梁要武
郑州一建集团有限公司
摘要： 隧道施工影响施工变形，其影响因素除了受土质影响之外，还与地下水位变动、隧道埋深、隧道与建筑物距离、建筑物层数、刚度、注浆效果、基础形式等多种因素有关。随着我国隧道施工技术和理论的快速发展，隧道监控技术也取得了较大的飞跃，对隧道结构、隧道施工方法、工程、造价、参数等有着直接的影响。但是，后期的数据分析和监测方法还不完善。针对这些问题，本文提出了隧道施工监测数据挖掘和变形预测的研究。
关键词：地铁隧道；施工变形；预测
前言：目前，在隧道施工中普遍重视、强调初期支护和衬砌的作用，而对加固围岩、充分发挥围岩自身承载能力方面重视不够，或施作不到位，致使在软弱围岩施工时开挖分部较多，总变形量较大，在高地应力软岩、硬质破碎岩隧道施工时发生大变形，超过正常施工预留变形量，导致必须拆换初期支护，不但大大降低施工工效，也形成了施工安全隐患。
1施工变形的危害
隧道即是在地面下用按规定形状和尺寸修筑的洞室。对于地铁工程，通常采用盾构机进行开挖，盾构机因其适用条件广，开挖扰动较小，受季节影响性小等优点，被广泛应用于各大城市的地铁隧道施工中。但盾构施工仍然不可避免的扰动周围的岩体，使周围岩体发生应力重分布，从而导致地层的变形和位移。当地层的位移超过一定的范围时，就会影响临近构筑物的安全。凡地铁隧道穿越的区域，其临近的构筑物均有发生变形的可能性。所以，在设计施工阶段，有必要对隧道施工引起的地层位移进行预测，保护现有建筑物。
2施工变形的原因
众多研究表明，施工变形的基本原因包括：盾构推进引起的地层损失和盾构隧道施工过程中受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结。主要表现在以下几个方面：
隧道的开挖，使原有地层之间的平衡状态受到破坏，随着隧道施工的扰动，围岩发生应力重分布，原有的应力应变关系发生改变，造成岩体内部发生变形。盾构施工过程中，在开挖断面和盾构衬砌管片之间存在着一定的间隙，这个间隙通常通过注浆来填补。注浆不及时或注浆量不足时，均会造成盾构隧道周边岩土体向盾尾环形空隙移动而引起施工变形。盾构施工中辅以降水法时，在井点管四周形成漏斗状曲面，漏斗外围地下水流动补给而产生动水压头，出现土中有效应力增加，产生固结沉降。盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应小于原始侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降。改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。隧道衬砌结构及接缝防水处理不当或者施工质量差而出现隧道渗漏点，导致水土流失，而出现严重不均匀沉降。
3影响施工变形的主要因素
目前，已经有不少理论用于预测隧道开挖引起地表变形。主要有经验公式法、理论解析法、模型试验法、数值模拟法等。各种方法研究施工变形时，模型试验法是相对其他方法比较准确的研究方法，在现场实测、理论分析的基础上，通过模型试验方法进行验证研究。但模型试验法往往成本较高，其可行性较低。
经验公式法和理论解析法应用比较方便，在不同地质条件下，研究者对其公式中的各种系数的正确取值进行修正，其适用性比较广泛。影响施工变形的因素主要有隧道覆土厚度、盾构直径、隧道介质种类和环境的影响、地层物理力学性质和隧道施工条件，其中隧道施工条件包括：土仓压力、推进速度、盾尾注浆开始时刻、注浆量和注浆压力、二次补注浆压力、数量与次数、出土量等等都会影响施工变形，甚至同施工人员的工作经验、技术水平等主观因素有着联系。
4变形监测技术的必要性
由于建筑物在施工和运营期间受到各种主观客观的因素影响就会产生变形，如果变形的程度超出了限定的范围就会影响建筑物的正常使用，严重时还会引起坍塌、倾斜等严重后果，从而给人民的生活和社会造成巨大的损失。而变形监测技术可以对建筑附近的地质、环境和承受能力做出一个精准地预估，变形监测能够验证设计参数而且还能够改进未来的设计，能够对一个新的施工方案进行合理的改进，还可以预防一些险情。在法律方面，如果遇到工程发生事故引起赔偿等问题，观测资料有利于查清楚直接原因并且找出相关责任便于法庭的判决。
5变形监测技术的发展
工程中的变形监测技术分外部和内部的变形监测，外部变形监测是测量大地，常用边角测量、精密水准测量以及全站仪测量系统，在这方面GPS有很大的前景。如果使用大地测量来进行变形监测，优点是绝对位移的的结果但是它只能够反应外观的变形量。内部变形监测主要是利用传感器例如压力盒、多点位移计等。它的特点是能监测到内部的变形，但是缺点就是范围较小，对于大型的建筑物、公路隧道等就需要内外部结合的监测手段来得到较为准确的测量结果。
6变形监测数据的分析技术
我们可以把变形体当做一个复杂的系统，因为它变形的错综复杂。而在这个复杂的系统中会有很多的不确定因素，在变形中还存在着动力学现象。这样一来，对于采集变形监测数据进行处理是就会有很大的难度。分析方法可以采用参数来估值和利用假设来判断也可以用回归分析的方法，运用2维或者多维变量间的关系达到数量关系的目的。我们一般用表格、散点图和数学公式来表达各变量间的关系，主要方法有：作图法，人脑善于形象思维，所以用图的形式会有更好的效果；统计分析法，这主要是把一堆很杂乱的变形监测数据利用数学模型来归纳整理得到明确的参数；回归分析法，在掌握大量的监测数据以后利用数理统计来使用回归方程来建立之间的关系。多年的经验表明，事物的发展都是随机的，而且与过往的状况丝毫没有关系，而且没有任何规律可循，这是非常少见的。因此我们为了找出可以与之相同的规律就要在对检测数据处理完成之后进行函数回归。
7隧道变形预测分析方法
预测分析是根据已有的信息对一些我们预知的特征和趋势进行的一种估计、测算。这可以对事物未来的发展状况进行推断。隧道变形监测和分析的主要问题是预测数据和估计未来可能有的变形情况。隧道变形会受到很多因素的影响，想要准确的预测变形或者是对于灾害的预报这将会是一个永恒的课题。变形预测实际是对事物以前和现在来对以后进行估计，根据已知的情况来预测未来，这样减少了对未知事物的不确定性，可以使人们的行动有预见性不会盲目。预测学是在人类社会的科学技术的发展和生产力的发展的基础上所产生的，其实它和电子计算机技术、数学、系统工程学等等都有着紧密的联系。预测分析是这些学科的延伸与发展，它的方法也借助了很多其他成熟的结果。预测的方法有很多，根据统计大约就又130多种，而常用的也有数十种。同时隧道变形预测需要多种学科研究者进行合作研究。我们从以前的历史可以得出一个结论：单纯的依靠一种方法、理论、现象或者是一组数据是不能对灾害变形做出预测的。例如一个隧道的断面就需要用断裂力学、混凝土设计等学科结合，并且也要借鉴以往的经验分析才能得到理想的答案。想要将这些理论方法结合起来就需要一些支持，例如工程地质，崔政权提出了系统工程地质的思想，并且依靠他的这种思想想要构造一种集成多数学科信息和方法的预测系统。但是到目前为止并没有真正意义上能够将多学科知识、信息化于一体还能够将隧道变形自动能够分析的工具。
结束语
隧道施工影响施工变形，其影响因素除了受土质影响之外，还与地下水位变动、隧道埋深、隧道与建筑物距离、建筑物层数、刚度、注浆效果、基础形式等多种因素有关。这些因素对地面沉降的影响范围及大小还有待进一步深入研究。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部.JGJ8-2016.建筑物变形测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2020.
[2]李波．膨胀偏压软岩隧道变形机理分析及控制技术［J］．铁道建筑技术，2020(5):90．