导读

目前隧道预留变形量的研究大多依赖于监控量测数据基于点的分析，很难得到隧道断面整体变化情况。为解决传统监测技术单点监测无法满足隧道预留变形量调整的局限性，小隧要以乐西高速公路某隧道为案例向你详细介绍如何利用三维激光扫描仪对隧道进行全断面的检测和分析统计，进而优化隧道预留变形量的小秘籍！

一、技术路线

基于三维激光的预留变形量优化技术方法

在隧道初支喷射混凝土完成后，立即对该循环区间进行三维激光扫描，通过TK-PCAS软件处理，得到第一次成果数据；同一里程区间在初支完成二十六天后，此时初支变形几近稳定，此时初支变形几近稳定，对该区间进行第二次三维激光扫描工序。通过对同一里程区间两次三维激光扫描的实测轮廓和设计轮廓的对比，两者之间的差值即为初期支护累计变形量。将初期支护累计变形量与设计的预留变形量进行对比，若变形超过所设定的控制标准，则采取相应的措施，控制初期支护变形，并动态调整下一循环预留变形量的设计；若安全余量过大，则也可对预留变形量进行优化设计，减少施工成本，实现信息化施工。具体流程如下图所示：

预留变形量控制流程图

数据采集流程如下：

三维激光数据采集流程

二、工程应用

初期支护累计变形量分析

三维激光扫描数据与设计初支轮廓对比图：

第一次初支里程ZK131+375断面第二次初支里程ZK131+375断面

里程ZK131+375处断面变形量分析

上图中，最大累计变形量为6.9cm，位置位于拱顶附近；最小累计变化值为3.1cm，该断面在拱顶附近变化值最大，拱脚位置较小。设计资料显示在该区段预留变形量为10cm，三维激光扫描结果对比，最大变形小于7cm，与设计预留变形量10cm较为接近，最小变形为3cm，远小于设计预留变形量10cm，按照原预留变形量统一设置10cm的方式不利于工程成本控制，增加了工程造价。

预留变形量优化

根据三维激光扫描处理结果，设计预留变形量10cm全断面设置过于保守，还有优化空间。在优化预留变形量的范围时，参考一定保证率条件下的范围值，从而使确定的预留变形量更符合工程实际。通过采用保证率的方式得到，拱顶区域按照设计预留变形量10cm，两侧区域预留变形量设置为5cm,优化后的断面及变形量分析图如下：

原设计图

优化后断面

优化后的变形量分析

结论

针对乐西高速某隧道预留变形量的选择，充分了解已经施工完成的隧道围岩情况，以及初期支护在达到基本稳定状态时的累计变形量，我们采用三维激光对隧道变形进行扫描，通过不同期次模型的求差获取隧道局部和整体变形信息，结合全息变形监测数据修正预留变形量，就里程ZK131+369-ZK131+400拱顶区域按照设计预留变形量10cm，两侧区域预留变形量设置为5cm，将预留变形量控制在经济合理的范围之内。