新奧法隧道監控量測數據的回歸分析及應用探討

彭夔 楊德忠

摘要：本文以貴州省的某隧道監控量測來作為工程實例，應用Origin軟件來建立相關的回歸模型，并且根據回歸系數來確立可用的回歸模型，同時根據工程的實際數據來對其進行處理與擬合，對隧道變形進行預測、更好的去判斷隧道的開挖以及支護的方式是否合理，并且去選擇一個最合適的二次襯砌來作為施作的最佳時機。

關鍵詞：新奧法隧道監控;量測數據;回歸分析

在現階段我國進行隧道工程的時候多以新奧法來作為最基礎的施工方法進行施工。在利用新奧法來進行隧道施工的過程中，對于隧道周圍的圍巖變形進行監控量測是十分重要的一件事，需要對這些監測數據進行整理、分析，以此來更好的去確定在隧道工程中二次襯砌的施工時間。在利用監控量測數據進行整理和分析的過程中，要求數據本身具有及時性、直觀性以及科學性，這樣才可以有效的減小誤差的出現。對監測數據間分析的時候，一般情況下所選擇的分析方式就是圖示法，利用這種方式可以更好的對數據的走向進行分析，能夠客觀的反映出數據自身的變化同時，也可以利用數據來有效的建立出一個合適的模型。

1.回歸分析步驟

在對隧道工程進行回歸分析的過程中，需要做到以下幾點：第一，根據工程的實際情況來定回歸分析的時間范圍以及相關的監測數據;第二，對隧道工程中的原始數據首先進行相關的預處理，在進行預處理的過程中剔除個別的、明顯的出現異常的點，并且根據預處理后的數據來繪制散點圖;第三，在進行數學函數模型的形成和整理的過程中，可以利用Origin這一軟件，根據所選擇和匹配的數據來進行散點圖的模擬形成;第四，根據散點圖和相關的數學函數模型來繪制相關的模擬曲線，同時結合adj.r square等等相關的系數，來進行模擬效果的分析，最終來確定出最為合適的回歸模型。

2.位移量測以及相關數據的采集

2.1凈空收斂的量測

在進行數據的采集過程中必須要進行采集的數據之一就是凈空收斂，對這一數據進行測量可以直接的、準確的反映出圍巖周圍自身的應力狀態以及相關的變化情況，同時這一數據也可以作為隧道工程其自身是否處于穩定狀態的判斷依據，利用這一數據來有效的去確定隧道工程的二次襯砌的支護的時間。在進行測量的過程中，所選擇的測量儀器為SWJ-IV型的隧道周邊位移收斂計。

2.2拱頂下沉的量測

在進行數據的采集過程中，采集拱頂下沉其主要的目的就是利用這一數據來更好的了解隧道自身拱頂下沉的絕對值以及在實際工作的過程中隧道斷面的變形情況，以此來判斷隧道工程中拱頂的穩定性，利用這一數據可以有效的預防塌方。在實際進行隧道工程的工作過程中所采用的是高精度的水準儀和塔尺以及掛尺。利用拱頂下沉以及周邊的收斂測點來進行布置，使其在同一個斷面，布設位置如圖1所示。本次實驗以K14+940斷面來進行分析。

3.數據的預處理

在進行隧道工程的數據處理和分析的過程中，首先要做到的就是對數據進行預處理，在進行數據預處理的過程中可以知道圍巖的凈空收斂以及隧道工程中的拱頂下沉這兩者的量測數據都會隨著時間不斷地進行著變化，其自身的變化曲線會隨著在施工的過程中所出現的天氣問題、施工誤差以及測量誤差等等因素來進行變化，為此會出現數據模型自身的波動起伏較大這一問題，但是這一問題并不能夠代表著隧道工程中圍巖自身的真實的變化情況，為了更好的保證在實際工程中不出現錯誤，我們必須要對原始的數據進行一定的平滑處理，以便更好的去提高數據自身的精準度，再利用Origin這一軟件建立一個合適的模型。本文中所選用的方式則是鄰點中值的平滑處理方法，對于其中有著明顯誤差和偏差的點進行直接剔除，然后取其兩側相鄰點的數據（xi，yi）以及（xi+1，yi+1）中的中點來作為新的離散數據。然后根據計算公式：xi1=（xi +xi+1）/2，（i=2，3，…，n-1）

yi1=（yi +yi+1）/2，（i=2，3，…，n-1）來對新的新的離散數據（xi1，yi1）進行計算。

在進行監測的過程中其監測數據的順序多為非等間隔的時間序列，為此在利用Origin這一軟件來對在工程建模開始之前，對于其工程的原始數據進行一個等間隔的整理和分析，在工程開始之前可以知道，其原始數據在進行監測的過程中頻率均為前10天，1 次/d，而在工程施工后的10d，則開始不再對監測頻率進行固定，為此在實際收集數據的時候需要對10d的數據進行一個等間隔的處理，可以利用一個區間內的兩端點值來對插值進行計算，方便其得到一個等間隔后的數據。

4.數學模型的建立

利用Origin軟件，將處理好的事前數據以及在進行隧道工程中所收集到的數據輸入到軟件中，利用軟件來進行散點圖的繪制。在實際數學模型的建立過程中，除了需要觀察在實際工程中所做的實測數據的散點圖圖像以外，必須要做的還有結合我國在隧道工程中的相關資來進行數學模型的建立。

在進行數學模型的初步選擇過程中主要有以下4個：

（1）y = a+blnx;

（2）y = a+b/x;

（3）y = x/（a+bx）;

（4）y = B4+B1x+B2x2+ B3x3。

然后根據所得出的數據進行相應函數類別的選定，同時根據該函數類別來編輯相應的公式使其變成所選定的數學模型，并且逐步的去調試初始的數據參數，使函數收斂，然后再利用該函數來對散點圖進行一個曲線的擬合。

5.結束語

根據本文綜上所述可以得出以下幾個結論：第一，在隧道的修建初期，其自身的位移變形相對于較快，其速度在大多數的情況下均大于1 mm/d，但是隨時間的不斷推移其自身的位移變形速率也開始出現逐漸降低的情況，在最后逐漸的趨于穩定的狀態，這一點是符合大多數的隧道變形規律，這一點就可以明確的說明在進行隧道工程的開挖過程中，其開挖的方式以及支護方式是十分合理的，并且在20 d 后隧道的日變化量明顯的小于0.2 mm，可以施作二次襯砌。第二，本文所利用的Origin 軟件來對隧道工程中的量測數據進行曲線的擬合，以此來更好的去確立回歸的模型，并且對回歸擬合的數據進行有效的驗證，確保回歸分析有效確保所選用的模型可以對隧道的變形來進行預測。

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