摘 要：隧道高地應(yīng)力區(qū)的施工風(fēng)險較高，但在該區(qū)域的監(jiān)控量測技術(shù)尚未有明確的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要探索隧道高地應(yīng)力區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控量測技術(shù)。本文依托池祁高速公路某特長隧道工程，基于該隧道高地應(yīng)力區(qū)和非高地應(yīng)力區(qū)的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，對比分析兩處的拱頂沉降、周邊收斂的變化規(guī)律；采用回歸分析對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出隧道高地應(yīng)力區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控量測技術(shù)及其數(shù)據(jù)處理方法。研究結(jié)果表明：隧道高地應(yīng)力區(qū)監(jiān)測量測結(jié)果與非高地應(yīng)力區(qū)具有明顯差異，應(yīng)該根據(jù)隧道地應(yīng)力分布情況加強(qiáng)高地應(yīng)力區(qū)的監(jiān)控量測；二次多項式對隧道拱頂沉降和周邊收斂變化具有較好的擬合效果。

關(guān)鍵詞：特長隧道，高地應(yīng)力，監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化，回歸分析

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.12.030

0 引 言

隧道工程施工風(fēng)險等級較高，尤其是在深埋段的高應(yīng)力區(qū)，隧道開挖過程中易產(chǎn)生巖爆或大變形[1]。隧道監(jiān)控量測是指導(dǎo)隧道安全施工，了解隧道與圍巖變形協(xié)調(diào)情況的重要手段。為了更精確地掌握隧道施工圍巖的動態(tài)變化，判定其穩(wěn)定性，在隧道施工過程進(jìn)行科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)控量測技術(shù)研究具有重要的意義[2]。

監(jiān)控量測是隧道新奧法施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，國內(nèi)外專家和工程技術(shù)人員針對隧道監(jiān)控量測指標(biāo)、監(jiān)測技術(shù)、監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)處理方法開展了大量的研究。近年來，隨著監(jiān)控量測技術(shù)的發(fā)展，新型監(jiān)測技術(shù)、隧道監(jiān)控量測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范均得到了完善。其中，甘淇勻[3]總結(jié)分析了國內(nèi)外隧道監(jiān)控量測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出監(jiān)控量測技術(shù)應(yīng)該更加系統(tǒng)化、整體化和智能化。于維剛[4]認(rèn)為現(xiàn)行規(guī)范對部分測試項目的預(yù)警閥值未明確規(guī)定，從概率統(tǒng)計角度對已有監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，提出了監(jiān)測預(yù)警閾值。秦海超[5]以鶴大高速某隧道監(jiān)控量測技術(shù)為例，從監(jiān)測方案、監(jiān)控量測管理、數(shù)據(jù)處理等方面提出了隧道監(jiān)控量測的關(guān)鍵要點。同時，我國針對隧道監(jiān)控量測也出臺了相應(yīng)了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，例如，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范以及地方出臺的公路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程等[6-7]。但是，隧道的地質(zhì)條件復(fù)雜，現(xiàn)有隧道施工針對高地應(yīng)力區(qū)施工的監(jiān)控量測技術(shù)仍未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理方法。因此，本文依托池祁高速某特長隧道，總結(jié)分析了隧道高地應(yīng)力區(qū)的監(jiān)控量測技術(shù)，對比分析了高地應(yīng)力區(qū)與非高地應(yīng)力區(qū)的變形規(guī)律，然后采用回歸分析提出了監(jiān)測量測數(shù)據(jù)的預(yù)測模型，所得方法和結(jié)論可為隧道高地應(yīng)力區(qū)災(zāi)害防控及圍巖變形預(yù)測提供參考。

1 隧道高地應(yīng)力區(qū)監(jiān)控量測

1.1 工程概況

德州至上饒高速公路池州至祁門段某特長隧道長4326 m，為分離式隧道，左右隧洞凈距約20 m。隧址地勢總體特征為南高、北低，地形起伏較大，地面標(biāo)高在19～1075 m。隧道埋深最大區(qū)域穿越中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，巖體完整，最大埋深約為740 m，位于高應(yīng)力區(qū)，存在巖爆或大變形風(fēng)險。因此，研究選取該隧道為研究對象，對隧道高地應(yīng)力區(qū)和非高地應(yīng)力區(qū)開展監(jiān)控量測，分析高地應(yīng)力區(qū)與普通區(qū)域的差異性。

1.2 監(jiān)控量測方案

隧道深埋段主要采用兩臺階法施工，根據(jù)JTG/T 3660-2020《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，監(jiān)控量測方案設(shè)計采用臺階法測點布置，設(shè)置上、下臺階周邊收斂測點和拱頂沉降測點。其中，上下臺階周邊收斂測線分別為A-A和B-B，拱頂沉降測線位C-C，測點布置如圖1所示。

1.3 監(jiān)控量測結(jié)果

隧道施工監(jiān)控量測的目的是為了判斷隧道圍巖變形是否趨向穩(wěn)定，通過對原始監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的處理，繪制出監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的時程曲線，可以了解隧道時空狀態(tài)，從而判斷圍巖的變形趨勢。

選取隧道左洞監(jiān)控量測結(jié)果為研究對象，左洞樁號區(qū)間為Z K 6 9 + 4 9 1～Z K 7 1+ 3 6 0，其中ZK69+491～ZK70+355區(qū)域為高地應(yīng)力區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制時間曲線圖。左洞各測點的累積變化監(jiān)測結(jié)果如圖2、圖3所示。

由圖2和圖3可知，隧道高地應(yīng)力區(qū)ZK69+491～ ZK70+355的圍巖累積變形均大于非高應(yīng)力區(qū)，而且當(dāng)圍巖累積變形值出現(xiàn)大規(guī)模的攀升和持續(xù)出現(xiàn)在高位時，表明隧道開挖已經(jīng)從非高地應(yīng)力區(qū)向高地應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)變，施工中應(yīng)注意巖爆和大變形災(zāi)害的發(fā)生。

為了對比分析兩處的變化差異，選取高應(yīng)力區(qū)段斷面ZK70+352和非高應(yīng)力區(qū)段ZK71+122各個位置累積變形隨監(jiān)測次數(shù)的曲線進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4中，位于高應(yīng)力地區(qū)的ZK70+352與非高應(yīng)力區(qū)ZK71+122的測點變形規(guī)律存在明顯差異。由于高地應(yīng)力的存在，導(dǎo)致隧道開挖后高地應(yīng)力區(qū)的圍巖拱頂沉降速率和穩(wěn)定后的累積變形值明顯大于非高應(yīng)力區(qū)，甚至達(dá)到了兩倍之多。上、下臺階的周邊收斂變化情況與拱頂沉降存在不同，上臺階與拱頂沉降變化基本一致，表現(xiàn)為高地應(yīng)力區(qū)的周邊收斂變化大于普通區(qū)域，而下臺階的兩處測點變化基本相同。這是由于高地應(yīng)力區(qū)在隧道開挖后地應(yīng)力對隧道圍巖的作用進(jìn)行了重分布，本文研究的隧道主要受到自重應(yīng)力的影響，因此拱頂沉降的變形表現(xiàn)得更為明顯。

2 數(shù)據(jù)處理

在隧道監(jiān)控量測中，各項指標(biāo)數(shù)值是隨著時間增加而累積的，檢測數(shù)據(jù)會以累計變形量隨時間變化的時程曲線呈現(xiàn)。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)由于檢測誤差影響，往往具有一定的離散型。如果直接使用離散的數(shù)據(jù)，將不能清晰地發(fā)現(xiàn)監(jiān)控量測項目數(shù)值的變化規(guī)律。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理一般使用與實際測試數(shù)據(jù)變化趨勢一致、數(shù)值大小相近的函數(shù)去擬合相應(yīng)的時程曲線?；貧w曲線能夠正確反映實際情況，具有一定的函數(shù)規(guī)律，便于描述與計算。

為了對隧道拱頂下沉、周邊收斂進(jìn)行有效的評價和預(yù)測，本文基于隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得與真實值偏差較小的擬合函數(shù)，為判斷變形量變化趨勢提供依據(jù)。

以高地應(yīng)力區(qū)Z K70 +352處的隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。本文回歸方程選取常見的二次多項式、指數(shù)函數(shù)，擬合過程是采用最小二乘法不斷逼近實測曲線的一個反復(fù)試算過程。擬合方程與擬合優(yōu)度R 2值如表1所示。

根據(jù)表1中的擬合結(jié)果，二次多項式的R 2值均為0.99以上，而指數(shù)函數(shù)擬合的R 2值在0.83左右。表明采用二次多項式的擬合度和相關(guān)性更高，在高地應(yīng)力區(qū)的拱頂沉降和周邊收斂變化趨勢滿足二次多項式變化規(guī)律。因此，依托隧道圍巖變形監(jiān)測值采用二次多項式回歸分析，能夠更好地反演回歸方程的預(yù)測結(jié)果，本次回歸分析所得的回歸方程對隧道掌子面圍巖情況預(yù)測具有一定的參考性。

3 結(jié) 語

本文基于池祁高速公路某隧道工程，對比分析了高地應(yīng)力區(qū)和非高地應(yīng)力區(qū)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)變化規(guī)律，建立了監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的回歸分析模型，主要得出以下結(jié)論：

（1）在高地應(yīng)力的影響下，隧道開挖后的高地應(yīng)力區(qū)比非高地應(yīng)力區(qū)變形速率和累積變形更顯著，隧道施工應(yīng)根據(jù)地應(yīng)力分布情況加強(qiáng)高地應(yīng)力區(qū)的監(jiān)控量測。

（2）二次多項式對高地應(yīng)力區(qū)的隧道拱頂沉降和周邊收斂數(shù)據(jù)具有較好的擬合效果，可采用二次多項式擬合函數(shù)對高地應(yīng)力區(qū)的圍巖變形趨勢進(jìn)行預(yù)測和判斷。

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作者簡介

陳探，本科，工程師，研究方向為公路工程施工與設(shè)計。

（責(zé)任編輯：袁文靜）