基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的隧道圍巖穩(wěn)定性分析研究

趙 麗 娜

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

岢臨高速公路龍王廟隧道起訖點(diǎn)樁號(hào)K79+450～K80+130，全長(zhǎng)680 m，隧道穿越溶洞發(fā)育地區(qū)，施工區(qū)域地形起伏較大，最大高差達(dá)到126 m。隧道圍巖等級(jí)主要為Ⅲ級(jí)圍巖，個(gè)別地段為Ⅳ級(jí)，巖石遇水易軟化崩解，隧道圍巖整體完整性較好，局部較破碎，巖層產(chǎn)狀較陡，穩(wěn)定性相對(duì)較好。為檢驗(yàn)隧道圍巖的穩(wěn)定性，在施工過(guò)程中開(kāi)展監(jiān)控量測(cè)。以周邊位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，繪制變形曲線，對(duì)隧道圍巖變形情況進(jìn)行分析，判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性。

2 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)方案

2.1 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在隧道施工中進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，考慮到隧道圍巖等級(jí)主要為Ⅲ級(jí)圍巖，該隧道施工過(guò)程主要進(jìn)行必測(cè)項(xiàng)目的量測(cè)。隧道縱斷面量測(cè)間距一般為20 m～50 m，淺埋洞口段和軟弱結(jié)構(gòu)層地段量測(cè)間距不大于20 m。本隧道圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)圍巖，量測(cè)間距為20 m～30 m，洞口淺埋段量測(cè)間距為10 m。

隧道周邊位移測(cè)線數(shù)量通過(guò)開(kāi)挖方法確定，全斷面法開(kāi)挖斷面布置一條測(cè)線，臺(tái)階法開(kāi)挖斷面布置兩條測(cè)線，在拱腰和邊墻部位各設(shè)1條水平測(cè)線。拱頂下沉量測(cè)斷面一般與周邊位移量測(cè)布置在同一監(jiān)測(cè)斷面，也可根據(jù)實(shí)際情況在拱部合理增設(shè)測(cè)點(diǎn)。地表下沉量測(cè)布置在隧道洞口淺埋段，測(cè)點(diǎn)布置范圍為2B～5B，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在初期支護(hù)完成后3 h內(nèi)布設(shè)，并應(yīng)盡可能布置在距開(kāi)挖面2 m范圍內(nèi)，拱頂下沉、周邊位移測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。開(kāi)挖12 h內(nèi)完成測(cè)點(diǎn)布置并進(jìn)行首次觀測(cè)，作為初始數(shù)據(jù)。

2.2 監(jiān)測(cè)頻率

隧道監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)測(cè)點(diǎn)位移變化速度、與開(kāi)挖面距離確定，并取二者頻率大的作為實(shí)際量測(cè)頻率。當(dāng)隧道圍巖地質(zhì)條件差或隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時(shí)，圍巖變形較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加量測(cè)次數(shù)，隧道周邊位移量測(cè)頻率選擇標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 隧道周邊位移量測(cè)頻率選擇標(biāo)準(zhǔn)

3 隧道量測(cè)數(shù)據(jù)分析與圍巖穩(wěn)定性分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本隧道周邊位移變化相對(duì)較大，選取K79+600斷面周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，周邊位移量測(cè)值如表2所示，繪制累計(jì)位移值—時(shí)間變化曲線如圖2所示。

表2 隧道周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)

從表2數(shù)據(jù)和圖2曲線可以看出，K79+600周邊位移前5 d增長(zhǎng)速度較快，5 d～11 d位移變化速度趨緩，11 d～20 d位移變化趨于穩(wěn)定，說(shuō)明可進(jìn)行二次襯砌和防水層施工。

3.2 數(shù)據(jù)回歸分析

對(duì)隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，確定隧道圍巖的變形情況，分析確定隧道圍巖的穩(wěn)定性。監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)在采集過(guò)程中由于受到很多外界因素的影響，存在一定的離散性和波動(dòng)性，所繪制的變化曲線不規(guī)則，必須進(jìn)行處理。現(xiàn)階段數(shù)據(jù)處理的方法主要采用回歸分析法，常用的函數(shù)有指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)。通過(guò)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析，擬合后確定數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，確定回歸曲線，將變形曲線與回歸曲線分析后確定隧道圍巖的穩(wěn)定性。

結(jié)合隧道周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)，分析累計(jì)位移值—時(shí)間曲線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和回歸分析，分析隧道周邊位移隨時(shí)間變化規(guī)律，確定最終位移值。通過(guò)對(duì)表2所列數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，并采用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到函數(shù)回歸方程和相關(guān)系數(shù)r如表3所示。

表3 隧道周邊位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析與擬合結(jié)果

3個(gè)回歸方程中對(duì)數(shù)函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r數(shù)值最大，回歸精度最高，因此選取對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行回歸函數(shù)擬合，擬合結(jié)果如圖3所示。

3.3 圍巖穩(wěn)定性分析

收集隧道周邊位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)擬合結(jié)果進(jìn)行分析，分析隧道位移的變化情況確定圍巖的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明，量測(cè)斷面周邊位移量測(cè)值明顯降低，且在11 d以后逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)20 d的量測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，可以得出隧道周邊位移值已經(jīng)達(dá)到了預(yù)計(jì)變形量的80%～90%，周邊位移變化速率小于0.1 mm/d～0.2 mm/d，滿(mǎn)足二次襯砌施工的基本要求。

計(jì)算對(duì)數(shù)函數(shù)回歸方程的極限，得出K79+600斷面隧道周邊位移最終位移值為：

K79+600斷面隧道周邊位移第20天量測(cè)值3.99 mm，收斂度為3.99/4.68=85.3%，且位移變化速度小于規(guī)范要求的0.2 mm/d，說(shuō)明周邊位移變化情況滿(mǎn)足規(guī)范要求。結(jié)合其他幾項(xiàng)必測(cè)項(xiàng)目量測(cè)結(jié)果，得出隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)可以保證隧道圍巖穩(wěn)定，可進(jìn)行下一道工序二襯施工。

4 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合岢臨高速公路龍王廟隧道施工監(jiān)控量測(cè)實(shí)踐，采用最小二乘法K79+600斷面隧道周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出以下結(jié)論：

1)結(jié)合隧道周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)和累計(jì)位移值—時(shí)間變化曲線，前5 d增長(zhǎng)速度較快，5 d～11 d位移變化速度趨緩，11 d～20 d位移變化趨于穩(wěn)定，說(shuō)明隧道周邊位移變形已趨于穩(wěn)定；

2)根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果，觀測(cè)期內(nèi)隧道周邊位移變形趨于穩(wěn)定，收斂度達(dá)到了85.3%，且位移變化速度小于0.2 mm/d，說(shuō)明隧道圍巖變形穩(wěn)定，可進(jìn)行二次襯砌施工。