)展，道路交通密度日益增大。城市化進(jìn)程向地下延伸，地下建筑與地下交通在城市發(fā)展中扮演著愈發(fā)重要的角色。隧道建設(shè)成為多數(shù)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵部分，尤其是連接城市的高速公路，隧道建設(shè)必不可少。大跨淺埋公路隧道以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，在交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中發(fā)揮著不可或缺的作用，成為了現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。例如，在一些地形復(fù)雜的山區(qū)，大跨淺埋公路隧道能夠巧妙地穿越山脈，避免了盤山公路的修建，大大縮短了交通路線，提高了交通運(yùn)輸效率。然而，大跨淺埋公路隧道由于其結(jié)構(gòu)特殊性，在施工和運(yùn)營過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，容易出現(xiàn)難以預(yù)知的破壞和變形，這給其安全運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)。由于隧道跨度較大，頂部覆蓋層較薄，圍巖自穩(wěn)能力相對(duì)較差，在開挖過程中，隧道周邊的圍巖容易產(chǎn)生較大的變形，甚至可能引發(fā)坍塌事故。而在運(yùn)營階段，長期的車輛荷載作用、地質(zhì)條件的變化以及環(huán)境因素的影響，都可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、剝落等病害，嚴(yán)重威脅到隧道的安全使用。在實(shí)際工程中，這樣的案例屢見不鮮。比如某大跨淺埋公路隧道在施工過程中，由于對(duì)圍巖的穩(wěn)定性評(píng)估不足，采用了不合理的開挖方法，導(dǎo)致隧道頂部出現(xiàn)了大面積的坍塌，不僅延誤了工期，還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。又如，另一條大跨淺埋公路隧道在運(yùn)營數(shù)年后，發(fā)現(xiàn)隧道襯砌出現(xiàn)了大量裂縫，經(jīng)檢測分析，是由于長期的車輛振動(dòng)和地質(zhì)沉降共同作用，使得隧道結(jié)構(gòu)的承載能力下降，若不及時(shí)處理，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，研究大跨淺埋公路隧道的監(jiān)測技術(shù)，對(duì)保障隧道的安全具有重要意義。有效的監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取隧道結(jié)構(gòu)的狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為隧道的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)，從而確保隧道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)交通事業(yè)的健康發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)的研究起步較早，發(fā)展相對(duì)成熟。歐美等發(fā)達(dá)國家憑借先進(jìn)的科技水平和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，在監(jiān)測技術(shù)方面取得了顯著成果。美國在隧道監(jiān)測中廣泛應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，該技術(shù)利用光在光纖中傳播時(shí)的特性變化來感知外界物理量的變化，具有高精度、抗干擾能力強(qiáng)、可分布式測量等優(yōu)點(diǎn)。通過在隧道襯砌內(nèi)預(yù)埋光纖傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的異常變化。例如，在某重要高速公路隧道的監(jiān)測項(xiàng)目中，采用了分布式光纖傳感技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道全長的連續(xù)監(jiān)測，準(zhǔn)確捕捉到了因地質(zhì)變化引起的局部襯砌應(yīng)變異常，為隧道的及時(shí)維護(hù)提供了有力依據(jù)。日本由于其特殊的地理位置，多地震、地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)隧道監(jiān)測技術(shù)的研究也十分深入。該國研發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道監(jiān)測系統(tǒng)，通過在隧道內(nèi)布置各種傳感器，如位移傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式匯聚到監(jiān)控中心。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測隧道的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，還能對(duì)地震、火災(zāi)等突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)在多次地震中發(fā)揮了重要作用，及時(shí)為隧道管理人員提供了準(zhǔn)確的信息，保障了隧道的安全運(yùn)營。在國內(nèi)，隨著隧道建設(shè)數(shù)量的不斷增加和技術(shù)難度的日益提高，大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)的研究也得到了高度重視。近年來，國內(nèi)學(xué)者和工程技術(shù)人員通過理論研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)等多種手段，在監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列成果。例如，在監(jiān)測方法方面，國內(nèi)學(xué)者提出了基于位移反分析的監(jiān)測方法，該方法通過監(jiān)測隧道圍巖的位移，利用反分析理論來推算圍巖的力學(xué)參數(shù)和初始地應(yīng)力場，從而為隧道的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。在某大跨淺埋公路隧道的工程實(shí)踐中，采用位移反分析方法，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)圍巖參數(shù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整，優(yōu)化了支護(hù)方案，有效控制了隧道的變形。在監(jiān)測系統(tǒng)集成方面，國內(nèi)也取得了一定進(jìn)展。一些科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了集監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、分析和預(yù)警于一體的智能化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和人工智能算法，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，能夠快速準(zhǔn)確地判斷隧道結(jié)構(gòu)的健康狀況，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。在某城市的大跨淺埋公路隧道監(jiān)測項(xiàng)目中，應(yīng)用了這種智能化監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的全方位、智能化監(jiān)測，大大提高了監(jiān)測效率和準(zhǔn)確性。盡管國內(nèi)外在大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。一方面，監(jiān)測技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性有待進(jìn)一步提高。目前的監(jiān)測方法和傳感器在復(fù)雜地質(zhì)條件和惡劣環(huán)境下，可能會(huì)出現(xiàn)測量誤差較大、穩(wěn)定性差等問題，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和有效性。另一方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理方法還不夠完善。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析方法大多基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)和力學(xué)理論，難以充分挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息，對(duì)于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)病害和安全隱患，難以做出準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測。此外，不同監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備之間的兼容性和協(xié)同性較差，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)的集成和應(yīng)用存在一定困難。1.3研究目的與方法本研究旨在深入剖析大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)，通過全面且系統(tǒng)的研究，揭示監(jiān)測技術(shù)在保障隧道安全穩(wěn)定運(yùn)行中的關(guān)鍵作用，為隧道工程的建設(shè)與運(yùn)營提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)支撐。具體而言，研究目的包括深入了解大跨淺埋公路隧道建設(shè)的現(xiàn)狀，精準(zhǔn)識(shí)別其中存在的問題，并對(duì)影響隧道穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵因素進(jìn)行細(xì)致分析；廣泛綜合國內(nèi)外類似隧道監(jiān)測技術(shù)的研究成果，深入探究監(jiān)測技術(shù)的原理、方法及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況；設(shè)計(jì)一套專門針對(duì)大跨淺埋公路隧道的高效監(jiān)測系統(tǒng)，并利用實(shí)際測量數(shù)據(jù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的模型驗(yàn)證，以此為隧道的穩(wěn)定性和安全性提供有力保障。為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本研究將采用多種研究方法。通過文獻(xiàn)調(diào)研，廣泛收集國內(nèi)外關(guān)于大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、工程案例等，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。同時(shí)，進(jìn)行實(shí)地考察，深入大跨淺埋公路隧道施工現(xiàn)場，觀察隧道的建設(shè)情況、監(jiān)測設(shè)備的安裝與運(yùn)行狀況，與工程技術(shù)人員進(jìn)行交流，獲取第一手資料，切實(shí)了解實(shí)際工程中存在的問題和需求。針對(duì)典型的大跨淺埋公路隧道工程案例進(jìn)行深入分析，研究不同監(jiān)測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，為監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供實(shí)踐依據(jù)。在案例分析過程中，詳細(xì)分析隧道的地質(zhì)條件、施工工藝、監(jiān)測方案以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用等方面，找出影響監(jiān)測效果的關(guān)鍵因素。通過實(shí)際監(jiān)測，對(duì)設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。在隧道施工現(xiàn)場布置各類監(jiān)測設(shè)備，按照預(yù)定的監(jiān)測方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。運(yùn)用數(shù)據(jù)處理和分析方法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析，提取有用信息，為隧道的穩(wěn)定性和安全性評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。在實(shí)際監(jiān)測過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。同時(shí)，及時(shí)對(duì)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。二、大跨淺埋公路隧道概述2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工程難點(diǎn)大跨淺埋公路隧道具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其跨度通常較大，一般大于常規(guī)隧道的跨度標(biāo)準(zhǔn)，這使得隧道在開挖后，頂部的覆蓋層相對(duì)較薄，即埋深較淺。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致隧道的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。以某大跨淺埋公路隧道為例，其跨度達(dá)到了15米，而最淺處的埋深僅為10米，在施工過程中，由于頂部覆蓋層較薄，圍巖的承載能力有限，隧道頂部出現(xiàn)了明顯的下沉現(xiàn)象，對(duì)施工安全造成了極大威脅。大跨淺埋公路隧道的圍巖自穩(wěn)能力較差。由于埋深淺，隧道周邊的圍巖受到的上覆巖體壓力相對(duì)較小，巖體之間的咬合和摩擦力不足，難以形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。在開挖過程中，一旦擾動(dòng)了圍巖，圍巖就容易發(fā)生變形和坍塌。在某隧道工程中，由于采用了不當(dāng)?shù)拈_挖方法，對(duì)圍巖的擾動(dòng)過大，導(dǎo)致隧道周邊的圍巖出現(xiàn)了大面積的坍塌，不僅延誤了工期，還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隧道的變形控制難度較大。大跨度使得隧道在受力時(shí)更容易產(chǎn)生較大的變形，而淺埋條件又使得隧道受到的外部荷載更加復(fù)雜，如地面交通荷載、地下水壓力等。這些因素都增加了隧道變形控制的難度。在一些城市中的大跨淺埋公路隧道，由于受到地面交通的頻繁振動(dòng)和地下水的長期侵蝕，隧道襯砌出現(xiàn)了裂縫和剝落等病害，嚴(yán)重影響了隧道的正常使用。大跨淺埋公路隧道還容易受到地質(zhì)條件變化的影響。由于埋深淺，隧道更容易受到地質(zhì)構(gòu)造、地下水等因素的影響，一旦地質(zhì)條件發(fā)生變化，如遇到斷層、溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，隧道的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重威脅。在某山區(qū)的大跨淺埋公路隧道施工中，突然遇到了一條斷層，導(dǎo)致隧道圍巖破碎，涌水涌泥現(xiàn)象嚴(yán)重，給施工帶來了極大的困難。2.2常見工程問題及危害在大跨淺埋公路隧道的施工與運(yùn)營過程中，會(huì)出現(xiàn)諸多工程問題，這些問題嚴(yán)重威脅著工程質(zhì)量與安全。施工過程中，坍塌是最為嚴(yán)重的問題之一。由于大跨淺埋隧道的圍巖自穩(wěn)能力差，在開挖過程中，一旦支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)強(qiáng)度不足，就容易引發(fā)坍塌事故。坍塌不僅會(huì)導(dǎo)致施工中斷，延誤工期，還可能造成人員傷亡和機(jī)械設(shè)備的損壞。某大跨淺埋公路隧道在施工時(shí)，因未準(zhǔn)確掌握圍巖的地質(zhì)情況，采用的支護(hù)方式不合理，致使隧道頂部突然坍塌，造成了3人死亡、5人受傷的嚴(yán)重后果，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百萬元。突水涌砂問題也較為常見。大跨淺埋隧道埋深淺，地下水豐富，施工時(shí)若未做好防水和排水措施，地下水就會(huì)攜帶砂土涌入隧道，破壞隧道結(jié)構(gòu)，影響施工安全。某隧道施工中，因?qū)Φ叵滤奶綔y不準(zhǔn)確，未采取有效的堵水措施，在開挖過程中突然發(fā)生突水涌砂，導(dǎo)致隧道被淹沒，施工設(shè)備被沖走，后續(xù)處理工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間。在隧道建成后的運(yùn)營階段，滲漏是一個(gè)突出問題。隧道襯砌結(jié)構(gòu)的防水性能不佳，施工縫、變形縫處理不當(dāng)，或者受到地質(zhì)條件變化、車輛振動(dòng)等因素的影響，都可能導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。滲漏會(huì)使隧道內(nèi)的濕度增加，影響行車安全，還會(huì)侵蝕隧道結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)的耐久性。某城市的大跨淺埋公路隧道，由于襯砌的防水混凝土存在質(zhì)量缺陷，運(yùn)營數(shù)年后出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲漏問題，隧道內(nèi)常年積水，路面濕滑，導(dǎo)致多起交通事故，同時(shí)，滲漏還使得隧道襯砌出現(xiàn)了鋼筋銹蝕、混凝土剝落等病害，維修成本高昂。變形也是大跨淺埋公路隧道運(yùn)營中常見的問題。長期的車輛荷載作用、地質(zhì)沉降以及隧道結(jié)構(gòu)的老化等因素，都可能導(dǎo)致隧道出現(xiàn)變形。變形會(huì)使隧道的凈空減小，影響車輛的正常通行，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的破壞。某大跨淺埋公路隧道在運(yùn)營10年后，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)隧道的拱頂下沉量超過了設(shè)計(jì)允許值，襯砌出現(xiàn)了多處裂縫，對(duì)隧道的安全運(yùn)營構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，不得不進(jìn)行緊急加固處理。三、監(jiān)測技術(shù)理論基礎(chǔ)3.1監(jiān)測技術(shù)分類與原理大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)涵蓋多個(gè)類型，每種類型都有其獨(dú)特的測量物理量及原理，這些技術(shù)在隧道施工和運(yùn)營過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，能夠?yàn)樗淼赖姆€(wěn)定性和安全性提供全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)支持。位移監(jiān)測是隧道監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，它主要測量隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移變化。位移監(jiān)測的原理基于幾何測量方法，通過測量監(jiān)測點(diǎn)在不同時(shí)間的位置變化來確定位移量。常用的位移監(jiān)測儀器包括全站儀、水準(zhǔn)儀、多點(diǎn)位移計(jì)等。全站儀利用電磁波測距和角度測量原理，能夠精確測量監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過對(duì)比不同時(shí)期的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出位移量。在某大跨淺埋公路隧道的施工監(jiān)測中，使用全站儀對(duì)隧道拱頂和邊墻的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行定期測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在隧道開挖初期，拱頂下沉和邊墻收斂位移增長較快，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的施作，位移增長逐漸趨于穩(wěn)定。水準(zhǔn)儀則是利用水平視線測量兩點(diǎn)之間的高差變化，從而得到垂直方向的位移信息。多點(diǎn)位移計(jì)通過在鉆孔中安裝多個(gè)測點(diǎn)，能夠測量不同深度圍巖的位移，直觀反映圍巖內(nèi)部的變形情況。應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測用于測量隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，以此評(píng)估結(jié)構(gòu)的受力情況。其原理基于材料的力學(xué)性能，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，通過傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他可測量的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測。常見的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測儀器有應(yīng)變片、光纖光柵傳感器等。應(yīng)變片是一種將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的敏感元件，將其粘貼在結(jié)構(gòu)表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片的電阻值會(huì)隨之改變，通過測量電阻變化即可計(jì)算出應(yīng)變，再根據(jù)材料的彈性模量計(jì)算出應(yīng)力。在某隧道襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測中，在襯砌混凝土內(nèi)預(yù)埋應(yīng)變片，實(shí)時(shí)監(jiān)測襯砌在不同施工階段和運(yùn)營階段的應(yīng)力變化，為評(píng)估襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力提供了重要依據(jù)。光纖光柵傳感器則利用光纖光柵的波長對(duì)應(yīng)變和溫度敏感的特性，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變時(shí)，光纖光柵的波長會(huì)發(fā)生漂移，通過檢測波長變化來測量應(yīng)變，這種傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、可分布式測量等優(yōu)點(diǎn)。震動(dòng)監(jiān)測主要針對(duì)隧道施工爆破或運(yùn)營過程中受到的振動(dòng)影響，測量的物理量包括振動(dòng)速度、加速度等。其原理基于慣性測量原理，通過傳感器感知振動(dòng)過程中的慣性力變化，從而測量振動(dòng)參數(shù)。常用的震動(dòng)監(jiān)測儀器有加速度傳感器、速度傳感器等。加速度傳感器利用壓電效應(yīng)或壓阻效應(yīng)，將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。在淺埋大跨隧道施工爆破監(jiān)測中，在隧道周邊和地表布置加速度傳感器，監(jiān)測爆破產(chǎn)生的地震波傳播規(guī)律和振動(dòng)強(qiáng)度，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整爆破參數(shù)，有效控制爆破震動(dòng)對(duì)隧道圍巖和周邊環(huán)境的影響。速度傳感器則通過電磁感應(yīng)原理，將振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測量，能夠準(zhǔn)確反映振動(dòng)的速度大小和方向。3.2監(jiān)測系統(tǒng)組成與功能大跨淺埋公路隧道監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，主要由傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和預(yù)警等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道狀態(tài)的全面監(jiān)測和分析，保障隧道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。傳感器作為監(jiān)測系統(tǒng)的前端設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集的重要任務(wù)。針對(duì)大跨淺埋公路隧道的特點(diǎn)，需要使用多種類型的傳感器，以滿足對(duì)不同物理量的監(jiān)測需求。位移傳感器用于測量隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移變化，常見的有全站儀、水準(zhǔn)儀、多點(diǎn)位移計(jì)等。全站儀能夠通過測量角度和距離，精確確定監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而計(jì)算出位移量。在某大跨淺埋公路隧道施工中，使用全站儀對(duì)隧道拱頂和邊墻的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行定期測量，有效掌握了隧道在施工過程中的位移變化情況。水準(zhǔn)儀則通過測量兩點(diǎn)之間的高差，獲取垂直方向的位移信息。多點(diǎn)位移計(jì)可以安裝在鉆孔中，測量不同深度圍巖的位移，直觀反映圍巖內(nèi)部的變形情況。應(yīng)力應(yīng)變傳感器用于監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，如應(yīng)變片、光纖光柵傳感器等。應(yīng)變片通過將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的測量。在某隧道襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測中，通過在襯砌混凝土內(nèi)預(yù)埋應(yīng)變片，實(shí)時(shí)監(jiān)測襯砌在不同施工階段和運(yùn)營階段的應(yīng)力變化，為評(píng)估襯砌結(jié)構(gòu)的承載能力提供了重要依據(jù)。光纖光柵傳感器利用光纖光柵的波長對(duì)應(yīng)變和溫度敏感的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的高精度測量，且具有抗干擾能力強(qiáng)、可分布式測量等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸部分負(fù)責(zé)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。常見的數(shù)據(jù)傳輸方式包括有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸具有傳輸穩(wěn)定、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，常用的有線傳輸介質(zhì)有電纜、光纖等。在一些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性要求較高的隧道監(jiān)測項(xiàng)目中，采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，能夠確保數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。無線傳輸則具有安裝方便、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，常見的無線傳輸技術(shù)有Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、4G/5G等。在某大跨淺埋公路隧道監(jiān)測中，使用4G網(wǎng)絡(luò)將傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，還需要采取一些數(shù)據(jù)傳輸保障措施，如數(shù)據(jù)加密、信號(hào)增強(qiáng)、冗余備份等。通過數(shù)據(jù)加密技術(shù)，可以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊取或篡改；通過信號(hào)增強(qiáng)設(shè)備，可以提高信號(hào)的傳輸強(qiáng)度和覆蓋范圍；通過冗余備份技術(shù)，可以在傳輸鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。數(shù)據(jù)處理部分對(duì)傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)處理方法包括數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)插值、數(shù)據(jù)擬合等。數(shù)據(jù)濾波可以去除數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在某隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中，采用滑動(dòng)平均濾波法對(duì)位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有效去除了數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲。數(shù)據(jù)插值和數(shù)據(jù)擬合可以對(duì)缺失或離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和優(yōu)化，以便更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以提取出隧道結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、振動(dòng)等特征信息，為隧道的穩(wěn)定性和安全性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。同時(shí)，還需要建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行長期保存，以便后續(xù)查詢和分析。常見的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式有數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、文件存儲(chǔ)等。在某大跨淺埋公路隧道監(jiān)測系統(tǒng)中，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)的管理和查詢。預(yù)警部分是監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能之一，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的異常情況，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)。預(yù)警閾值的設(shè)定是預(yù)警功能的關(guān)鍵，需要根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范，結(jié)合隧道的實(shí)際情況，合理確定各項(xiàng)監(jiān)測參數(shù)的預(yù)警閾值。在某大跨淺埋公路隧道監(jiān)測中，根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)要求和以往工程經(jīng)驗(yàn)，將隧道拱頂下沉的預(yù)警閾值設(shè)定為20mm，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過該閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)會(huì)通過多種方式發(fā)出預(yù)警信號(hào)，如聲光報(bào)警、短信通知、郵件提醒等。同時(shí)，還會(huì)對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行記錄和分析，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。在某隧道出現(xiàn)位移異常時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)立即通過聲光報(bào)警和短信通知的方式，向隧道管理人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)，管理人員及時(shí)采取了加強(qiáng)支護(hù)等措施，避免了事故的發(fā)生。四、監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用案例分析4.1茅山隧道變形監(jiān)測案例4.1.1工程概況與地質(zhì)條件茅山隧道位于江蘇省寧常高速公路鎮(zhèn)江市句容段，采用雙洞分離式方案，是六車道大斷面隧道。其最大開挖跨度達(dá)17.33米，建筑限界寬14.75米，建筑界限高5.0米，隧道內(nèi)凈空最大寬度15.65米，最大高度8.17米。該隧道分東、西兩座隧道，西隧道上行線里程樁號(hào)為EK24+875-EK25+332，長457米；下行線為FK24+730-FK25+326.5，長596.5米。東隧道上行線里程樁號(hào)為EK25+522-EK25+815，長293米；下行線為FK25+514-FK25+796，長282米。隧道穿越的區(qū)域地貌屬剝蝕丘陵，圍巖巖性復(fù)雜多樣，主要以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主。其中，部分圍巖為卵礫石土（Q2），呈散體狀結(jié)構(gòu)，灰褐色或灰紫色，卵（塊）石含量在20％-50％，下部含量可達(dá)50％-70％，卵石粒徑一般5-20厘米，部分可達(dá)50-80厘米，呈次棱角一次圓狀，大小混雜，上部粒徑較小、含量較少，往深部粒徑增大、含量增多。安山凝灰?guī)r屬較軟質(zhì)巖石，具碎裂結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，整體強(qiáng)度較低，洞室自穩(wěn)性較差。復(fù)雜的地質(zhì)條件和較淺的埋深，使得隧道在施工過程中面臨著較大的變形風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)監(jiān)測工作提出了極高的要求。4.1.2監(jiān)測內(nèi)容與方法針對(duì)茅山隧道的特點(diǎn)，監(jiān)測內(nèi)容主要包括地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂位移等。在地表沉降監(jiān)測方面，以隧道拱頂上方為中心，沿垂直隧道軸線方向每隔3米布置一個(gè)測點(diǎn)，使用高精度的水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。水準(zhǔn)儀利用水平視線測量兩點(diǎn)之間的高差變化，從而得到地表沉降信息。在某一監(jiān)測斷面，通過定期使用水準(zhǔn)儀測量各測點(diǎn)的高程，發(fā)現(xiàn)隨著隧道開挖的推進(jìn)，地表沉降逐漸增大，在隧道開挖至一定深度時(shí)，地表沉降速率明顯加快。拱頂下沉監(jiān)測則是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各2米處設(shè)置3個(gè)帶掛鉤的膨脹螺釘作為測樁，采用精密水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行測量。通過測量測樁的高程變化，計(jì)算出拱頂下沉量。在隧道施工初期，每天對(duì)拱頂下沉進(jìn)行監(jiān)測，隨著施工的進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整監(jiān)測頻率。在某一施工階段，發(fā)現(xiàn)拱頂下沉量在短時(shí)間內(nèi)急劇增加，通過及時(shí)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷可能是由于支護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致圍巖變形加劇，從而采取了加強(qiáng)支護(hù)的措施。周邊收斂位移監(jiān)測的測點(diǎn)沿隧道周邊在拱頂、拱腰部位分別埋設(shè)測樁，拱頂部分的測樁可利用拱頂下沉的測樁。使用全站儀測量各測樁之間的距離變化，從而得到周邊收斂位移信息。全站儀利用電磁波測距和角度測量原理，能夠精確測量監(jiān)測點(diǎn)之間的距離。在監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)隧道兩側(cè)邊墻的收斂位移呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，一側(cè)邊墻收斂位移較大，通過進(jìn)一步分析，確定是由于該側(cè)邊墻的圍巖條件較差，在開挖過程中受到的擾動(dòng)較大所致。除了上述監(jiān)測內(nèi)容，還使用了多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)圍巖體內(nèi)部位移進(jìn)行監(jiān)測，使用軸力計(jì)監(jiān)測錨桿軸力，使用振弦式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測支護(hù)、襯砌內(nèi)力等。多點(diǎn)位移計(jì)通過在鉆孔中安裝多個(gè)測點(diǎn)，能夠測量不同深度圍巖的位移，直觀反映圍巖內(nèi)部的變形情況。軸力計(jì)則用于測量作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力大小，了解結(jié)構(gòu)受力狀況。振弦式應(yīng)變計(jì)通過對(duì)層間壓力監(jiān)測，了解圍巖與初期支護(hù)之間及初期支護(hù)與混凝土之間的壓力狀況。4.1.3監(jiān)測結(jié)果與分析通過對(duì)茅山隧道的長期監(jiān)測，得到了豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)。從地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，在隧道開挖初期，地表沉降隨著開挖深度的增加而逐漸增大，當(dāng)開挖至一定深度時(shí)，地表沉降速率達(dá)到最大值，隨后隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的施作，地表沉降速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。在某一監(jiān)測斷面，地表沉降最大值達(dá)到了30毫米，超過了預(yù)警值20毫米，通過及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)和地表加固等措施，有效地控制了地表沉降的進(jìn)一步發(fā)展。拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在隧道開挖過程中，拱頂下沉量呈現(xiàn)出先快速增長，后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。在初期支護(hù)施作后，拱頂下沉速率明顯減小，但仍有一定的持續(xù)變形。二次襯砌施作后，拱頂下沉基本穩(wěn)定。在某一施工段落，拱頂下沉量在初期支護(hù)施作后仍達(dá)到了15毫米，接近預(yù)警值，通過加密監(jiān)測頻率和加強(qiáng)支護(hù)措施，確保了隧道的安全施工。周邊收斂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，隧道兩側(cè)邊墻的收斂位移在開挖初期增長較快，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，收斂位移逐漸減小。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)部分地段的周邊收斂位移超過了設(shè)計(jì)允許值，通過分析原因，采取了增加支撐、調(diào)整施工方法等措施，使周邊收斂位移得到了有效控制。這些監(jiān)測結(jié)果反映了隧道在施工過程中的變形規(guī)律，為施工安全提供了重要保障。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道施工中的異常情況，如變形過大、變形速率過快等，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，避免了安全事故的發(fā)生。在某一施工階段，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)隧道圍巖變形異常，及時(shí)停止施工，進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘察和分析，調(diào)整了施工方案和支護(hù)參數(shù)，確保了后續(xù)施工的安全。監(jiān)測數(shù)據(jù)還為隧道的設(shè)計(jì)和施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為類似工程的建設(shè)提供了參考。4.2淺埋大跨度小凈距連拱隧道施工監(jiān)測案例4.2.1工程簡介與施工方案某淺埋大跨度小凈距連拱隧道工程總長約4.5千米，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，內(nèi)跨度達(dá)15米，外跨度為18米，屬于典型的淺埋大跨度小凈距連拱隧道。該隧道所處地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性較差，給施工帶來了諸多挑戰(zhàn)。為確保施工安全與質(zhì)量，施工方采用了雙曲面連續(xù)墻澆筑法。這種施工方法能夠有效提高隧道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件。在材料使用上，隧道采用預(yù)制混凝土材料，預(yù)制混凝土具有質(zhì)量穩(wěn)定、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足隧道施工的高強(qiáng)度要求。同時(shí)，預(yù)制混凝土材料的使用還能減少現(xiàn)場濕作業(yè)，降低施工對(duì)環(huán)境的影響。在施工過程中，遵循新奧法原理，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。以錨桿濕噴鋼纖維混凝土作為初期支護(hù)，利用錨桿的錨固作用和鋼纖維混凝土的高強(qiáng)度、高韌性，及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖變形。在某一施工段落，通過在圍巖中打入錨桿，并噴射鋼纖維混凝土，有效地阻止了圍巖的進(jìn)一步坍塌，保障了施工安全。以鋼筋混凝土和鋼纖維混凝土作為二次襯砌，增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的承載能力，確保隧道在長期使用過程中的穩(wěn)定性。在初期支護(hù)完成后，及時(shí)施作二次襯砌，為隧道結(jié)構(gòu)提供了雙重保障。針對(duì)不同的圍巖類別，還輔以超前中空注漿錨桿和工字鋼拱架等輔助支護(hù)措施，進(jìn)一步提高圍巖的穩(wěn)定性。在圍巖條件較差的地段，采用超前中空注漿錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，提前加固圍巖，防止開挖過程中出現(xiàn)坍塌事故。同時(shí)，架設(shè)工字鋼拱架，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。4.2.2監(jiān)測方案與實(shí)施為全面掌握隧道施工過程中的狀態(tài)變化，保障施工安全，本工程制定了詳細(xì)的監(jiān)測方案，對(duì)隧道內(nèi)外側(cè)圍巖、隧道內(nèi)洞壁以及地下水位進(jìn)行全方位監(jiān)測。在隧道內(nèi)外側(cè)圍巖、洞壁等重要部位設(shè)置震動(dòng)檢測器、應(yīng)變儀等傳感器，以此對(duì)隧道周圍的震動(dòng)、應(yīng)變情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。震動(dòng)檢測器能夠感知隧道施工過程中產(chǎn)生的震動(dòng)，通過監(jiān)測震動(dòng)的頻率、幅度等參數(shù)，評(píng)估施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度。應(yīng)變儀則可以測量圍巖和洞壁在受力過程中的應(yīng)變變化，為分析結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持。在隧道開挖過程中，通過震動(dòng)檢測器監(jiān)測到某次爆破產(chǎn)生的震動(dòng)幅度超過了安全閾值，及時(shí)調(diào)整了爆破參數(shù)，避免了對(duì)圍巖的過度擾動(dòng)。地下水位監(jiān)測采用測井和地下水觀測井兩種方法，定期進(jìn)行水位測量和樣品采集。測井通過測量井內(nèi)水位的變化，直觀反映地下水位的升降情況。地下水觀測井則可以采集地下水樣品，分析地下水質(zhì)的變化，了解地下水對(duì)隧道施工的影響。在施工過程中，通過測井發(fā)現(xiàn)地下水位在某一階段出現(xiàn)了異常上升，經(jīng)過分析，確定是由于附近的排水系統(tǒng)故障導(dǎo)致，及時(shí)采取了排水措施，避免了地下水對(duì)隧道施工的影響。利用視頻監(jiān)測設(shè)備對(duì)隧道施工期間的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保施工質(zhì)量和安全。視頻監(jiān)測能夠直觀地展示施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。通過視頻監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)某一施工班組在噴射混凝土?xí)r，噴射厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，及時(shí)要求其進(jìn)行整改，保證了施工質(zhì)量。在監(jiān)測實(shí)施過程中，嚴(yán)格按照預(yù)定的監(jiān)測頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在隧道施工初期，由于施工對(duì)圍巖和結(jié)構(gòu)的影響較大，監(jiān)測頻率較高，如對(duì)圍巖位移和應(yīng)變的監(jiān)測每天進(jìn)行多次。隨著施工的推進(jìn)，根據(jù)實(shí)際情況逐漸調(diào)整監(jiān)測頻率，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映隧道的狀態(tài)變化。同時(shí)，對(duì)監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)，保證設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性。在某一監(jiān)測周期內(nèi)，發(fā)現(xiàn)某臺(tái)應(yīng)變儀的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，經(jīng)過檢查，是由于傳感器損壞導(dǎo)致，及時(shí)更換了傳感器，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性。4.2.3監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與成果通過對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的深入分析，得出了一系列重要結(jié)論，這些結(jié)論為隧道施工的順利進(jìn)行和工程質(zhì)量的保障提供了有力支持。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在隧道施工期間，地下水位受到一定影響，但未對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。在施工過程中，由于隧道開挖和排水措施的實(shí)施，地下水位出現(xiàn)了一定程度的下降。通過對(duì)地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)地下水位的下降幅度在合理范圍內(nèi)，且周圍建筑物和地下管線的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明，施工對(duì)周圍環(huán)境的影響較小。這說明在施工過程中采取的排水措施是有效的，既保證了隧道施工的正常進(jìn)行，又避免了對(duì)周圍環(huán)境造成過大的負(fù)面影響。隧道內(nèi)外側(cè)圍巖和洞壁的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在施工初期，圍巖和洞壁的變形較大，但在后續(xù)的施工過程中，變形逐漸趨于穩(wěn)定。在隧道開挖初期，由于圍巖的原始應(yīng)力狀態(tài)被打破，加上施工擾動(dòng)，圍巖和洞壁產(chǎn)生了較大的變形。隨著初期支護(hù)和二次襯砌的施作，支護(hù)結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)揮作用，圍巖和洞壁的變形得到有效控制，逐漸趨于穩(wěn)定。在某一監(jiān)測斷面，初期支護(hù)施作后，圍巖的位移速率明顯減小，二次襯砌完成后，圍巖和洞壁的變形基本穩(wěn)定，這表明支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工是合理的，能夠滿足隧道施工和運(yùn)營的要求。視頻監(jiān)測結(jié)果表明，在施工期間，工人們嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，保證了施工質(zhì)量和安全。通過對(duì)視頻監(jiān)測資料的回放和分析，發(fā)現(xiàn)施工人員在各個(gè)施工環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作，如在錨桿安裝、混凝土噴射等工序中，都能保證施工質(zhì)量。在安全管理方面，施工現(xiàn)場的安全警示標(biāo)識(shí)齊全，施工人員佩戴個(gè)人防護(hù)裝備到位，未發(fā)生任何安全事故。這說明在施工過程中，通過加強(qiáng)現(xiàn)場管理和安全教育培訓(xùn)，提高了施工人員的安全意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，確保了隧道施工的順利進(jìn)行。這些監(jiān)測成果充分體現(xiàn)了施工監(jiān)測在保障隧道工程安全和施工質(zhì)量方面的重要性。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題，如地下水位變化、圍巖和洞壁變形等，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，避免了安全事故的發(fā)生。在某一施工階段，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)隧道某一側(cè)的圍巖變形速率突然增大，經(jīng)過分析判斷，可能是由于支護(hù)結(jié)構(gòu)局部失效導(dǎo)致，及時(shí)采取了加強(qiáng)支護(hù)的措施，有效地控制了變形的發(fā)展，保障了隧道的安全。監(jiān)測數(shù)據(jù)還為隧道的設(shè)計(jì)和施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似工程的建設(shè)提供了參考。4.3地表沉降監(jiān)測指導(dǎo)陽靈隧道施工案例4.3.1陽靈隧道工程背景陽靈隧道工程位于宜興市陽羨生態(tài)旅游區(qū)，是連接丁張公路和張靈慕公路的重要通道，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕煌ê吐糜螛I(yè)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。該隧道以隧道形式穿越楊嶺山山體，出隧道后終點(diǎn)與張靈慕公路相交。陽靈隧道所在雙湖路全長4.945公里，其中隧道長1080米，按雙向兩車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速為60公里，項(xiàng)目總投資20025萬元。陽靈隧道出洞口淺埋段的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，圍巖主要為中風(fēng)化凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，自穩(wěn)能力較差。該區(qū)域地下水位較高，且存在少量的裂隙水，對(duì)隧道施工有一定影響。由于隧道埋深淺，開挖過程中容易引起地表沉降，對(duì)周邊環(huán)境造成不利影響。周邊分布著一些居民建筑和農(nóng)田，若地表沉降控制不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致建筑物開裂、農(nóng)田受損等問題。4.3.2施工監(jiān)控量測方案陽靈隧道施工監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目包括地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂等。地表沉降監(jiān)測采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，通過測量地表測點(diǎn)的高程變化來獲取地表沉降數(shù)據(jù)。水準(zhǔn)儀利用水平視線測量兩點(diǎn)之間的高差變化，從而得到地表沉降信息。拱頂下沉監(jiān)測則是在隧道拱頂設(shè)置測點(diǎn)，使用精密水準(zhǔn)儀測量測點(diǎn)的高程變化，計(jì)算出拱頂下沉量。周邊收斂監(jiān)測通過在隧道周邊布置測點(diǎn)，使用全站儀測量測點(diǎn)之間的距離變化，得到周邊收斂數(shù)據(jù)。全站儀利用電磁波測距和角度測量原理，能夠精確測量監(jiān)測點(diǎn)之間的距離。監(jiān)測頻率根據(jù)隧道的施工進(jìn)度和圍巖情況進(jìn)行調(diào)整。在隧道開挖初期，由于施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，監(jiān)測頻率較高，一般為每天1-2次。隨著施工的進(jìn)行，圍巖逐漸穩(wěn)定，監(jiān)測頻率可適當(dāng)降低，如每2-3天監(jiān)測一次。在圍巖條件較差或出現(xiàn)異常情況時(shí)，加密監(jiān)測頻率，確保及時(shí)掌握隧道的變形情況。在某一施工階段，發(fā)現(xiàn)圍巖變形速率加快，及時(shí)將監(jiān)測頻率提高到每天3次，以便更準(zhǔn)確地監(jiān)測變形情況。地表沉降測點(diǎn)布置以隧道拱頂上方為中心，沿垂直隧道軸線方向每隔3米布置一個(gè)測點(diǎn)，在隧道軸線方向每隔5-10米布置一個(gè)監(jiān)測斷面。這樣的測點(diǎn)布置能夠全面反映隧道開挖引起的地表沉降情況。在某一監(jiān)測斷面，通過對(duì)各測點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地表沉降呈現(xiàn)出中間大、兩邊小的分布規(guī)律，與隧道的開挖位置和方式密切相關(guān)。拱頂下沉和周邊收斂測點(diǎn)則布置在隧道的拱頂、拱腰和邊墻等關(guān)鍵部位，以便準(zhǔn)確測量隧道的變形情況。在拱頂下沉監(jiān)測中，在拱頂及軸線左右各2米處設(shè)置測點(diǎn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)拱頂?shù)南鲁邻厔?。在周邊收斂監(jiān)測中，在拱腰和邊墻部位布置測點(diǎn)，能夠全面掌握隧道周邊的收斂情況。4.3.3地表沉降變形特征與監(jiān)測作用通過對(duì)陽靈隧道地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)其沉降變形特征呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。在隧道開挖初期，地表沉降隨著開挖的推進(jìn)迅速增加，沉降速率較大。這是因?yàn)樗淼篱_挖打破了圍巖的原始平衡狀態(tài)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布，從而引起地表沉降。在某一施工階段，隧道開挖初期地表沉降速率達(dá)到了每天5毫米。隨著初期支護(hù)的施作，沉降速率逐漸減小，地表沉降進(jìn)入緩慢增長階段。初期支護(hù)能夠?qū)鷰r起到一定的約束作用，限制圍巖的變形，從而使地表沉降速率降低。在初期支護(hù)施作后，地表沉降速率逐漸減小到每天1-2毫米。當(dāng)二次襯砌完成后，地表沉降基本趨于穩(wěn)定，沉降量不再有明顯變化。二次襯砌進(jìn)一步增強(qiáng)了隧道結(jié)構(gòu)的承載能力，使圍巖和結(jié)構(gòu)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在二次襯砌完成后，經(jīng)過一段時(shí)間的監(jiān)測，地表沉降基本穩(wěn)定，沉降量變化在1毫米以內(nèi)。監(jiān)控量測在陽靈隧道施工中發(fā)揮了重要作用。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測地表沉降等參數(shù)，施工人員能夠及時(shí)掌握隧道施工過程中的變形情況，為施工決策提供依據(jù)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示地表沉降速率超過預(yù)警值時(shí)，施工人員可以及時(shí)調(diào)整施工方案，如加強(qiáng)支護(hù)、控制開挖進(jìn)度等，有效避免了因變形過大而導(dǎo)致的安全事故。在某一施工階段，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示地表沉降速率過快，接近預(yù)警值，施工人員立即停止開挖，加強(qiáng)了初期支護(hù)，并調(diào)整了開挖順序，使地表沉降得到了有效控制。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)還可以用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。通過對(duì)陽靈隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中某些支護(hù)參數(shù)在實(shí)際施工中能夠有效控制隧道變形，為其他類似隧道工程的設(shè)計(jì)提供了成功經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)一些需要改進(jìn)的地方，如在某些地質(zhì)條件較差的地段，原設(shè)計(jì)的支護(hù)強(qiáng)度略顯不足，需要適當(dāng)加強(qiáng)，這為后續(xù)工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了方向。五、監(jiān)測技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略5.1技術(shù)挑戰(zhàn)在大跨淺埋公路隧道監(jiān)測領(lǐng)域，盡管現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)已取得一定成果，但在復(fù)雜地質(zhì)條件、環(huán)境干擾、數(shù)據(jù)處理和分析等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)嚴(yán)重影響著監(jiān)測技術(shù)的有效性和可靠性。大跨淺埋公路隧道常穿越復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域，如斷層破碎帶、軟弱圍巖區(qū)以及巖溶發(fā)育區(qū)等。在斷層破碎帶，巖體破碎、結(jié)構(gòu)松散，圍巖的力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，這使得傳統(tǒng)的監(jiān)測方法難以準(zhǔn)確測量圍巖的變形和應(yīng)力狀態(tài)。某隧道穿越斷層破碎帶時(shí)，由于巖體的破碎程度高，采用多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測圍巖位移時(shí)，傳感器的錨固效果不佳，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差，無法真實(shí)反映圍巖的實(shí)際變形情況。在軟弱圍巖區(qū)，圍巖的自穩(wěn)能力差，變形量大且變形速率快，常規(guī)的監(jiān)測頻率難以捕捉到圍巖變形的快速變化。某隧道在軟弱圍巖段施工時(shí)，由于監(jiān)測頻率較低，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)圍巖變形速率的突然增大，險(xiǎn)些引發(fā)坍塌事故。巖溶發(fā)育區(qū)存在溶洞、溶蝕裂隙等不良地質(zhì)現(xiàn)象，這些空洞和裂隙會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常波動(dòng)，增加了監(jiān)測結(jié)果的不確定性。某隧道在巖溶發(fā)育區(qū)監(jiān)測時(shí)，由于溶洞的存在，導(dǎo)致地質(zhì)雷達(dá)探測圖像出現(xiàn)異常，難以準(zhǔn)確判斷圍巖的結(jié)構(gòu)完整性。隧道施工和運(yùn)營環(huán)境復(fù)雜，存在多種干擾因素，嚴(yán)重影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。施工過程中，爆破震動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等會(huì)對(duì)監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和干擾，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)噪聲和失真。某隧道在爆破施工時(shí)，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)使得位移傳感器的測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，無法準(zhǔn)確反映隧道結(jié)構(gòu)的真實(shí)位移情況。電磁干擾也是常見的問題之一，施工現(xiàn)場的電氣設(shè)備、通信信號(hào)等會(huì)產(chǎn)生電磁場，干擾監(jiān)測設(shè)備的正常工作。某隧道監(jiān)測系統(tǒng)在使用無線傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，受到施工現(xiàn)場的電磁干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷或丟失，影響了監(jiān)測工作的連續(xù)性。此外，惡劣的自然環(huán)境，如高溫、高濕、強(qiáng)風(fēng)等，也會(huì)對(duì)監(jiān)測設(shè)備的性能產(chǎn)生不利影響。在高溫環(huán)境下，傳感器的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象明顯，測量精度下降；在高濕環(huán)境中，設(shè)備容易受潮損壞，影響監(jiān)測的可靠性。某隧道位于高溫高濕地區(qū)，監(jiān)測設(shè)備在使用一段時(shí)間后，由于受潮和溫度變化的影響，出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)測數(shù)據(jù)的規(guī)模和復(fù)雜性日益增加，對(duì)數(shù)據(jù)處理和分析能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，如簡單的統(tǒng)計(jì)分析和圖表繪制，難以充分挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息，無法準(zhǔn)確判斷隧道結(jié)構(gòu)的健康狀況。在某隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中，僅采用簡單的平均值計(jì)算和折線圖繪制，未能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的異常波動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的潛在安全隱患未能及時(shí)察覺。監(jiān)測數(shù)據(jù)中存在大量的噪聲和異常值，如何有效地去除噪聲、識(shí)別異常值，是數(shù)據(jù)處理過程中面臨的一個(gè)難題。某隧道的位移監(jiān)測數(shù)據(jù)中，由于受到施工干擾，存在較多的噪聲和異常值，采用傳統(tǒng)的濾波方法難以完全去除這些噪聲，影響了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。隧道結(jié)構(gòu)的受力和變形是一個(gè)復(fù)雜的過程，受到多種因素的共同影響，如何建立科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析模型，準(zhǔn)確預(yù)測隧道結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，也是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)之一。某隧道在建立數(shù)據(jù)分析模型時(shí)，由于考慮的因素不夠全面，模型的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，無法為隧道的維護(hù)和管理提供有效的決策支持。5.2應(yīng)對(duì)措施與建議針對(duì)大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，可從傳感器技術(shù)改進(jìn)、監(jiān)測方案優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新等方面入手，采取有效應(yīng)對(duì)措施，以提高監(jiān)測技術(shù)的可靠性和有效性，確保隧道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在傳感器技術(shù)改進(jìn)方面，應(yīng)大力發(fā)展高精度、高穩(wěn)定性的傳感器。對(duì)于位移監(jiān)測，可研發(fā)基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的位移傳感器，這種傳感器具有體積小、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠更準(zhǔn)確地測量隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的微小位移變化。在某大跨淺埋公路隧道的監(jiān)測中，采用MEMS位移傳感器對(duì)隧道拱頂?shù)奈灰七M(jìn)行監(jiān)測，相比傳統(tǒng)的位移傳感器，測量精度提高了30%，能夠更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)拱頂?shù)奈灰飘惓?。在?yīng)力應(yīng)變監(jiān)測中，可引入基于量子傳感技術(shù)的應(yīng)力應(yīng)變傳感器，量子傳感技術(shù)具有超高的靈敏度和精度，能夠突破傳統(tǒng)傳感器的測量極限，為隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，傳統(tǒng)的應(yīng)變片容易受到干擾，測量精度下降，而量子傳感應(yīng)力應(yīng)變傳感器則能夠保持穩(wěn)定的測量性能，為隧道結(jié)構(gòu)的受力分析提供可靠依據(jù)。同時(shí)，為了提高傳感器在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性，可對(duì)傳感器進(jìn)行封裝和防護(hù)設(shè)計(jì)，采用耐高溫、耐潮濕、抗電磁干擾的材料，增強(qiáng)傳感器的穩(wěn)定性和可靠性。在高溫高濕的隧道環(huán)境中，對(duì)傳感器進(jìn)行特殊的防潮、散熱處理，確保傳感器能夠正常工作。優(yōu)化監(jiān)測方案也是提高監(jiān)測效果的關(guān)鍵。在測點(diǎn)布置方面，應(yīng)根據(jù)隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)條件和施工工藝，采用智能化的測點(diǎn)布置方法。通過數(shù)值模擬分析，結(jié)合隧道不同部位的受力和變形特點(diǎn)，確定最關(guān)鍵的監(jiān)測位置，實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)的合理分布。在某大跨淺埋公路隧道的監(jiān)測方案設(shè)計(jì)中，利用有限元軟件對(duì)隧道施工過程進(jìn)行模擬，分析隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同施工階段的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化測點(diǎn)布置，使監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠更全面、準(zhǔn)確地反映隧道的實(shí)際狀態(tài)。在監(jiān)測頻率方面，應(yīng)根據(jù)隧道施工和運(yùn)營的不同階段，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況，采用動(dòng)態(tài)調(diào)整監(jiān)測頻率的方法。在隧道施工初期，由于施工對(duì)圍巖和結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)較大，監(jiān)測頻率應(yīng)較高；隨著施工的進(jìn)行，圍巖逐漸穩(wěn)定，監(jiān)測頻率可適當(dāng)降低。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)加密監(jiān)測頻率，以便更準(zhǔn)確地掌握隧道的變化情況。在某隧道施工過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圍巖位移出現(xiàn)快速增長時(shí)，立即將監(jiān)測頻率從每天一次提高到每小時(shí)一次，為及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施提供了充足的數(shù)據(jù)支持。創(chuàng)新數(shù)據(jù)處理方法對(duì)于充分挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)的價(jià)值、準(zhǔn)確判斷隧道結(jié)構(gòu)的健康狀況至關(guān)重要。應(yīng)引入機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析和處理。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)隧道的位移、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)評(píng)估模型，能夠自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)中的異常模式，預(yù)測隧道結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。在某大跨淺埋公路隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中，采用深度學(xué)習(xí)中的長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）模型對(duì)拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該模型能夠準(zhǔn)確地捕捉到拱頂下沉的變化趨勢，提前預(yù)測出拱頂下沉可能超過預(yù)警值的情況，為隧道的安全管理提供了有效的決策支持。為了提高數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性，還應(yīng)開發(fā)高效的數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理和可視化展示。通過數(shù)據(jù)處理軟件，能夠快速對(duì)大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、濾波、分析和統(tǒng)計(jì)，以直觀的圖表形式展示監(jiān)測結(jié)果，方便管理人員及時(shí)了解隧道的狀態(tài)。在某隧道監(jiān)測項(xiàng)目中，使用自主開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件，將監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理時(shí)間從原來的數(shù)小時(shí)縮短到幾分鐘，大大提高了監(jiān)測工作的效率。六、監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢6.1智能化監(jiān)測技術(shù)發(fā)展在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)正朝著智能化方向大步邁進(jìn)，這一趨勢主要體現(xiàn)在傳感器智能化、監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)化以及智能化預(yù)警等關(guān)鍵領(lǐng)域。傳感器智能化是監(jiān)測技術(shù)智能化發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)傳感器功能相對(duì)單一，僅能完成基本的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，且在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性欠佳。如今，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、納米技術(shù)以及人工智能等前沿技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳感器正經(jīng)歷著智能化的深刻變革。智能化傳感器不僅具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力，還集成了信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析以及自我診斷等多種強(qiáng)大功能。以基于MEMS技術(shù)的位移傳感器為例，其體積小巧，測量精度卻能達(dá)到微米級(jí)甚至更高，能夠敏銳捕捉到隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)極其微小的位移變化。并且，這類傳感器內(nèi)置微處理器，可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，自動(dòng)識(shí)別異常數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出正常范圍，便能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。在某大跨淺埋公路隧道的實(shí)際監(jiān)測中，使用智能化位移傳感器后，監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性得到了極大提升，能夠更早地察覺隧道結(jié)構(gòu)的潛在安全隱患，為隧道的安全運(yùn)營提供了有力保障。監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)化是智能化監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。以往的隧道監(jiān)測系統(tǒng)需要大量人工參與數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理等工作，效率低下且容易出現(xiàn)人為誤差。如今，借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行。傳感器采集的數(shù)據(jù)通過無線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)上傳至云端服務(wù)器，在云端利用大數(shù)據(jù)分析算法和云計(jì)算能力對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和分析。整個(gè)過程無需人工過多干預(yù)，大大提高了監(jiān)測效率和數(shù)據(jù)處理速度。在某隧道監(jiān)測項(xiàng)目中，采用自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)采集頻率從原來的每天幾次提升到每分鐘一次，數(shù)據(jù)處理時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至幾分鐘，能夠?qū)崟r(shí)掌握隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化情況，為隧道的安全管理提供了及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)還能根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測參數(shù)和監(jiān)測頻率，以適應(yīng)隧道施工和運(yùn)營過程中的不同工況。在隧道施工的關(guān)鍵階段，系統(tǒng)自動(dòng)增加監(jiān)測頻率，密切關(guān)注隧道結(jié)構(gòu)的變形和受力情況；在隧道運(yùn)營的穩(wěn)定階段，適當(dāng)降低監(jiān)測頻率，在保證監(jiān)測效果的同時(shí)，降低監(jiān)測成本。智能化預(yù)警是智能化監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的核心目標(biāo)。傳統(tǒng)的預(yù)警方式主要依賴人工設(shè)定閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，這種方式存在預(yù)警不及時(shí)、誤報(bào)率高等問題。而智能化預(yù)警系統(tǒng)借助機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法，對(duì)大量歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)評(píng)估模型。該模型能夠自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測數(shù)據(jù)中的異常模式，準(zhǔn)確預(yù)測隧道結(jié)構(gòu)的潛在安全隱患，并提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)。以某大跨淺埋公路隧道的智能化預(yù)警系統(tǒng)為例，采用深度學(xué)習(xí)中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型對(duì)隧道的位移、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該模型能夠準(zhǔn)確識(shí)別出隧道結(jié)構(gòu)在不同工況下的正常和異常狀態(tài)，提前一周預(yù)測出隧道拱頂可能出現(xiàn)的異常下沉情況，為隧道管理部門采取相應(yīng)的加固措施爭取了充足的時(shí)間。智能化預(yù)警系統(tǒng)還能根據(jù)預(yù)警信息提供詳細(xì)的處置建議，幫助管理人員快速制定應(yīng)對(duì)方案，有效降低隧道安全事故的發(fā)生概率。6.2多技術(shù)融合應(yīng)用大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)正朝著多技術(shù)融合的方向深入發(fā)展，其中與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的融合展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，有望為隧道監(jiān)測帶來全新的變革和提升。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的互聯(lián)互通，構(gòu)建起一個(gè)龐大的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。在大跨淺埋公路隧道監(jiān)測中，通過在隧道內(nèi)布置大量的傳感器，如位移傳感器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、溫度傳感器等，并將這些傳感器接入物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。在某大跨淺埋公路隧道項(xiàng)目中，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分布在隧道各個(gè)部位的傳感器連接起來，傳感器實(shí)時(shí)采集隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器。管理人員可以通過手機(jī)、電腦等終端設(shè)備，隨時(shí)隨地查看隧道的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，管理人員可以通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。大數(shù)據(jù)技術(shù)為隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析提供了強(qiáng)大的支持。大跨淺埋公路隧道監(jiān)測會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著豐富的信息，但傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法難以充分挖掘其中的價(jià)值。借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)@些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和深入分析。通過對(duì)歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可以發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律和潛在的安全隱患。在某隧道監(jiān)測中，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)多年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隧道在每年的雨季期間，由于地下水水位上升，隧道襯砌的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)明顯變化，且部分區(qū)域的變形也會(huì)增大?；谶@一發(fā)現(xiàn)，在雨季來臨前，提前對(duì)隧道進(jìn)行加固和排水處理，有效保障了隧道的安全。大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康狀況的實(shí)時(shí)評(píng)估，通過建立大數(shù)據(jù)模型，將實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的異常變化，為隧道的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。云計(jì)算技術(shù)則為隧道監(jiān)測提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。在大跨淺埋公路隧道監(jiān)測中，監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析需要大量的計(jì)算資源，而云計(jì)算技術(shù)能夠根據(jù)需求動(dòng)態(tài)分配計(jì)算資源，確保數(shù)據(jù)處理的高效性。在某隧道監(jiān)測項(xiàng)目中，采用云計(jì)算平臺(tái)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)量較大時(shí)，云計(jì)算平臺(tái)自動(dòng)分配更多的計(jì)算資源，快速完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)，大大提高了監(jiān)測工作的效率。云計(jì)算技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和安全性。通過將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，不僅可以避免因本地存儲(chǔ)設(shè)備故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，還方便數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)。同時(shí)，云計(jì)算技術(shù)還支持?jǐn)?shù)據(jù)的共享和協(xié)同分析，不同的部門和人員可以通過云計(jì)算平臺(tái)共享監(jiān)測數(shù)據(jù)，共同對(duì)隧道的安全狀況進(jìn)行分析和評(píng)估，提高了工作效率和決策的科學(xué)性。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本研究圍繞大跨淺埋公路隧道監(jiān)測技術(shù)展開，全面且深入地探討了其原理、應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)，為隧道工程的安全保障提供了重要的理論與實(shí)踐依據(jù)。大跨淺埋公路隧道結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有跨度大、埋深淺的特點(diǎn)，這使其在施工和運(yùn)營過程中面臨諸多難題，如圍巖自穩(wěn)能力差、變形控制難度大以及易受地質(zhì)條件變化影響等。這些問題可能引發(fā)坍塌、突水涌砂、滲漏和變形等常見工程問題，嚴(yán)重威脅隧道的安全與正常使用。在監(jiān)測技術(shù)理論方面，詳細(xì)闡述了位移監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測和震動(dòng)監(jiān)測等技術(shù)的分類與原理，這些技術(shù)基于不同的物理原理，能夠準(zhǔn)確測量隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力應(yīng)變以及振動(dòng)等參數(shù)，為隧道的穩(wěn)定性分析提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí)，構(gòu)建了由傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和預(yù)警等部分組成的監(jiān)測系統(tǒng)，各部分協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、分析處理以及異常情況的預(yù)警功能。通過對(duì)茅山隧道變形監(jiān)測、淺埋大跨度小凈距連拱隧道施工監(jiān)測以及陽靈隧道地表沉降監(jiān)測等多個(gè)實(shí)際案例的深入分析，充分驗(yàn)證了監(jiān)測技術(shù)在大跨淺埋公路隧道工程中的重要作用。這些案例涵蓋了不同類型的大跨淺埋公路隧道，通過對(duì)其監(jiān)測內(nèi)容、方法、結(jié)果的詳細(xì)分析，展示了監(jiān)測技術(shù)如何為隧道施工和運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在的安全隱患，保障了隧道的安全施工和正常運(yùn)