高速公路隧道施工監控拱頂變形特性

戴光明

(湖南省交通規劃勘察設計院，湖南 長沙　410008)

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高速公路隧道施工監控拱頂變形特性

戴光明

(湖南省交通規劃勘察設計院，湖南 長沙410008)

摘要：對湖南某高速公路某隧道Ⅴ級圍巖施工監控量測拱頂下沉數據的統計分析，發現基本穩定后的拱頂下沉數據符合對數正態分布。通過對數據的計算，推導出其對數正態分布的密度函數公式，計算出下沉特征值的概率，了解了整體巖體的周邊位移變化特性，對隧道預留變形設計修正提供參考。

關鍵詞：Ⅴ級圍巖；拱頂下沉；對數正態分布；概率

1概述

隧道施工監控拱頂下沉速率及累計下沉量受圍巖級別、應力、地下水等各種因素的影響，掌握圍巖拱頂下沉特性，能夠整體把握圍巖的狀況。湖南省某高速位于湖南東部山區，共有6座隧道，隧道段內地形起伏較大，山高坡陡。隧道圍巖為強～弱風化板巖。灰黃色、褐黃色，巖石風化強烈，巖質極軟，節理裂隙發育，裂隙面上可見泥質及褐紅色鐵錳質物充填，巖石破碎，地下水為基巖裂隙水，水量較小。其中某隧道凈空寬11.0 m，高8.75 m，單洞長1 635 m，其中Ⅴ級圍巖單洞長度821 m，隧道洞身埋深50～200 m。

2數據采集

2.1隧道拱頂下沉監測方法

按照《公路隧道施工技術細則》JTG F60-2009及設計文件要求對拱頂下沉監測點進行埋設。測量時可在洞內固定點設置臨時水準點高程，再由內空臨時水準點起測量拱頂下沉預埋件高程，通過計算前、后兩次拱頂下沉預埋件高程的變化值即可算得拱頂下沉值。測試方法示意圖如圖1所示。

圖1　拱頂下沉測試方法示意圖

2.2監測數據及穩定判斷

對拱頂下沉監測數據進行連續測量并計算，繪制累計下沉量—時間函數曲線，如圖2。當下沉量變形速率小于0.2 mm/d或變形速率逐漸下降,即<0時，判斷為拱頂下沉基本穩定。

根據某隧道開挖實際情況，結合監控量測技術要求，對昌蒲嶺3#隧道Ⅴ級圍巖拱頂下沉共監測了47個斷面，基本穩定后的監測原始數據見表1。

圖2　累計下沉量—時間函數曲線

序號監測斷面累計下沉值/mm序號監測斷面累計下沉值/mm序號監測斷面累計下沉值/mm1YK38+89124.9917ZK39+1455.9633ZK39+1452.852YK38+92711.1518ZK39+15017.5534ZK39+1503.053YK38+9487.9919ZK39+1607.2735ZK39+1603.044YK38+97516.420ZK39+17020.3836ZK39+1703.555YK38+99725.3121ZK39+20017.6637ZK39+2002.846YK39+04810.4722ZK39+21012.6538ZK39+2102.87YK39+1722.6523ZK39+22015.1639ZK39+2202.88YK39+1971.724ZK39+2308.1140ZK39+2301.589YK39+6106.225ZK39+2408.441ZK39+24013.1410YK39+82010.6926ZK39+2507.6242ZK39+2502.5311YK39+8813.0227ZK39+2604.5143ZK39+2602.3712YK39+9294.8128ZK39+2700.9544ZK39+2703.2113YK39+9415.929ZK39+2801.9645ZK39+2805.9214YK40+3544.0330ZK39+2901.7646ZK39+2908.3415YK40+4062.7731ZK39+3002.1147ZK39+30012.6316YK40+4222.8932ZK39+3203.42

3數據的處理及分析

3.1數據的數理統計

從表1中可以看出累計下沉值比較凌亂，大小不一。但是把數據作為一個整體來考慮，把所有數值以某個數值段分類，則可得出數值在各個值段的個數。數值段的個數稱為組數，每個值段包含的數值個數稱為頻數。各值段頻數結果見表2。

3.2繪制頻數直方圖

《公路隧道設計規范》JTG D70-2004規定，對于兩車道ⅴ級圍巖隧道預留變形量為80～120 mm，圍巖完整取小值，圍巖破碎取大值，根據實際情況，這里預留變形量U0取100 mm。

《公路隧道施工技術細則》JTG/T F60-2009位移等級管理中，U<(U0/3),可正常施工；(U0/3)≤U≤(U02/3)應加強支護；U>(U02/3)應采取特殊措施。

因此，可對(U0/3)、(U02/3)及最大累計下沉量25.31 mm進行概率計算，通過計算可得：

P(0

P(0

P(0

通過拱頂下沉量概率計算，表明拱頂穩定下沉量大于25.31 mm、33.3 mm、66.6 mm的概率分別為9.9%、6.4%、1.8%。說明隧道各處累積下沉量小于25.31 mm的概率為90.1%，因此設計預留變形量80～120 mm變大，可以據此對隧道預留變形量進行變更設計，對隧道的二次支護時間及施工進度進行合理調整。

表2　累計下沉量數值段頻數統計表

4結束語

通過對隧道拱頂累積下沉量的數理統計分析，了解了累積下沉量具有對數正態分布變形特性。對不同累積下沉量的概率計算，可以對隧道圍巖的變形特性進行整體把握，從而對隧道預留變形量進行變更設計，對隧道的二次支護時間及施工進度進行合理調整。對類似圍巖特征的隧道開挖具有參考作用。

參考文獻：

[1]盛驟，謝式千，潘承毅.概率論與數理統計·4版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃運飛，馮 靜.計算工程地質學[M].北京：兵器工業出版社，1992.

[3]中華人民共和國交通運輸部.公路隧道施工技術規范(JTG F60-2009)[S].北京：人民交通出版社，2009.

[4]中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設計規范(JTG D40-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

Analysis on monitoring vault deformation characteristics in highway tunnel construction

DAI Guang-ming

(Transportation Planning Survey and Design Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410008，China)

Abstract:By the statistical analysis of certain expressway certain tunnel V level surrounding rock construction monitoring measurement vault settlement data in Hunan province, it was found that the basic stable vault settlement data accord with logarithmic normal distribution. By calculation of data, which can derive the density function formula with logarithmic normal distribution, calculate the probability of settlement eigenvalue, investigate the peripheral displacement change characteristic of whole rock, and provide reference of design correction of tunnel reservation deformation.

Keywords:V level surrounding rock; vault settlement; logarithmic normal distribution; probability

中圖分類號：U450

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0116-02

作者簡介：戴光明(1969-)，男，湖南隆回人，工程師，主要從事公路材料、橋梁、隧道等交通土建工程試驗檢測與研究。

收稿日期：2015-05-28