張賢才，姚響宇

（湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湘潭411201）

0 引 言

云桂鐵路起于廣西南寧市，止于云南省昆明市的昆明南站，全長(zhǎng)715.8km.董弄隧道位于廣南縣，地處剝蝕、侵蝕中低山地貌，地形起伏較大，地面高程1220～1305m，地面植被較發(fā)育，覆蓋土層較薄，基巖零星出露.隧道洞身及洞口地段溝槽低洼地帶橫向沖溝發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育巖體破碎.

本文主要對(duì)董弄隧道監(jiān)控?cái)嗝妫―K415＋175）所測(cè)得的周邊收斂和拱頂沉降數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行回歸分析，從而來(lái)判斷圍巖的穩(wěn)定性并提出一些處理措施，為施工提供理論依據(jù)，確保施工安全.

1 監(jiān)控量測(cè)方法

1.1 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置

每監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置4～6對(duì)測(cè)線，測(cè)樁分別布置在拱頂及兩側(cè).如圖1所示.

圖1 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置圖

1.2 監(jiān)控頻率

根據(jù)距工作面距離及位移速率，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的圍巖情況確定監(jiān)控頻率，如表1所示.

表1 監(jiān)控量測(cè)頻率

1.3 測(cè)量?jī)x器

XGJ－21型隧道位移計(jì)、變位觀測(cè)計(jì)，鋼尺，水平儀，標(biāo)桿等儀器等.

1.4 測(cè)量方法

周邊收斂測(cè)量：董弄隧道平均每30m設(shè)置一個(gè)監(jiān)控量測(cè)斷面，每個(gè)斷面分別在側(cè)墻和拱頂設(shè)置測(cè)點(diǎn)，利用收斂計(jì)，采用一根在重錘作用下被拉緊的普通鋼尺作為傳遞位移的媒介，通過(guò)百分表測(cè)讀隧道周邊某兩點(diǎn)相對(duì)位置的變化.

拱頂沉降測(cè)量：董弄隧道平均每30m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，在隧道拱頂設(shè)置測(cè)點(diǎn)，安設(shè)隧道拱部變位觀測(cè)計(jì)，將鋼尺或收斂計(jì)掛在作為隧道拱部變位觀測(cè)計(jì)上作為標(biāo)尺，后視點(diǎn)可設(shè)在穩(wěn)定的部位，用水平儀觀測(cè).

2 數(shù)據(jù)分析處理方法

（1）根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制周邊累計(jì)位移－時(shí)間、拱頂累計(jì)沉降—時(shí)間關(guān)系曲線，并初步判定圍巖是否趨于穩(wěn)定或出現(xiàn)異常情況.

（2）目前用于監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析的主要方法有：指數(shù)回歸法、對(duì)數(shù)回歸法和雙曲線回歸法.三種回歸方法：

（a）指數(shù)函數(shù)：

對(duì)（1）式求導(dǎo)：

將（2）轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：

極限公式

（b）對(duì)數(shù)函數(shù)：

對(duì)（5）求導(dǎo)：

將（6）轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：

極限公式

（c）雙曲函數(shù)

對(duì)（9）求導(dǎo)：

將（10）轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)

極限公式

以上式中：A、B 為回歸常數(shù)；u為位移值（mm）；t為初讀數(shù)后的時(shí)間（d）

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)董弄隧道施工過(guò)程中實(shí)施監(jiān)控量測(cè)得出了斷面（DK415＋175）周邊位移、拱頂沉降數(shù)據(jù)，如表2所示，根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制出周邊累計(jì)位移—時(shí)間、拱頂累計(jì)沉降—時(shí)間變化曲線，如圖2所示.

表2 董弄隧道（DK415＋175）周邊位移和拱頂沉降的量測(cè)數(shù)據(jù)表

46 18.9 21.2 105 27.9 33.5 47 19.2 21.5 106 27.9 33.5 48 19.3 21.7 107 28.0 33.6 49 19.3 21.9 108 28.0 33.6 50 19.5 22.2 109 28.0 33.7 51 19.6 22.5 110 28.0 33.7 52 19.7 22.6 111 27.9 33.5 53 19.7 22.6 112 27.9 33.5 54 20.1 23.0 113 27.9 33.5 55 21.3 23.1 114 27.9 33.5 56 21.3 23.1 115 27.9 33.5 57 21.3 23.1 116 27.9 33.5 58 21.3 23.1 117 27.9 33.5 59 21.3 23.1

3.2 數(shù)據(jù)回歸分析

3.2.1 周邊位移分析

將上表周邊位移數(shù)據(jù)分別代入三種曲線函數(shù)方程中，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出三種曲線方程：

指數(shù)函數(shù)：u＝28.28·e－0.258／t

相關(guān)系數(shù)r＝0.9821

對(duì)數(shù)函數(shù)：u＝29.44－1.7922／lg（1＋t）

相關(guān)系數(shù)r＝－0.9770

相關(guān)系數(shù)r＝0.9812

可以發(fā)現(xiàn)由指數(shù)函數(shù)得出的相關(guān)系數(shù)最接近1，其回歸精度較高，故選用該方程來(lái)代表周邊位移情況.

董弄隧道DK415＋175斷面監(jiān)控獲得的周邊收斂總累計(jì)沉降變化曲線如圖2所示.由于該段屬地表淺埋段，所以在施做下臺(tái)階和仰拱等施工階段出現(xiàn)了較大變形，如果把全部數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的擬合曲線不真實(shí)，所以就采用開(kāi)挖仰拱后的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析.經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比，選取指數(shù)函數(shù)能較好地?cái)M合該斷面在開(kāi)挖仰拱后的實(shí)測(cè)曲線，如圖3所示.所擬合得到的相關(guān)系數(shù)為0.9821，擬合良好，偏差較小.擬合回歸出的指數(shù)函數(shù)為U＝28.28＊exp（－0.258／t），由該回歸函數(shù)計(jì)算知，該主斷面上最終累計(jì)下沉值將達(dá)到28.50mm，在安全范圍之內(nèi).

圖3 DK415＋175斷面周邊收斂回歸曲線圖

3.2.2 拱頂沉降分析

將上表拱頂沉降數(shù)據(jù)分別代入三種曲線函數(shù)方程中，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出三種曲線方程：

指數(shù)函數(shù)：u＝34.02·e－0.258／t

相關(guān)系數(shù)r＝0.9585

對(duì)數(shù)函數(shù)：u＝35.88－2.8780／lg（1＋t）

相關(guān)系數(shù)r＝－0.9599

相關(guān)系數(shù)r＝0.9539

可以發(fā)現(xiàn)由指數(shù)函數(shù)得出的相關(guān)系數(shù)最接近1，其回歸精度較高，故選用該方程來(lái)代表拱頂沉降情況.

董弄隧道DK415＋175斷面監(jiān)控獲得的拱頂總累計(jì)沉降變化曲線如圖2所示.由于該段屬地表淺埋段，所以在做下臺(tái)階和仰拱等施工階段出現(xiàn)了較大變形，如果把全部數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的擬合曲線不真實(shí)，所以就采用開(kāi)挖仰拱后的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析.經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比，選取指數(shù)函數(shù)能較好地?cái)M合該斷面在開(kāi)挖仰拱后的實(shí)測(cè)曲線，如圖4所示.所擬合得到的相關(guān)系數(shù)為0.9585，擬合良好，偏差較小.擬合回歸出的指數(shù)函數(shù)為U＝34.02＊exp（－0.258／t），由該回歸函數(shù)計(jì)算知，該主斷面上最終累計(jì)下沉值將達(dá)到34.83mm，在安全范圍之內(nèi).

圖4 DK415＋175斷面拱頂回歸分析曲線圖

4 結(jié)論及處理措施

從周邊累計(jì)位移、拱頂累計(jì)沉降數(shù)據(jù)變化曲線圖（圖2）得出結(jié)論：周邊累計(jì)位移——時(shí)間、拱頂累計(jì)沉降——時(shí)間變化穩(wěn)定曲線分為兩段，第一段在上臺(tái)階施工后已穩(wěn)定，第二段在下臺(tái)階和仰拱開(kāi)挖施工時(shí)，圍巖再次出現(xiàn)較大的變形，最后逐漸趨于穩(wěn)定.根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖將采取分段數(shù)據(jù)回歸分析方法，本文主要采取第二段的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸穩(wěn)定性分析，從而得出了比較滿意的結(jié)果.

針對(duì)上述分析結(jié)果，我們建議采取下列措施進(jìn)行處理：

（1）根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙要求，加強(qiáng)圍巖的勘探，分析圍巖性質(zhì)，采取相應(yīng)的施工方法，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，施工時(shí)加強(qiáng)圍巖支護(hù)，保證施工安全.

（2）下邊墻開(kāi)挖時(shí)，嚴(yán)格控制邊墻一次性開(kāi)挖長(zhǎng)度，加大監(jiān)測(cè)頻率，確保圍巖變形在控制范圍之內(nèi).

（3）仰拱開(kāi)挖時(shí)，通過(guò)改善施工質(zhì)量及工序來(lái)控制，適當(dāng)增加鎖腳錨桿的數(shù)量及嚴(yán)格控制其安裝質(zhì)量，仰拱開(kāi)挖測(cè)量合格后立即澆筑仰拱混凝土.

（4）當(dāng)圍巖位移出現(xiàn)變形——穩(wěn)定——變形時(shí)，應(yīng)立即制定處理方案，加強(qiáng)支護(hù)手段或立即實(shí)施二襯，必要時(shí)停止開(kāi)挖，監(jiān)控圍巖變形直至圍巖穩(wěn)定以確保施工安全.

［1］ 陳秋南.隧道工程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］ 孫 鈞，侯學(xué)淵.地下結(jié)構(gòu)［M］.北京：科學(xué)出版社，1991.

［3］ 陳永奇，吳子安，吳中如.變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)［M］.北京：測(cè)繪出版社，1997.

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［5］ 徐世強(qiáng)，屈戰(zhàn)輝.隧道監(jiān)控量測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011，（1）：66－69.