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

        2020-07-14 00:47:30
        山西建筑 2020年14期
        關(guān)鍵詞:測數(shù)據(jù)測點斷面

        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樁號K79+450~K80+130,全長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。隧道圍巖等級主要為Ⅲ級圍巖,個別地段為Ⅳ級,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)定性相對較好。為檢驗隧道圍巖的穩(wěn)定性,在施工過程中開展監(jiān)控量測。以周邊位移監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究對象,對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,繪制變形曲線,對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)場監(jiān)控量測方案

        2.1 測點布設(shè)

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

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

        2.2 監(jiān)測頻率

        隧道監(jiān)控量測必測項目的監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)測點位移變化速度、與開挖面距離確定,并取二者頻率大的作為實際量測頻率。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,圍巖變形較大時,應(yīng)適當(dāng)增加量測次數(shù),隧道周邊位移量測頻率選擇標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

        表1 隧道周邊位移量測頻率選擇標(biāo)準(zhǔn)

        3 隧道量測數(shù)據(jù)分析與圍巖穩(wěn)定性分析

        3.1 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析

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

        表2 隧道周邊位移量測數(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

        對隧道監(jiān)控量測數(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)控量測數(shù)據(jù)在采集過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性,所繪制的變化曲線不規(guī)則,必須進(jìn)行處理?,F(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)、對數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)。通過對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析,擬合后確定數(shù)據(jù)變化趨勢,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數(shù)據(jù),分析累計位移值—時間曲線,對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和回歸分析,分析隧道周邊位移隨時間變化規(guī)律,確定最終位移值。通過對表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)測數(shù)據(jù)回歸分析與擬合結(jié)果

        3個回歸方程中對數(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,量測斷面周邊位移量測值明顯降低,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,滿足二次襯砌施工的基本要求。

        計算對數(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,說明周邊位移變化情況滿足規(guī)范要求。結(jié)合其他幾項必測項目量測結(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

        文章結(jié)合岢臨高速公路龍王廟隧道施工監(jiān)控量測實踐,采用最小二乘法K79+600斷面隧道周邊位移量測數(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數(shù)據(jù)和累計位移值—時間變化曲線,前5 d增長速度較快,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,說明隧道周邊位移變形已趨于穩(wěn)定;

        2)根據(jù)量測數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果,觀測期內(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,說明隧道圍巖變形穩(wěn)定,可進(jìn)行二次襯砌施工。

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