某隧道Ⅳ級圍巖區段變形規律分析

杜子真

(華東交通大學 江西 南昌 330000)

一、圍巖變形控制標準

依據《福建省普通公路施工標準化指南》中關于量測數據的處理和應用并結合隧道實際情況，主要從隧道施工允許位移值和位移速率兩個方面建立施工變形管控基準。

根據圍巖允許位移值進行施工管理，見表1、2所示。根據監測結果，通過相應的變形管理等級對當前施工進行管控，使其達到安全施工的要求。

表1 變形管理等級

注：U0為實測變形值；Un為允許變形值。

表2 隧道周邊允許相對位移值(%)

二、現場監測數據處理及分析

本文主要是研究隧道圍巖的變形情況，其最直觀的體現就是拱頂測點下沉與水平收斂測線的位移量變化，通過對花都I號隧道的拱頂下沉和水平收斂的監測數據進行分析研究，以獲得圍巖隨隧道開挖后的變化規律，從而判斷和評價圍巖的穩定性。

(一)數據處理方法

由于隧道現場施工環境復雜，在實際測量過程中，還是會受到一定程度的干擾。諸如測點或測線沒有布置在同一個斷面、洞內環境較差導致測量人員無法精確地對準反光片標志的中心等原因，這些不可避免的誤差會使測量的原始數據具有一定的離散性。根據原始數據繪制的位移量隨時間變化曲線出現不規則的上下波動，進而無法得到真實的圍巖變化規律。想要準確、全面地預測圍巖的最終變形值，就必須對這些誤差進行修正。因此，需要借助統計學和概率論原理的數學方法對現場監測數據進行處理，得出能夠準確描述圍巖變化規律的數學公式。通過文獻調研發現，回歸分析可以量化監測數據和相關因素之間的聯系，是一種常用的、有效的數據處理方法。在隧道工程中，常用指數函數、對數函數及雙曲線函數三種回歸函數來對監測數據進行處理。

采用Origin軟件來對監測數據得到的位移量隨時間變化曲線進行擬合，獲得各擬合曲線方程的各項系數、相關系數以及殘差平方和。上述三種函數均是非線性函數模型，需綜合考慮相關系數和殘差平方和(相關系數越接近1代表擬合效果越好；殘差平方和越小代表擬合效果越好)來確定回歸效果的好壞，從而確定最優回歸函數。

(二)Ⅳ級圍巖區段變形規律分析

選取埋深為132m的斷面YK2+740的監測數據，對拱頂下沉進行回歸處理分析。

表3 斷面YK2+740拱頂下沉的回歸分析

由表3可知，對于Ⅳ級圍巖，指數函數和雙曲線函數可以很好地描述它的拱頂下沉變形規律，而對數函數的擬合效果不佳。根據相關系數和殘差平方和的對比，指數函數為最優回歸函數，其方程為U=30.88983(1-e-0.13872t)，預測最終沉降值為30.89mm。根據上節提出的圍巖變形的控制標準，埋深50～300m的Ⅳ級圍巖隧道所允許的相對位移為0.40%～1.20%，此地段隧道開挖高度約11.53m，拱頂相對位移為30.89/11530×100%=0.268%<0.40%，符合規范要求，表明可正常施工。圍巖的急劇變形階段一直持續到監測的第12天，隨后變形速率逐漸減小。由沉降速率公式v=4.28504e-0.13872t，可推斷出監測第28天后，沉降速率小于0.1mm/d，認為拱頂下沉已基本穩定。

斷面YK2+740測線二的水平收斂回歸分析結果見表4所示，發現指數函數的擬合曲線最貼近現場。

表4 斷面YK2+740水平收斂的回歸分析

根據最優回歸方程為U=27.648(1-e-0.13107t)，預測最終水平收斂位移值為27.65mm。根據上節提出的圍巖變形的控制標準，埋深50～300m的Ⅳ級圍巖隧道所允許的相對位移為0.40%～1.20%，此地段隧道開挖寬度約16.89m，拱頂相對位移為27.65/16890×100%=0.164%<0.40%，符合規范要求，表明可正常施工。求導得水平收斂速率公式為v=3.62382e-0.13107t，結合水平收斂速率曲線，推斷監測第23天后，收斂速率小于0.2mm/d，可認為水平收斂已基本穩定。