隧道監(jiān)控量測回歸分析淺析

黃烜宇

1 概述

現(xiàn)代隧道的開挖主要采用新奧法，提到新奧法就無法避免監(jiān)控量測的討論，監(jiān)控量測這個名詞在隧道工程中出現(xiàn)的頻率很高。但隧道工程師理解監(jiān)控量測的含義各有千秋，有人認為監(jiān)控量測只是科研的一種手段，持這種觀點的不在少數(shù)。由于隧道圍巖的極其不確定性，從理論上很難準確計算圍巖的變形情況，可見監(jiān)控量測不僅可以第一時間判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性，也可測量出圍巖的變形情況。由于監(jiān)控量測采集數(shù)據(jù)的局限性，布置測點之前既有部分位移發(fā)生，故需要一定的數(shù)值分析方法計算圍巖總的變形量即預(yù)測累計變形量。常用的數(shù)值分析方法多采用回歸分析［1-3］。

2 監(jiān)測手段

隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測涉及的內(nèi)容較多，但較經(jīng)濟及直觀的有周邊位移收斂和拱頂下沉，此兩項主要量測隧道圍巖的位移變化情況。監(jiān)測儀器主要有收斂計、水平儀和全站儀，其中收斂計和水平儀屬于接觸式測量，受隧道施工干擾較大，全站儀屬于非接觸式量測，受隧道施工干擾較小［4］。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 回歸分析

回歸分析是確定兩種或兩種以上變數(shù)間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計分析方法。在隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析中主要處理變形量和時間的關(guān)系，即是采用u=f(t)函數(shù)對采集的位移—時間散點圖進行擬合。鑒于實際監(jiān)控過程，隧道圍巖實際變形主要分為兩個部分:圍巖開挖前的位移uc和圍巖開挖后的位移ut，其中圍巖開挖后的位移ut又分為可量測位移u1和受施工因素不可量測位移u2。故圍巖總位移u可用以下公式表示:

在隧道監(jiān)控中的回歸函數(shù)多采用以下指數(shù)函數(shù):

3.2 實例分析

通過廈漳高速公路擴建工程丹坑隧道實測數(shù)據(jù)作為算例，表1給出隧道的拱頂下沉測點監(jiān)測數(shù)據(jù)。

由表1可知掌子面開挖滯后第三天開始采集數(shù)據(jù)，即開挖后三天變化量為測得。通過origin數(shù)據(jù)處理軟件繪制出實測曲線和回歸分析曲線關(guān)系，見圖1。

同時得到監(jiān)測數(shù)據(jù)期間回歸公式為:

當時間趨于無窮大認為圍巖穩(wěn)定，即可量測的最大值為A= 86.48 mm。

通過式(3)可得掌子面開挖滯后三天內(nèi)的變化量為:

掌子面圍巖開挖后拱頂沉降變化量u1+u2=94.49 mm。

3.3 總位移求解

由式(1)可知:求得總位移需計算出掌子面圍巖開挖前圍巖的變形量uc，uc的求解主要通過經(jīng)驗及數(shù)值方法計算其與掌子面圍巖開挖后拱頂沉降變化量(u1+u2)的關(guān)系:

式(4)中λ表示掌子面圍巖開挖前圍巖的變形量uc占總位移u的比例，依據(jù)文獻［5］可取λ=0.286，依據(jù)式(4)可得:uc= 37.85 mm，故總位移u=132.34 mm。

可見對于監(jiān)控量測可測得位移變形只有u1=86.48 mm，其實圍巖總位移變形達到u=132.34mm，通過分析圍巖總位移變形量結(jié)合圍巖巖性判斷圍巖穩(wěn)定性對后期施工具有重要意義。

4 結(jié)語

本文主要針對目前隧道施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析隧道圍巖開挖三個時間段圍巖位移的不同求解方法，并通過實例給出求解過程，監(jiān)測期間測得變形量只是圍巖總位移的一部分，同時從公式u=A(1-eBt)可知及時布設(shè)監(jiān)測測點可以更好的反映隧道圍巖實際的變形情況。

［1］ 王建宇.隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計原理［M］.北京:中國鐵道出版社，1990.

［2］ 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

［3］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］ 重慶交通科研設(shè)計院.公路隧道設(shè)計規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］ 王建宇.對隧道工程中監(jiān)控量測問題的討論［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(sup):7-14.