谈隧道监控量测数据分析的方法

董明明

(山西省交通建设工程监理总公司，山西太原 030001)

1 监控量测的目的

监控量测是隧道施工中不可缺少的一部分，它通过对隧道的初期支护进行监测，及时掌握围岩的动态信息，为隧道的施工提供准确的数据，不仅可以预报险情，确保安全，而且还可以为二次衬砌的衬砌时间提供依据。同时对修正和确定初期支护的参数，具有一定的指导作用。由此可见，监控量测在隧道施工中占有极其重要的地位。

2 监控量测项目

1)地质和支护状况观察:目视观察的方法，对围岩和支护进行观察。2)地表沉降观测。a.监测位置的设置。b.洞外地表沉降观测点布设原则。c.观测仪器的选择及操作步骤。d.量测数据的整理。3)周边位移。a.量测断面的设置。b.洞内测点布设原则。c.周边位移的观测。d.量测数据的处理及应用。4)拱顶下沉。a.量测断面:同周边位移一致。b.洞内测点布设原则:同周边位移一致。c.拱顶下沉量测。d.量测数据处理及应用。5)锚杆抗拔力。a.试验断面位置的选择。b.试验设备:锚杆测力计及拉拔仪。c.数据处理。

3 监控量测数据实例分析

下面就西家塔隧道ZK25+770断面水平收敛数据简要分析一下。根据我们对隧道初期支护布点采集的数据，利用下面的函数关系式，采用回归分析的方法进行分析。

对数函数:

指数函数:

双曲函数:

其中，a，b均为常数;t为初读数后的时间;u为位移数值，mm。

将西家塔隧道ZK25+770断面水平收敛实测数据输入Excel工作表中，如图1所示。

选择区域A1:B34，选择Excel工具栏中的图表向导，在“图表类型”中选择“折线图”，即可得到图2实测值曲线图。

根据图2的实测值收敛曲线，我们选用指数函数u=a×e－b/t，作为我们监控量测数据分析的函数。

图1 实测数据

图2 实测值曲线

该指数函数为非线性函数，首先我们要将其进行线性化处理，处理方法如下:

对指数函数:

两边取自然对数后，得到下式:

，则:

通过转变，式(2)则是式(1)的线性化方程，因此可按线性回归的方法确定其参数。

根据 u'=lnu，t'= －1/t，求出 u'，t'的值，代入 Excel表格中，如图3所示。

图3 u′，t′数据值

根据图3中的u'和t'的计算结果，点击Excel菜单中的“工具”中的“数据分析”功能，选择“回归”分析，在分析窗口的Y值输入区域选择$D$2:$D$34;在X值输入区域选择$C$2:$C$34，得到回归分析结果，见图4。

图4 回归分析结果

由图4回归分析结果可知截距(intercept)lna=3.09，则a=21.98，变量(variable)b=5.22，代入式(1)则得到水平收敛观测数据的回归方程:u=21.98 × e－5.22/t;判定系数:r2=0.981 588 6;取t=∞，可得收敛位移值的终值u=21.98 mm。根据求得的a值和b值，同时可以得到表1数据。

表1 水平收敛数据处理表

根据表1数据可得图5～图8各关系图。

图5 回归后收敛差值—时间关系图

图6 当日收敛速率—时间关系图

图7 平均收敛速率—时间关系图

图8 收敛回归曲线图

通过以上数据和图表分析，得出表2量测数据。

表2 量测结果

处理结果如下:

推算出基本稳定时间:第33天以后，围岩收敛值19.68 mm，收敛率 89.5% ＞80%;位移速度为 0.09 mm/d ＜0.1 mm/d，故围岩基本稳定。

4 结语

通过以上方法可以做出地表沉降、水平收敛、拱顶下沉等监控量测数据的分析和处理，操作简单，分析准确，只需利用Excel办公软件即可较快、较好的完成监控量测数据的分析处理，使隧道的监控量测更加的常规化，简单化。因此，利用该方法进行隧道监控量测分析，是值得推广和发展的。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］.

［2］JTG/T F60-2009，公路隧道施工技术细则［S］.