隧道監控量測回歸分析淺析

黃烜宇

1 概述

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

2 監測手段

隧道洞內監控量測涉及的內容較多，但較經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 數據處理

3.1 回歸分析

回歸分析是確定兩種或兩種以上變數間相互依賴的定量關系的一種統計分析方法。在隧道監控量測數據分析中主要處理變形量和時間的關系，即是采用u=f(t)函數對采集的位移—時間散點圖進行擬合。鑒于實際監控過程，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:

在隧道監控中的回歸函數多采用以下指數函數:

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據作為算例，表1給出隧道的拱頂下沉測點監測數據。

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

同時得到監測數據期間回歸公式為:

當時間趨于無窮大認為圍巖穩定，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的求解主要通過經驗及數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，依據文獻［5］可取λ=0.286，依據式(4)可得:uc= 37.85 mm，故總位移u=132.34 mm。

可見對于監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合圍巖巖性判斷圍巖穩定性對后期施工具有重要意義。

4 結語

本文主要針對目前隧道施工監控量測數據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)可知及時布設監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.隧道工程監測和信息化設計原理［M］.北京:中國鐵道出版社，1990.

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

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

［4］ 重慶交通科研設計院.公路隧道設計規范［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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