复杂地质环境下隧道施工变形监测试验及预测方法研究

• 胡达

  男，博士，副教授，硕士研究生导师，城市地下基础设施结构安全与防灾湖南省工程研究中心副主任兼执行主任。中国注册公路水运工程试验检测师，兼任湖南省岩石力学与工程学会理事，湖南省建设项目评审专家，湖南省综合评标专家，云南省公路学会交通智库专家，湖南、广东及黑龙江省自科基金项目评审专家。研究领域主要包括城市地下空间地层变形预测及智能控制技术、大断面顶管隧道施工力学响应及沉降预测技术、隧道及地下工程力学行为与安全控制技术。主持或参与国家自然科学基金、省部级项目10余项，主持企业横向课题等项目20余项。至今，在国内外权威期刊发表论文30余篇；申请国家专利7项，参编教材1部，荣获省部级科技奖励三等奖1项、优秀奖1项。

• 肖超

  1986出生，湖南长沙人，博士/博士后，高级工程师。主要从事在地下工程、岩土工程等领域管理和研究，获得省部级科技进步奖4项、专利30余项，发表论文20余篇。

• 蔡志伟

  男，教授级高级工程师，研究生学历，主要从事隧道及岩土工程设计及相关研究，主持或参与省部级课题2项，发表学术论文10余篇，其中Sci/Ei收录4篇，中文核心期刊5篇。

• 张可能

  男，1962年生，博士，教授，注册土木（岩土）工程师，博士生指导教师，地质工程学科带头人。长期从事工程地质/岩土工程、环境工程地质、边坡与注浆技术的基础理论、设计和施工技术研究和教学工作，主持包括国家自然科学基金纵向和横向科研项目等多项；发表学术论文 100余篇。

隧道围岩变形预测预报依然是当前国内外研究的重点课题，如何应用合理的理论及创新有效的监测和预报手段，涉及到隧道的安全性和可靠性等关键问题。我国现今 的隧道建设理念在某种程度上依然还处于半经验半理论状态，还没有真正形成一套自成体系的成熟理论；传统的监控量测方法很难及时、准确地监测围岩的实时变形情况， 误差往往较大且不易控制，容易产生误判造成不确定的安全隐患。

本书针对现阶段隧道监控量测与分析中存在的主要问题，以湖南省娄衡高速公路监控量测项目、武靖高速公路监控量测项目及长沙市城市固体废弃物处理场管理生活 区搬迁建设项目隧道监控量测项目为依托，运用 Kriging 插值方法、岩石流变理论和现场监控量测试验、三维激光扫描技术、自动化监测数据管理平台的系统测试应用等 方法相结合开展相关研究。

本书主要内容包括绪论、Kriging 法理论研究、Kriging 时空统一预测模型及现场试验研究、隧道围岩变形计算、基于三维激光扫描技术的隧道自动化监测系统研究、 结论及展望。

对隧道围岩的稳定性进行科学分析评价，进而对隧道掌子面前方的围岩变形及稳定性做出科学的预测和预报，是指导现场施工，反馈设计的重要手段，也是确保隧道施工安全的必要条件。因此，深化复杂地质隧道围岩变形机理研究，探索围岩稳定性分析新方法，建立科学的预测模型是解决隧道围岩变形预测预报问题的关键。

当前，国内对隧道围岩变形预测的研究，多是通过位移反演进行岩体力学参数敏感性分析及数值模型优化，或是分析位移的时序变化趋势来预测其稳定收敛值，很难真正实现对围岩变形的有效预测。隧道围岩变形规律本身具有非线性特征，存在很多不确定的随机因素，以致很多理论公式的推导和解释都很难有效的达到准确预测的效果。在隧道实际施工中，往往忽略了隧道围岩的物理力学性质与现场监控量测信息之间的内在关联，之于围岩空间变异性对隧道收敛变形的影响没有引起足够的重视，而这恰恰是对后续未开挖段施工、设计变更与否等具有重要指导意义。而如何利用已开挖段围岩的先验分布信息及监测数据，在既定工程影响效应水平下，挖掘围岩自然属性与围岩变形间的响应协调关系，进而实现围岩稳定性的动态评定与变形预测，还亟待进一步深入研究。

本书主编为胡达、肖超、蔡志伟、张可能，承担了全书的主要框架制定、统筹、排版、编写和审核工作。其中第一章至第三章由湖南城市学院的胡达和中南大学的张可能教授共同编写，第四章由中建五局土木工程有限公司的肖超编写，第五章由中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司的蔡志伟编写，第六章由湖南城市学院的胡达编写。

本书的研究获得了湖南省自然科学基金青年项目“复杂地质条件下隧道变形Kriging-力学耦合机理及预测模型研究（2019JJ50030）”、湖南省教育厅科学研究项目“基于Kriging-流变耦合模型的软岩隧道变形机理研究（18C0850）”、益阳市科技创新计划项目“城市地下综合管廊变形智能监测及预警系统（2019YR02）”等项目的支撑。本书的编写得到了中南大学、湖南城市学院、中建五局土木工程有限公司、中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司、湖南联智科技股份有限公司和城市地下基础设施结构安全与防灾湖南省工程研究中心等高校、企业和科研机构相关课题组的大力支持与帮助，在此表示衷心的感谢！

本书是对隧道围岩变形预测预报技术的一次探索和尝试，由于时间和精力有限，书中不妥之处恳请读者批评指正！