公路隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理與回歸分析

洪 俊 光

(中交路橋技術有限公司，北京 100011)

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公路隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理與回歸分析

洪 俊 光

(中交路橋技術有限公司，北京 100011)

以山西某高速公路隧道為背景，介紹了隧道監(jiān)控量測的工作內容，通過對拱頂沉降和周邊位移監(jiān)控數(shù)據(jù)的回歸分析，比較了幾種常用回歸分析函數(shù)的回歸精度，提出了增加隧道圍巖穩(wěn)定性的一些建議。

隧道監(jiān)控量測，拱頂沉降，回歸分析，穩(wěn)定性

0 引言

監(jiān)控量測是隧道新奧法施工的重要組成部分。監(jiān)控量測是在隧道施工過程中對隧道圍巖的動態(tài)變化，支護結構的受力情況進行監(jiān)測。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與分析，調整支護設計參數(shù)，對優(yōu)化設計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過異常數(shù)據(jù)的分析，對事故和險情進行預警。

1 測線布置與監(jiān)測頻率

1.1 監(jiān)控量測的內容

監(jiān)控量測必測項目主要有：地質和支護觀察、周邊位移、拱頂下沉等。

在開挖面每次進尺后，在錨噴覆蓋之前，及時對開挖面、拱頂、兩幫圍巖產狀、地下水發(fā)育、構造、破碎情況進行描述，填寫開挖面地質記錄表。同時對開挖面附近的初期支護尤其是噴層是否開裂、鋼架是否變形過大等異?，F(xiàn)象給予重點觀察并描述，填入記錄表中。

周邊位移用收斂計量測。拱頂下沉用精密水準儀、倒掛銦鋼尺量測。在量測斷面測點埋設時，測點距開挖面應小于2 m，第一次量測應在上次爆破后24 h內進行。

1.2 測線布置與監(jiān)測頻率

周邊位移和拱頂下沉測點應布設在同一斷面上。測線布置與監(jiān)測頻率見表1～表4[1]。

表1 周邊位移測線數(shù)量

表2 拱頂下沉測點數(shù)量

表3 監(jiān)測斷面間距

表4 監(jiān)測頻率

2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可以繪制位移—時間曲線、速率—時間曲線，通過兩種曲線可以較直觀地看出圍巖的位移變化情況。

兩邊同取自然對數(shù)：

(1)

Y=lnA+BT

(2)

對數(shù)函數(shù)可以換算為如下的一元線性方程：

(3)

雙曲函數(shù)可以換算為如下的一元線性方程：

(4)

3 回歸分析

3.1 現(xiàn)場量測實例

表5為山西某隧道ZK14+544斷面量測數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制了位移—時間曲線、速率—時間曲線(見圖1，圖2)。

3.2 拱頂沉降回歸分析

將拱頂沉降數(shù)據(jù)分別代入三種函數(shù)后，可以得到回歸曲線(見圖3)，并計算出A,B值，以及相關系數(shù)R。根據(jù)回歸分析結果，可以得出最大拱頂沉降量，判斷拱頂下沉穩(wěn)定時間。

表5 山西某隧道ZK14+544斷面現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)

表6 拱頂沉降回歸分析結果

3.3 周邊位移回歸分析

同理，可以得到周邊位移的回歸曲線(見圖4)，并計算出A，B值，以及相關系數(shù)R。根據(jù)回歸分析結果，可以得出周邊位移最大變形量，判斷周邊位移穩(wěn)定時間。

表7 周邊位移回歸分析結果

函數(shù)ABR指數(shù)函數(shù)13.0242.3700.968對數(shù)函數(shù)12.98319.3200.937雙曲函數(shù)0.4650.0570.997

綜上所述，通過拱頂沉降回歸分析和周邊位移回歸分析可以得出，在第31天后，此斷面圍巖變形基本穩(wěn)定，下一步可以進行二襯的施作。

4 綜合分析

通過圖2及表5中的數(shù)據(jù)，可以看出前期拱頂沉降速率大于1mm/d，圍巖變形較大，圍巖壓力對初支結構的影響較大。隨著開挖面的掘進，開挖面逐漸遠離監(jiān)測斷面，這種影響逐漸減弱，拱頂沉降的變化速度降低，表明監(jiān)測斷面進入相對穩(wěn)定期，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)直接反映了圍巖變形情況。如果采用兩臺階開挖法，當下臺階開挖到監(jiān)測斷面時，圍巖壓力又會對初支結構產生一定的影響，如果支護不及時，會加大這種不利影響。所以在隧道施工時，一定要及時支護，縮短圍巖的自穩(wěn)期。在監(jiān)測過程中，如果發(fā)現(xiàn)監(jiān)控量測異常數(shù)據(jù)，應觀察監(jiān)測斷面附近的支護結構有無裂縫以及裂縫的走向、寬度等；鋼架有無變形；噴層有無脫落、掉塊；有無滲水、滴水以及水量大小；必要時可以使用地質雷達對支護上方及背后進行掃描探測，找出并分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)異常的原因，以便對支護結構的加固、支護參數(shù)的優(yōu)化提供參考。

由于隧道多個里程段埋深較淺，又逢雨季，并且Ⅳ級圍巖較多，圍巖風化松軟，這些因素增加了施工難度。因此，在施工過程中，應增加監(jiān)測頻率，對特殊段落增加監(jiān)測斷面。同時，應縮短開挖、支護、噴漿時間，提高各個施工環(huán)節(jié)的工作銜接效率，要做到“人等工作”，而不是“工作等人”，將圍巖的暴露時間盡可能縮短[4]。從各個環(huán)節(jié)入手，提高隧道圍巖的穩(wěn)定性，降低安全風險。

5 結語

隧道監(jiān)控量測是隧道施工過程中非常重要的一環(huán)，正確分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，對隧道施工有著科學的指導意義。在數(shù)據(jù)回歸分析采用函數(shù)選擇上，要對指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)分別計算，采用相關系數(shù)高的回歸函數(shù)，這樣更能代表圍巖的變形情況，以便更好的指導施工。對異常數(shù)據(jù)要科學分析，找出異常原因，并提出合理性建議。

[1] JTG F60—2009，公路隧道施工技術規(guī)范[S].

[2] 惠明闊.隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析與應用[J].安徽建筑，2008(2):73-75.

[3] 王勝濤，梁小勇，周亦濤.隧道監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)回歸分析探討[J].隧道建設，2009,29(6):629-663.

[4] 王成橋，韓晶晶，余金松.隧道圍巖監(jiān)控量測與穩(wěn)定性分析[J].西華大學學報(自然科學版)，2011,30(1):107-110.Highway tunnel monitoring measurement data processing and regression analysis

Hong Junguang

(ChinaCommunicationHighway&BridgeTechnologyCo.,Ltd,Beijing100011,China)

Taking the highway tunnel in Shanxi province as the background, the paper introduces tunnel monitoring measurement contents. Through aggression analysis of arch top subsidence and surrounding displacement monitoring data, it compares regression accuracy of common regression analysis functions, and finally puts forward some suggestions of increasing tunnel surrounding rock stability.

tunnel monitoring measurement, arch top subsidence, regression analysis, stability

1009-6825(2016)20-0168-03

2016-05-08

洪俊光(1980- )，男，工程師

U456.3

A