吳連波

（深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心，廣東 深圳 518000）

0 引言

深圳市葵壩路新建工程位于龍崗區(qū)東部大鵬半島，西接葵涌街道延安路，東至壩光化工園區(qū)，路線全長(zhǎng)5.81km，道路等級(jí)為城市II級(jí)主干道。該工程2號(hào)隧道左洞長(zhǎng)4850m，右洞長(zhǎng)4792m，屬于長(zhǎng)大隧道。

整個(gè)隧道隧道圍巖為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，圍巖跨度變化大。因前期勘察設(shè)計(jì)深度不夠，必須依據(jù)“新奧法”設(shè)計(jì)原理，及時(shí)掌握隧道開挖后圍巖發(fā)揮的自身承載能力。隧道開挖后，對(duì)隧道圍巖開挖面進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)同時(shí)研究其變化規(guī)律，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)二次襯砌施工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了隧道工程的動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)與信息化施工。

1 監(jiān)控量測(cè)目的

依據(jù)“新奧法”的基本原理和設(shè)計(jì)要求，在全隧道實(shí)施監(jiān)控量測(cè)，其主要目的為：

（1）掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)，利用量測(cè)結(jié)果修改設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工；

（2）預(yù)見(jiàn)事故和災(zāi)情，以便及時(shí)采取措施，防患于未然；

（3）積累資料，以為后續(xù)新奧法設(shè)計(jì)提供類比依據(jù)；

（4）為確定隧道的施工安全提供可靠的信息；

（5）對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理和必要的計(jì)算判斷后，進(jìn)行預(yù)測(cè)與反饋。

2 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)隧道監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目可分為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目與選測(cè)項(xiàng)目，應(yīng)測(cè)項(xiàng)目為核心，主要包括：

（1）地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察；

（2）周邊位移；

（3）拱頂下沉；

（4）地表下沉。

選測(cè)項(xiàng)目是根據(jù)不同地質(zhì)、工程性質(zhì)等具體條件和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)取得的數(shù)據(jù)類型而選擇的測(cè)試項(xiàng)目，其中包括：

（1）圍巖內(nèi)部位移量測(cè)（地表設(shè)點(diǎn)、洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)）；

（2）圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力；

（3）格柵鋼架內(nèi)力及外力；

（4）支護(hù)、襯砌應(yīng)力量測(cè)；

（5）錨桿軸力量測(cè)等。

結(jié)合葵壩隧道設(shè)計(jì)要求及實(shí)際地質(zhì)情況，本文展開必測(cè)項(xiàng)目的論述。

3 量測(cè)方法

3.1 控制量測(cè)點(diǎn)的布置

葵壩隧道采用上下臺(tái)階法開挖，拱頂下沉、周邊位移為必測(cè)項(xiàng)目，隧道斷面上所布置的A、B、C、D、E測(cè)點(diǎn)如圖1所示。

圖1 周邊位移及拱頂下沉量測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察

本文所測(cè)地段位于隧道右線掌子面YK5+295處。此段為隧道洞身段，洞頂埋深26.0m，為低山地貌，地形較陡峻?？傮w而言，本段隧道的圍巖穩(wěn)定性較好，自穩(wěn)能力較強(qiáng)，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

隧道爆破開挖后，應(yīng)立即實(shí)施初期支護(hù)，同時(shí)通過(guò)地質(zhì)羅盤配合鐵錘等工具，觀察圍巖的穩(wěn)定情況，并對(duì)圍巖巖性、巖質(zhì)、斷層破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向、有無(wú)松散坍塌和剝落掉塊現(xiàn)象、有無(wú)地下水及滲水等進(jìn)行記錄和描述，特別是對(duì)圍巖等級(jí)進(jìn)行判斷。

初期支護(hù)主要觀察分析初襯是否產(chǎn)生裂縫、剝離和剪切破壞，格柵支撐是否壓屈等。

同時(shí)需對(duì)洞口地表沉陷、邊坡、仰拱穩(wěn)定情況進(jìn)行觀察，以便確定圍巖開挖掌子面的穩(wěn)定性和自穩(wěn)性，

3.3 拱頂下沉及圍巖周邊位移量測(cè)

判斷圍巖穩(wěn)定主要依據(jù)圍巖變形能力。隧道開挖后，需盡快鉆孔埋設(shè)測(cè)樁，測(cè)樁主要埋設(shè)在隧道的拱頂、拱腰和邊墻部位。埋設(shè)要快，一般在爆破后12h內(nèi)，同時(shí)在下一個(gè)爆破前完成，并讀取初始量測(cè)數(shù)據(jù)；埋設(shè)位置應(yīng)近掌子面且不超過(guò)2m，測(cè)點(diǎn)凈空水平收斂應(yīng)在同一水平線上。

葵壩隧道采用WRM—3型鋼尺式收斂?jī)x量測(cè)收斂變形，具體收斂布置見(jiàn)圖2。

圖2 收斂?jī)x布置

3.4 地表下沉量測(cè)

葵壩隧道設(shè)計(jì)圍巖大部分圍巖屬于Ⅲ級(jí)，但局部處于軟弱、破碎、自穩(wěn)較差的Ⅳ、Ⅴ級(jí)。地表下沉量是關(guān)鍵量測(cè)項(xiàng)目。具體量測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖3。

圖3 地表下沉量量測(cè)點(diǎn)布置圖

3.5 量測(cè)頻率

隧道現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控量測(cè)頻率應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求，以確保采集數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性及科學(xué)性。具體量測(cè)頻率見(jiàn)表1。

表1 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)頻率

4 量測(cè)數(shù)據(jù)的整理和處理

為進(jìn)一步及時(shí)掌握葵壩隧道圍巖的變形規(guī)律，對(duì)比分析同一斷面的量測(cè)數(shù)據(jù)，并去除誤差過(guò)大的數(shù)據(jù)，確保各量測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。根據(jù)采集的量測(cè)數(shù)據(jù)繪制時(shí)間位移曲線，并根據(jù)曲線類型擬合回歸曲線方程，以進(jìn)一步確定圍巖的變形趨勢(shì)。

4.1 量測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析原理及曲線

回歸分析是研究變量之間相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)推斷法。

受偶然誤差的影響，量測(cè)數(shù)據(jù)具有離散性。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的變形隨時(shí)間而變化的散點(diǎn)圖出現(xiàn)上下波動(dòng)的現(xiàn)象，很不規(guī)則，難以進(jìn)行分析，必須應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，找出圍巖變形隨時(shí)間變化的規(guī)律，以便修改設(shè)計(jì)與指導(dǎo)施工。提供科學(xué)依據(jù)量測(cè)的數(shù)據(jù)只是針對(duì)某一個(gè)量測(cè)項(xiàng)目而得，即只有一個(gè)控制變量時(shí)，稱為一元線性回歸模型。

設(shè)有一組量測(cè)記錄數(shù)據(jù)：

以f(x)=a+bx為回歸方程，求回歸方程中的回歸系數(shù)a，b。

采用最小二乘法，記平方和為：

找出使Q（a.b）達(dá)到最小時(shí)的a、b作為其估計(jì)，即：

稱y=a+bx為經(jīng)驗(yàn)回歸（直線方程）或經(jīng)驗(yàn)公式?；貧w精度即誤差計(jì)算公式為：

測(cè)量極限值即為在回歸曲線方程下xn所對(duì)應(yīng)的yn。

一般來(lái)說(shuō)，量測(cè)項(xiàng)目所量測(cè)的數(shù)值一般不可能都隨時(shí)間呈線性規(guī)律，除線性函數(shù)y=a+bx作為回歸方程外，還有相應(yīng)的回歸曲線方程，如：

（2）對(duì)冪函數(shù)y=axb（或y=ax-b）（b＞0）對(duì)兩邊取對(duì)數(shù) lny=lna+blnx ，變換為 y′=lny,x′=lnx,a′=lna 則有 y′=a±b′x′；

（3）指數(shù)函數(shù)y=aebx或y=ae-bx（b＞0），兩邊取對(duì)數(shù)lny=lna±bx令y′=lny,α′=lnα，得y′=a′±bx；

（5）對(duì)數(shù)函數(shù)y=a+blnx，變換為x′=lnx，則有y=a+bx′。

4.2 量測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析

量測(cè)當(dāng)天根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選核查后，繪制必測(cè)項(xiàng)目時(shí)間位移曲線，同時(shí)進(jìn)行回歸曲線方程分析。根據(jù)回歸分析處理結(jié)果，及時(shí)預(yù)測(cè)圍巖穩(wěn)定變形結(jié)果，并將結(jié)果及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)隧道施工作業(yè)隊(duì)與設(shè)計(jì)人員，以指導(dǎo)下一步施工作業(yè)。

5 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)分析

本文重點(diǎn)結(jié)合上述理論分析葵壩隧道YK5+295處斷面情況。根據(jù)設(shè)計(jì)，該處圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，圍巖節(jié)理發(fā)育較差，埋深約為24m。根據(jù)采集到的該斷面拱頂下沉位移變形量，依據(jù)Excel繪出拱頂下沉位移與時(shí)間的對(duì)應(yīng)分散點(diǎn)后，繪出相關(guān)圓滑變化曲線，見(jiàn)圖4。

圖4 YK5+295斷面拱頂下沉量累計(jì)曲線（單位：mm）

根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)間位移曲線進(jìn)行回歸分析，確定回歸曲線方程為y=-16818ln(x)+17855，方差為0.657。拱頂24d理論下沉量為22.68mm，30d理論下沉量為24.32mm，預(yù)計(jì)最終沉降量為24.86mm，沉降速率小于0.08mm/d，收斂加速率小于0。依據(jù)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以確定圍巖已基本穩(wěn)定，能夠進(jìn)行二次襯砌。

6 結(jié)論

（1）采用隨時(shí)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，能夠快速準(zhǔn)確地量測(cè)隧道整個(gè)斷面的變形情況，及時(shí)掌握監(jiān)控圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，較好地預(yù)測(cè)了現(xiàn)場(chǎng)圍巖變化情況。

（2）運(yùn)用回歸分析量測(cè)數(shù)據(jù)，可較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)圍巖的最終變形量，評(píng)判圍巖等級(jí)及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)表明葵壩隧道上下臺(tái)階法施工斷面各項(xiàng)位移已達(dá)到預(yù)計(jì)理論位移量的80%～90%，位移速度小于0.10～0.2mm/d、拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d時(shí)，可認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定，可施作二此襯砌。

（3）通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，為新奧法施工、變更設(shè)計(jì)提供理論與現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益，保證了工程的進(jìn)度和質(zhì)量，為深圳類似條件的隧道監(jiān)控量測(cè)提供了理論參考。

[1]TJJ 042—94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]王建宇.隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù)和信息化設(shè)計(jì)[J]，中國(guó)鐵道科學(xué)，1987，2（8）：7-13.

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