监控量测技术在隧道预留变形量中的应用

■郭琦

（安徽理工大学测绘学院安徽淮南232000）

监控量测技术在隧道预留变形量中的应用

■郭琦

（安徽理工大学测绘学院安徽淮南232000）

隧道施工中，监控量测是隧道施工的重要组成部分，通过量测及时收集施工中围岩变形与支护受力数据，对数据整理分析及时反馈指导开挖施工时的变形量预留，符合围岩变形的变形量预留可以指导开挖并有效控制隧道衬砌浇筑时的混凝土超方。本论文主要讲述拱顶沉降和周边位移量测数据通过回归分析建立数学模型,评价和预测围岩的稳定情况，从而确定合适的预留变形量。

监控量测 沉降 周边位移 收敛 回归分析 预留变形量

1 概述

花石隧道位于宁陕县境内，属于秦岭南麓山地，地面起伏较大，隧道整体埋深较大，一般埋深200～400m，最大埋深555m，隧道起止里程为Dgk104+224.31～Dgk108+737，全长3940.186m，其中Ⅲ级围岩2784.496m，Ⅳ级围岩947m,Ⅴ级围岩187m。隧道设计为双线隧道，隧道轨面以上有效净面积为98.30㎡,隧道内线间距4.6m，隧道除进口1107.945m位于直线上外，其余左线位于R-9004.6的曲线上，右线位于R-9000m的曲线上，纵坡依次为22‰、25‰、23‰，采用复合式衬砌。

2 监控量测方法

2.1 人员及设备组织

（1）设立监控量测班，设班长一名，成员4名。编制量测方案，根据现场施工情况，合理安排监测，尽量减小现场监控量测与隧道施工的相互干扰。

（2）周边位移采用收敛仪，根据开挖断面合理选择收敛仪型号。拱顶沉降多采用全站仪进行监测。

图1

2.2 监控量测点布置

本论文以Ⅲa围岩为例，全断面开挖拱顶沉降与周边位移观测布点如图1，拱顶沉降每个断面根据开挖跨度布设1个测点，周边位移观测每个断面根据开挖方法布设1条水平测线。拱顶沉降及周边位移观测点应布于同一断面上，并且30米布设一个断面。

2.3 数据采集

量测点的初读数最为重要,一般应在开挖12h内或下次爆破前，喷锚支护施作2h后即埋设测点，并进行第一次量测数据采集，最迟不得大于24h。每次测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行量测工作。按各项量测操作规程安装好仪器仪表，并按相应仪器使用方法读取数据。

3 数据分析处理

（1）根据量测数据绘制位移u与时间t的关系曲线，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩是否趋于稳定或出现异常情况。采用在Excel表格中及时输入量测结果，并利用其图表功能自动生成曲线图，能保证量测数据与曲线图同步，更能及时、直观的得到围岩变化情况。

（2）由于量测的偶然误差所造成的离散性，因此对量测数据采用统计学原理进行分析，并以相应的数学公式进行描述，采用回归分析对量测数据进行处理和计算，得到、两个变量之间的函数关系，用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布，并能推算出因变量的变化速率和极限值，主要采用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算，三种曲线函数的原形公式与换算公式如下：

①指数函数：u =A×e(−B/T)求导：u'=AB×e(−B/t)×t−2

其中：A、B—回归常数；u—位移值（mm）；t—初读数后的时间（天）。

（3）线性回归分析需要分别将三种函数独立进行回归计算，将其转化为直线函数 y= a+bx 的形式求出a、b，并通过a、b换算出曲线函数常数A、B值，以指数函数为例，视 ln u为Y，1 t 为 X，按直线方程进行回归计算，得到直线方程常数a、b，并计算其相关系数r，指数函数常数A=ea、B=-b，由此可得到指数函数方程。对三种曲线函数进行回归分析后，根据三种曲线方程的相关系数r，取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况，一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0.9。其a、b、r的计算公式如下：

（4）根据回归分析结果选定代表测点的曲线方程,并可根据求导公式计算某一天的位移速率,也可根据极限公式计算其总位移量,通过代表测点的曲线函数方程可消除偶然误差并推断出围岩的稳定情况，或估计二次衬砌施工的时机。

监控量测能有效指导隧道开挖预留变形量，在施工中我们要考虑各种因素对隧道围岩变形的影响。施工中我们发现一点就是光面爆破开挖施工时，周边眼间距对隧道预留变形量也有影响。

4 综合应用

在隧道施工中，不同的围岩采用不同的施工方法，如采用台阶法、侧壁导坑法、核心土法等开挖，量测的方法和结果也也不同，不同的施工方法及工序可能造成围岩变形中位移与时间变化并非一条单一的曲线。隧道的监控量测原本就属于动态的过程，因此要充分应用项目管理理论中动态控制的原理进行隧道监控量测管理，不断总结和改进，使监控量测更好的指导施工。隧道内围岩是会随时变化的，因此预留变形量应随着隧道围岩变化及监控量测数值分析进行不断调整，确保施工安全的同时控制二次混凝土浇筑的方量，将隧道施工与经济效益有机结合起来。

[1]《高速铁路工程测量规范》 (TB10601-2009).

[2]《隧道监控量测的数据回归分析探讨》王胜涛、梁小勇、周亦涛.

[3]《高速铁路隧道施工技术指南》铁建设【2010】241号.

[4]中铁一局.《铁路隧道工程施工技术指南》 （TZ024-2008）中国铁道出版社，2008.

[5]铁二院.《铁路隧道监控量测技术规程》 （TB10121-2007）中国铁道出版社，2007.

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-5-325-1