田慶， 李官群

(1.保靖縣農(nóng)村交通建設(shè)技術(shù)咨詢服務(wù)站， 湖南 保靖 416000；2.保靖縣交通運輸局， 湖南 保靖 416000)

山嶺隧道最常見的施工方法是新奧法，其主要思想是充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，開挖后進行打錨桿和噴射砼，使其有機結(jié)合形成初期支護約束圍巖變形，同時在相應(yīng)位置布置觀測點進行施工監(jiān)測，為安全施工提供依據(jù)。文獻[1]通過線性回歸分析了圍巖的變化情況，得出前7 d為圍巖變形增長速度較快的階段，圍巖整個變形周期為20多 d。文獻[2]通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的線性回歸分析，得到采用三次多項式對周邊圍巖與時間的關(guān)系、拱頂下沉與時間的關(guān)系有著較好的擬合性。文獻[3-5]對隧道監(jiān)控量測進行研究，積累了大量數(shù)據(jù)處理方法，可為不同地質(zhì)情況提供圍巖穩(wěn)定性分析方法。該文以湖南G209、S318保靖龍溪至遷陵公路上屋場坪隧道為工程背景，對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)值回歸分析，分析圍巖變形規(guī)律。

1 工程概況

屋場坪隧道起訖里程為K10+655—K11+473，全長818 m，設(shè)計標高為297.15～273.43 m。全線位于直線段，路拱橫坡為1.5%，縱斷面(進口至出口方向)均為-2.9%下坡。隧道區(qū)屬于侵蝕剝蝕丘陵地貌，隧道穿越一個丘陵體，該丘陵體地面標高為296.23～494.21 m，相對高差197.98 m。隧道最大埋深約208.66 m。

2 監(jiān)控量測方法

根據(jù)JTG F60-2009《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》，隧道施工中的必測項目有洞內(nèi)外觀察、周邊位移、拱頂下沉和地表下沉。洞內(nèi)觀察主要是在掌子面開挖過程中，結(jié)合工程地質(zhì)資料對掌子面前方和開挖面初期支護周圍的掌子面巖性、巖體結(jié)構(gòu)、有無不良地質(zhì)構(gòu)造及地下水發(fā)育等進行觀察，確保施工安全性。地表下沉主要是在進、出口段進行加強量測的項目，該隧道的觀察點設(shè)置在K10+990，距離進口有335 m，地表沉降影響特別小，故對地表下沉不進行詳細分析，主要分析周邊位移、拱頂下沉情況，監(jiān)測斷面布置見表1。

表1 周邊位移、拱頂下沉監(jiān)測斷面布置間距 m

2.1 周邊圍巖收斂監(jiān)測

預(yù)埋掛鉤，噴完砼后，采用JSS30A型數(shù)顯式收斂計測量周邊圍巖位移。為消除鋼尺松緊程度所帶來的測量讀數(shù)誤差，在其豎向指標指到第3條格時開始讀數(shù)，每次讀數(shù)進行3次，分別為第3條格微左、中、微右，取3次讀數(shù)的平均值作為測量結(jié)果。按下式對周邊位移測量數(shù)據(jù)進行溫度修正，得到實際水平收斂值：

u=ui+αL(tw-t0)

(1)

式中：u為實際收斂值；ui為收斂計讀數(shù)平均值；α為收斂計系統(tǒng)溫度線脹系數(shù)；L為基線長；tw、t0分別為收斂計觀測時、標定時環(huán)境溫度。

2.2 拱頂下沉監(jiān)測

采用精密水準儀進行拱頂下沉監(jiān)測。在洞內(nèi)找一個永久點并確定其坐標，把5 m長塔尺掛到預(yù)埋的掛鉤上進行測量。按下式計算拱頂標高：

h=Oz+h1+(H-h2)

(2)

式中：h為實測拱頂標高；Oz為后視點z坐標；h1為后視點讀數(shù)；H為塔尺總長度；h2為前視點讀數(shù)。

3 施工監(jiān)控數(shù)據(jù)及回歸分析

3.1 現(xiàn)場施工監(jiān)控數(shù)據(jù)

主要對Ⅴ級圍巖K10+990斷面所測數(shù)據(jù)進行分析，測量結(jié)果見表2。

表2 K10+990斷面周邊位移和拱頂沉降測量結(jié)果

3.2 數(shù)值回歸分析

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析可預(yù)測周邊位移、拱頂下沉最終值和各階段圍巖變形變化速率，為二次襯砌施作提供合理時機。借助MATLAB軟件進行回歸分析。目前數(shù)據(jù)擬合處理的主要函數(shù)有指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、雙曲線函數(shù)，其表達式見式(3)～(5)。

u=a?e-b/t

(3)

u=a+b/ln(t+1)

(4)

u=t/(a+b?t)

(5)

式中：u為位移值(mm)；a、b為回歸常數(shù)；t為初讀數(shù)后的時間(d)。

采用3種函數(shù)進行回歸分析，取相關(guān)系數(shù)最接近于1的曲線方程作為回歸分析擬合函數(shù)，回歸分析結(jié)果見表3。

表3 3種函數(shù)回歸分析結(jié)果

由表3可知：指數(shù)函數(shù)的相關(guān)系數(shù)最高，其擬合程度最高，表明采用指數(shù)函數(shù)可更好地擬合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，達到滿意的預(yù)測結(jié)果。指數(shù)函數(shù)回歸曲線見圖1、圖2。

圖1 水平收斂-時間回歸曲線

圖2 拱頂沉降-時間回歸曲線

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)JTG F60-2009《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》，圍巖變形達到基本穩(wěn)定時，其收斂量應(yīng)達到最大值的80%～90%。當圍巖趨于穩(wěn)定時，便可施作二次襯砌。對指數(shù)函數(shù)進行回歸方程求極限，得到監(jiān)測斷面的最終位移值，其中水平收斂為：

拱頂沉降為：

30 d的拱頂沉降收斂度為14.99/17.963 3=83.4%，水平位移收斂度為3.16/3.646 1=86.6%，每天的增量都低于0.1 mm/d，表明監(jiān)測斷面支護合理，圍巖變形已趨于穩(wěn)定，可施作二次襯砌。

4 結(jié)語

以屋場坪隧道為工程背景，采用最小二乘法原理對施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行回歸分析，得出指數(shù)函數(shù)擬合度最高。通過指數(shù)函數(shù)進行最終沉降量計算，判斷該隧道30 d時圍巖變形已超過80%，趨于穩(wěn)定，可施作二次襯砌。

施工監(jiān)控量測作為新奧法施工的重要法寶之一，其數(shù)據(jù)處理非常重要。現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)難免因為各種原因存在數(shù)據(jù)離散和誤差，需對其進行回歸處理，通過回歸分析準確地預(yù)測隧道支護安全狀況，確保施工安全。