■郭琦

（安徽理工大學測繪學院安徽淮南232000）

監(jiān)控量測技術(shù)在隧道預留變形量中的應用

■郭琦

（安徽理工大學測繪學院安徽淮南232000）

隧道施工中，監(jiān)控量測是隧道施工的重要組成部分，通過量測及時收集施工中圍巖變形與支護受力數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)整理分析及時反饋指導開挖施工時的變形量預留，符合圍巖變形的變形量預留可以指導開挖并有效控制隧道襯砌澆筑時的混凝土超方。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)學模型,評價和預測圍巖的穩(wěn)定情況，從而確定合適的預留變形量。

監(jiān)控量測 沉降 周邊位移 收斂 回歸分析 預留變形量

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級圍巖2784.496m，Ⅳ級圍巖947m,Ⅴ級圍巖187m。隧道設(shè)計為雙線隧道，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。拱頂沉降多采用全站儀進行監(jiān)測。

圖1

2.2 監(jiān)控量測點布置

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如圖1，拱頂沉降每個斷面根據(jù)開挖跨度布設(shè)1個測點，周邊位移觀測每個斷面根據(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應布于同一斷面上，并且30米布設(shè)一個斷面。

2.3 數(shù)據(jù)采集

量測點的初讀數(shù)最為重要,一般應在開挖12h內(nèi)或下次爆破前，噴錨支護施作2h后即埋設(shè)測點，并進行第一次量測數(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)故障應及時修理或更換；確認測點是否松動或人為損壞，只有測點狀態(tài)良好時方可進行量測工作。按各項量測操作規(guī)程安裝好儀器儀表，并按相應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表格中及時輸入量測結(jié)果，并利用其圖表功能自動生成曲線圖，能保證量測數(shù)據(jù)與曲線圖同步，更能及時、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，因此對量測數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計學原理進行分析，并以相應的數(shù)學公式進行描述，采用回歸分析對量測數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到、兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系，用這個函數(shù)曲線能代表測試點數(shù)據(jù)的散點分布，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)、對數(shù)和雙曲三種曲線函數(shù)進行線性回歸計算，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：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)后的時間（天）。

（3）線性回歸分析需要分別將三種函數(shù)獨立進行回歸計算，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，按直線方程進行回歸計算，得到直線方程常數(shù)a、b，并計算其相關(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。對三種曲線函數(shù)進行回歸分析后，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的絕對值應大于0.9。其a、b、r的計算公式如下：

（4）根據(jù)回歸分析結(jié)果選定代表測點的曲線方程,并可根據(jù)求導公式計算某一天的位移速率,也可根據(jù)極限公式計算其總位移量,通過代表測點的曲線函數(shù)方程可消除偶然誤差并推斷出圍巖的穩(wěn)定情況，或估計二次襯砌施工的時機。

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

4 綜合應用

在隧道施工中，不同的圍巖采用不同的施工方法，如采用臺階法、側(cè)壁導坑法、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態(tài)的過程，因此要充分應用項目管理理論中動態(tài)控制的原理進行隧道監(jiān)控量測管理，不斷總結(jié)和改進，使監(jiān)控量測更好的指導施工。隧道內(nèi)圍巖是會隨時變化的，因此預留變形量應隨著隧道圍巖變化及監(jiān)控量測數(shù)值分析進行不斷調(diào)整，確保施工安全的同時控制二次混凝土澆筑的方量，將隧道施工與經(jīng)濟效益有機結(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.

[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[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-325-1