高海東 楊志鵬

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術學院，甘肅 天水 741020）

采用新奧法修建的隧道，其最大特點是把監(jiān)控量測引入到隧道施工中，將其作為一個不可缺少的環(huán)節(jié)予以實施，就是通過觀察、量測等得到的資料對已開挖的區(qū)間和掌子面未開挖的前方的圍巖狀況進行預測，并將結果反饋到施工過程中[1]。雖然我國早已引入監(jiān)控量測技術及方法，由于工程人員對經驗法的依賴，重視程度不夠，造成施工中實施的力度不夠，不能充分發(fā)揮應有的指導作用，量測數據的分析處理方法不完善及如何應用也是重要的原因之一[2]。

1 工程概況及施工方法

寶蘭客專某隧道先后下穿藉河河谷區(qū)及兩岸黃土覆蓋的低山區(qū)，該隧道洞身及淺埋段地層主要為第四系全新沖洪積黏質黃土、粉質黏土等，所處區(qū)內構造運動較為活躍，表現(xiàn)為藉河兩岸山坡侵蝕強烈，高差達100～300m，第三系地層整體抬升并微向北傾。隧道水文地質條件復雜，通過區(qū)域地層巖性變化較大，涌水量較大，此外大部分位于城區(qū)地下，具有下穿河流、城市建筑物、通過液化氣站及液化氣管道等多種高風險點，所以該隧道被業(yè)內專家譽為“大斷面城市地鐵”[3]。

該隧道在施工中采用三臺階七步開挖法。這種方法在較軟地層開挖過程中施工空間相對較大，可以多作業(yè)面平行施工，盡量縮短臺階長度，確保初期支護盡快閉合成環(huán)，襯砌及時跟進，及早形成支護體系。

2 隧道監(jiān)控量測方案

本隧道施工中，根據施工組織計劃，監(jiān)控量測選用的測試項目為必測項目，如表1所示。

3 隧道監(jiān)控量測信息應用

3.1 監(jiān)控量測數據的初步處理

首先要對數據進行校核和整理。將同一量測點的數據與上次數據分析對比，相互印證，以便于確認量測數據是否可靠，如有異常需增加量測次數。根據量測頻率，每次量測后及時對數據進行整理，包括量測數據的記錄、計算、誤差處理等，完成監(jiān)控量測外業(yè)記錄表。

表1 監(jiān)控量測項目表

3.2 根據量測數據繪制時態(tài)曲線

根據隧道監(jiān)控量測所得數據繪制位移s ，位移速度v與時間 t的關系曲線圖，通過s-t，v-t曲線的形態(tài)可以較直觀看出隧道圍巖位移變化的情況，并可對圍巖是否趨于穩(wěn)定或是否有異常狀況進行初步判斷[4]。推算出圍巖最終位移，并掌握位移變化的規(guī)律，以某斷面為例。

3.3 采用曲線回歸分析法處理數據

根據規(guī)范要求，可采用曲線回歸分析法對量測數據進行處理及分析，得到描述s、t兩個變量間關系的回歸曲線函數，來表征量測數據點的分布規(guī)律，并通過公式推算出將來s變量在不同t值情況下的大小及變化速率，最終確定s的極限值。根據《鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)范》（Q/CR9218-2015）要求，隧道施工時，能代表隧道監(jiān)控量測數據散點分布規(guī)律的曲線主要有指數、對數和雙曲線3種模型。實際選用相關系數最高的指數函數作為代表函數。

式中：s 為累計位移值 （mm），t為初讀數后的時間（d），A、B為函數常數。

因指數函數回歸模型不是線性回歸，需采用變量換元法。通過對（1）式的兩邊分別取對數，則公式轉換成：

圖1 位移-時間（s-t）曲線

圖2 位移速度-時間（v-t）曲線

設ln s為y，設（1/t）為x，設ln A為C，則上述函數變成線性模型：

根據換元法，計算周邊位移數據，繪制得到線性回歸曲線，如圖3所示。

圖3 線性回歸曲線圖

由圖3得出線性回歸方程式：y=-0.3918x+4.0055，相關系數R2為0.9981，由相關系數可知，回歸相關性強，精度較高。

根據線性回歸方程，可計算得出：B=0.3918，由lnA=C=54.90。

將A、B值帶入公式（1）中，得出指數曲線模型為：由公式（4），結合位移-時間曲線對比線性回歸曲線，對比情況見圖4。

4 量測結果的分析與應用

4.1 拱頂下沉最大位移值分析

在第2天時，實際測點的位移值45.3mm（理論分析最大值的80%），即可進行隧道二次襯砌的施工。通過實測可以看到隧道拱頂下沉量測接近于50mm時趨于穩(wěn)定，可降低量測頻率；通過曲線回歸分析，我們可以看到回歸曲線最終的位移值是54.90mm。通過圖4我們可以看到在時間為3d時，拱頂下沉量測值已趨于穩(wěn)定，說明設計的施工參數合理，施工安全。

圖4 拱頂下沉曲線量測與回歸分析曲線圖

4.2 施工建議

在施工中，設計圖紙未直接標注出支護結構預留變形量的大小，針對大斷面鐵路隧道存在較多的不安全因素，施工單位為了保證工程質量，選用的預留變形為15～25mm，與實際量測和理論分析的結果差距較大（實際與理論最終位移為54.90mm[5]）。如實際變形小，預留變形量大，為保證隧道凈空的需要，易造成隧道實際開挖量增大，外運土方量增加，隧道二次襯砌厚度變大，工程成本不斷上升，對施工單位影響較大。因此，選擇一個合理的預留變形量對控制隧道工程成本至關重要。

5 結語

隧道從開挖到初期支護的穩(wěn)定，變形量的大小直接影響工程的質量和安全，應根據要求，選擇有經驗并負責的測量小組負責監(jiān)控量測工作，加強隧道內量測布點及數據采集的規(guī)范性。數據采集后應及時整理、分析，通過繪制時態(tài)曲線、回歸分析，甚至數值模擬等方式形成結論，及時反饋給工程技術人員，從而真正體現(xiàn)出隧道的“動態(tài)施工”，保證隧道的安全。