談隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析的方法

董明明

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西太原 030001)

1 監(jiān)控量測(cè)的目的

監(jiān)控量測(cè)是隧道施工中不可缺少的一部分，它通過對(duì)隧道的初期支護(hù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握圍巖的動(dòng)態(tài)信息，為隧道的施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，不僅可以預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，確保安全，而且還可以為二次襯砌的襯砌時(shí)間提供依據(jù)。同時(shí)對(duì)修正和確定初期支護(hù)的參數(shù)，具有一定的指導(dǎo)作用。由此可見，監(jiān)控量測(cè)在隧道施工中占有極其重要的地位。

2 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

1)地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察:目視觀察的方法，對(duì)圍巖和支護(hù)進(jìn)行觀察。2)地表沉降觀測(cè)。a.監(jiān)測(cè)位置的設(shè)置。b.洞外地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則。c.觀測(cè)儀器的選擇及操作步驟。d.量測(cè)數(shù)據(jù)的整理。3)周邊位移。a.量測(cè)斷面的設(shè)置。b.洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則。c.周邊位移的觀測(cè)。d.量測(cè)數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用。4)拱頂下沉。a.量測(cè)斷面:同周邊位移一致。b.洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則:同周邊位移一致。c.拱頂下沉量測(cè)。d.量測(cè)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用。5)錨桿抗拔力。a.試驗(yàn)斷面位置的選擇。b.試驗(yàn)設(shè)備:錨桿測(cè)力計(jì)及拉拔儀。c.數(shù)據(jù)處理。

3 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)例分析

下面就西家塔隧道ZK25+770斷面水平收斂數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要分析一下。根據(jù)我們對(duì)隧道初期支護(hù)布點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，利用下面的函數(shù)關(guān)系式，采用回歸分析的方法進(jìn)行分析。

對(duì)數(shù)函數(shù):

指數(shù)函數(shù):

雙曲函數(shù):

其中，a，b均為常數(shù);t為初讀數(shù)后的時(shí)間;u為位移數(shù)值，mm。

將西家塔隧道ZK25+770斷面水平收斂實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入Excel工作表中，如圖1所示。

選擇區(qū)域A1:B34，選擇Excel工具欄中的圖表向?qū)В凇皥D表類型”中選擇“折線圖”，即可得到圖2實(shí)測(cè)值曲線圖。

根據(jù)圖2的實(shí)測(cè)值收斂曲線，我們選用指數(shù)函數(shù)u=a×e－b/t，作為我們監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析的函數(shù)。

圖1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖2 實(shí)測(cè)值曲線

該指數(shù)函數(shù)為非線性函數(shù)，首先我們要將其進(jìn)行線性化處理，處理方法如下:

對(duì)指數(shù)函數(shù):

兩邊取自然對(duì)數(shù)后，得到下式:

，則:

通過轉(zhuǎn)變，式(2)則是式(1)的線性化方程，因此可按線性回歸的方法確定其參數(shù)。

根據(jù) u'=lnu，t'= －1/t，求出 u'，t'的值，代入 Excel表格中，如圖3所示。

圖3 u′，t′數(shù)據(jù)值

根據(jù)圖3中的u'和t'的計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)擊Excel菜單中的“工具”中的“數(shù)據(jù)分析”功能，選擇“回歸”分析，在分析窗口的Y值輸入?yún)^(qū)域選擇$D$2:$D$34;在X值輸入?yún)^(qū)域選擇$C$2:$C$34，得到回歸分析結(jié)果，見圖4。

圖4 回歸分析結(jié)果

由圖4回歸分析結(jié)果可知截距(intercept)lna=3.09，則a=21.98，變量(variable)b=5.22，代入式(1)則得到水平收斂觀測(cè)數(shù)據(jù)的回歸方程:u=21.98 × e－5.22/t;判定系數(shù):r2=0.981 588 6;取t=∞，可得收斂位移值的終值u=21.98 mm。根據(jù)求得的a值和b值，同時(shí)可以得到表1數(shù)據(jù)。

表1 水平收斂數(shù)據(jù)處理表

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得圖5～圖8各關(guān)系圖。

圖5 回歸后收斂差值—時(shí)間關(guān)系圖

圖6 當(dāng)日收斂速率—時(shí)間關(guān)系圖

圖7 平均收斂速率—時(shí)間關(guān)系圖

圖8 收斂回歸曲線圖

通過以上數(shù)據(jù)和圖表分析，得出表2量測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 量測(cè)結(jié)果

處理結(jié)果如下:

推算出基本穩(wěn)定時(shí)間:第33天以后，圍巖收斂值19.68 mm，收斂率 89.5% ＞80%;位移速度為 0.09 mm/d ＜0.1 mm/d，故圍巖基本穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上方法可以做出地表沉降、水平收斂、拱頂下沉等監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理，操作簡(jiǎn)單，分析準(zhǔn)確，只需利用Excel辦公軟件即可較快、較好的完成監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，使隧道的監(jiān)控量測(cè)更加的常規(guī)化，簡(jiǎn)單化。因此，利用該方法進(jìn)行隧道監(jiān)控量測(cè)分析，是值得推廣和發(fā)展的。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG/T F60-2009，公路隧道施工技術(shù)細(xì)則［S］.