数字散斑技术（dic）如何助力地铁隧道安全施工？

地铁像奔流在城市地下的动脉，昼夜不息地为城市注入生机与活力。

我国地形复杂，在地铁施工建设中，会遇到很多隧道施工作业。隧道施工作业在山体下进行，因此随时存在安全危险。

隧道施工非常复杂，在隧道开挖过程中，会受到地质、天气等因素影响，加之城市高楼林立，对地铁隧道施工质量提出了更高的要求。

在我国城市隧道施工的安全事故中，地面坍塌事故占有较大比重，且塌陷事故发生突然、危害性大，严重威胁着城市的生产和生活，对施工人员与当地群众的生命安全也是极大的威胁。

污水管断裂&繁忙路段交通中断

地面塌陷深坑&搜救（6人遇难）

基于国内隧道施工过程中地面坍塌事故频发的现状，在隧道施工前，必须对施工土层土质进行勘察，科学分析隧道施工中地面塌陷灾变的机制，有针对性地提出控制措施，减少塌陷事故发生的几率。

在城市地铁隧道施工过程中，地面塌陷事故虽然诱因复杂，但有规律可循。从有关数据统计分析来看，地面塌陷事故的形成过程主要有几种类型：

1、由于施工引起上表底层稳定性遭到破坏出现地面塌陷；

2、由于隧道施工作业，原有的不良地质层受到破坏，引起的地面塌陷；

3、由于施工操作不当，引起管道渗漏问题恶化，进而导致地面塌陷。

不良地质环境，主要是底层中出现的空洞。隧道开挖作业中，设备运动会产生震动，周围岩体会发生松散、脱落，岩体的厚度变薄，围岩压力拱丧失负载力，影响空洞结构的稳定性，地面坍塌事故由此而发。

相似材料模拟加载试验是研究隧道施工过程结构变化、塌陷发生的一种重要手段。

通过制备地质结构相似材料，建立三维物理模型，模拟隧道施工过程对岩土复合地层的破坏，借助数字散斑技术（dic）测量，对模型表面应变、位移进行实时监测，为探究塌陷的发生和破坏规律提供指导依据。

采用新拓三维XTIDIC三维全场应变测量系统，基于数字图像相关法（dic）及图像处理技术，通过给模型施加压力来模拟地质层受压情况，分析地铁隧道施工扰动下，含缺陷岩土复合地层灾变机制，分析隧道周围的地层结构位移及坍塌演化。

相似材料模型整体尺寸2m*3m，模型上方施力液压机提供载荷，在不断增大载荷过程中，XTDIC三维全场应变测量系统实时观测整个地质模型的结构变化。地质材料模型具有流动性，利用前方树脂玻璃作为观测平面，中间圆通部分模拟隧道环境，去掉加固钢圈后，液压机对模型进行加载。

采用XTDIC三维全场应变测量系统对地质层模型位移及应变进行观测，XTDIC系统基于双目立体视觉技术，通过两个工业相机实时采集模型变形过程中的图像，经过标志点识别及图像匹配，解算地质材料模型表面位移应变数据。

XTDIC系统选取1200万像素30帧工业相机，测量视场2m，精度0.1mm。在施加载荷的同时，XTDIC系统相机同步采集数据，通过XTDIC软件计算模型位移及应变数据。

实验前        完全坍塌后

液压机加载初期位移增加缓慢，随着加载不断推进，受压面以及圆通洞口上方位移变化加大，说明关键塌陷部位位移变化加大，坍塌位置最大位移达到11.38mm，XTDIC分析软件输出坍塌前位移及应变图。

随着加载能量继续增加，地质模型的承载能力下降，分析位移散斑图可发现，位移快速增加，最大垂直位移达到了22.18mm，此时模型已塌陷破坏，加载至中部位置完全塌陷，圆通洞口位置自上而下塌落，XTDIC系统输出坍塌后的位移及应变图：

选取圆通洞口上方塌陷关键点，XTDIC软件输出随着加载力与位移的变化关系曲线，可以清晰呈现模型塌落破坏过程，隧道顶部关键点位移及应变图：（该区域坍塌后没有数据）

采用新拓三维数字散斑技术（dic），采用地质材料模型，对地铁隧道施工扰动地层灾变机制进行探索，采用模型测试分析的方式，揭示隧道施工诱发地面塌陷的灾变机制及演化规律，为有针对性提出隧道施工过程中地面塌陷的控制方案提供数据依据。