監(jiān)控量測技術(shù)在隧道預(yù)留變形量中的應(yīng)用

■郭琦

（安徽理工大學(xué)測繪學(xué)院安徽淮南232000）

監(jiān)控量測技術(shù)在隧道預(yù)留變形量中的應(yīng)用

■郭琦

（安徽理工大學(xué)測繪學(xué)院安徽淮南232000）

隧道施工中，監(jiān)控量測是隧道施工的重要組成部分，通過量測及時(shí)收集施工中圍巖變形與支護(hù)受力數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)整理分析及時(shí)反饋指導(dǎo)開挖施工時(shí)的變形量預(yù)留，符合圍巖變形的變形量預(yù)留可以指導(dǎo)開挖并有效控制隧道襯砌澆筑時(shí)的混凝土超方。本論文主要講述拱頂沉降和周邊位移量測數(shù)據(jù)通過回歸分析建立數(shù)學(xué)模型,評(píng)價(jià)和預(yù)測圍巖的穩(wěn)定情況，從而確定合適的預(yù)留變形量。

監(jiān)控量測 沉降 周邊位移 收斂 回歸分析 預(yù)留變形量

1 概述

花石隧道位于寧陜縣境內(nèi)，屬于秦嶺南麓山地，地面起伏較大，隧道整體埋深較大，一般埋深200～400m，最大埋深555m，隧道起止里程為Dgk104+224.31～Dgk108+737，全長3940.186m，其中Ⅲ級(jí)圍巖2784.496m，Ⅳ級(jí)圍巖947m,Ⅴ級(jí)圍巖187m。隧道設(shè)計(jì)為雙線隧道，隧道軌面以上有效凈面積為98.30㎡,隧道內(nèi)線間距4.6m，隧道除進(jìn)口1107.945m位于直線上外，其余左線位于R-9004.6的曲線上，右線位于R-9000m的曲線上，縱坡依次為22‰、25‰、23‰，采用復(fù)合式襯砌。

2 監(jiān)控量測方法

2.1 人員及設(shè)備組織

（1）設(shè)立監(jiān)控量測班，設(shè)班長一名，成員4名。編制量測方案，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，合理安排監(jiān)測，盡量減小現(xiàn)場監(jiān)控量測與隧道施工的相互干擾。

（2）周邊位移采用收斂儀，根據(jù)開挖斷面合理選擇收斂儀型號(hào)。拱頂沉降多采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測。

圖1

2.2 監(jiān)控量測點(diǎn)布置

本論文以Ⅲa圍巖為例，全斷面開挖拱頂沉降與周邊位移觀測布點(diǎn)如圖1，拱頂沉降每個(gè)斷面根據(jù)開挖跨度布設(shè)1個(gè)測點(diǎn)，周邊位移觀測每個(gè)斷面根據(jù)開挖方法布設(shè)1條水平測線。拱頂沉降及周邊位移觀測點(diǎn)應(yīng)布于同一斷面上，并且30米布設(shè)一個(gè)斷面。

2.3 數(shù)據(jù)采集

量測點(diǎn)的初讀數(shù)最為重要,一般應(yīng)在開挖12h內(nèi)或下次爆破前，噴錨支護(hù)施作2h后即埋設(shè)測點(diǎn)，并進(jìn)行第一次量測數(shù)據(jù)采集，最遲不得大于24h。每次測試前檢查儀表設(shè)備是否完好，如發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)修理或更換；確認(rèn)測點(diǎn)是否松動(dòng)或人為損壞，只有測點(diǎn)狀態(tài)良好時(shí)方可進(jìn)行量測工作。按各項(xiàng)量測操作規(guī)程安裝好儀器儀表，并按相應(yīng)儀器使用方法讀取數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)分析處理

（1）根據(jù)量測數(shù)據(jù)繪制位移u與時(shí)間t的關(guān)系曲線，可以較直觀的看出圍巖位移變化的情況，并初步判定圍巖是否趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)異常情況。采用在Excel表格中及時(shí)輸入量測結(jié)果，并利用其圖表功能自動(dòng)生成曲線圖，能保證量測數(shù)據(jù)與曲線圖同步，更能及時(shí)、直觀的得到圍巖變化情況。

（2）由于量測的偶然誤差所造成的離散性，因此對(duì)量測數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析，并以相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述，采用回歸分析對(duì)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，得到、兩個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，用這個(gè)函數(shù)曲線能代表測試點(diǎn)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)分布，并能推算出因變量的變化速率和極限值，主要采用以下指數(shù)、對(duì)數(shù)和雙曲三種曲線函數(shù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，三種曲線函數(shù)的原形公式與換算公式如下：

①指數(shù)函數(shù)：u =A×e(?B/T)求導(dǎo)：u'=AB×e(?B/t)×t?2

其中：A、B—回歸常數(shù)；u—位移值（mm）；t—初讀數(shù)后的時(shí)間（天）。

（3）線性回歸分析需要分別將三種函數(shù)獨(dú)立進(jìn)行回歸計(jì)算，將其轉(zhuǎn)化為直線函數(shù) y= a+bx 的形式求出a、b，并通過a、b換算出曲線函數(shù)常數(shù)A、B值，以指數(shù)函數(shù)為例，視 ln u為Y，1 t 為 X，按直線方程進(jìn)行回歸計(jì)算，得到直線方程常數(shù)a、b，并計(jì)算其相關(guān)系數(shù)r，指數(shù)函數(shù)常數(shù)A=ea、B=-b，由此可得到指數(shù)函數(shù)方程。對(duì)三種曲線函數(shù)進(jìn)行回歸分析后，根據(jù)三種曲線方程的相關(guān)系數(shù)r，取r最趨近于1的曲線方程代表所分析測點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化情況，一般情況下所選擇曲線函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值應(yīng)大于0.9。其a、b、r的計(jì)算公式如下：

（4）根據(jù)回歸分析結(jié)果選定代表測點(diǎn)的曲線方程,并可根據(jù)求導(dǎo)公式計(jì)算某一天的位移速率,也可根據(jù)極限公式計(jì)算其總位移量,通過代表測點(diǎn)的曲線函數(shù)方程可消除偶然誤差并推斷出圍巖的穩(wěn)定情況，或估計(jì)二次襯砌施工的時(shí)機(jī)。

監(jiān)控量測能有效指導(dǎo)隧道開挖預(yù)留變形量，在施工中我們要考慮各種因素對(duì)隧道圍巖變形的影響。施工中我們發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)就是光面爆破開挖施工時(shí)，周邊眼間距對(duì)隧道預(yù)留變形量也有影響。

4 綜合應(yīng)用

在隧道施工中，不同的圍巖采用不同的施工方法，如采用臺(tái)階法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、核心土法等開挖，量測的方法和結(jié)果也也不同，不同的施工方法及工序可能造成圍巖變形中位移與時(shí)間變化并非一條單一的曲線。隧道的監(jiān)控量測原本就屬于動(dòng)態(tài)的過程，因此要充分應(yīng)用項(xiàng)目管理理論中動(dòng)態(tài)控制的原理進(jìn)行隧道監(jiān)控量測管理，不斷總結(jié)和改進(jìn)，使監(jiān)控量測更好的指導(dǎo)施工。隧道內(nèi)圍巖是會(huì)隨時(shí)變化的，因此預(yù)留變形量應(yīng)隨著隧道圍巖變化及監(jiān)控量測數(shù)值分析進(jìn)行不斷調(diào)整，確保施工安全的同時(shí)控制二次混凝土澆筑的方量，將隧道施工與經(jīng)濟(jì)效益有機(jī)結(jié)合起來。

[1]《高速鐵路工程測量規(guī)范》 (TB10601-2009).

[2]《隧道監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)回歸分析探討》王勝濤、梁小勇、周亦濤.

[3]《高速鐵路隧道施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)【2010】241號(hào).

[4]中鐵一局.《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》 （TZ024-2008）中國鐵道出版社，2008.

[5]鐵二院.《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》 （TB10121-2007）中國鐵道出版社，2007.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-325-1