隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

1、隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用伍進(jìn)摘要：在隧道施工中，監(jiān)控量測(cè)是隧道新奧法施工三大要素之一，通過量測(cè)及時(shí)搜集施工中圍巖變形與支護(hù)受力數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)整理分析及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。隧道施工監(jiān)控量測(cè)因用途的不同有各類選項(xiàng)，拱頂沉降和周邊位移是最經(jīng)常使用的二項(xiàng)，本文以某隧道量測(cè)結(jié)果為例，要緊講述拱頂沉降和周邊位移量測(cè)數(shù)據(jù)通過回歸分析成立數(shù)學(xué)模型,從而評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)圍巖的穩(wěn)固情形。關(guān)鍵詞：監(jiān)控量測(cè)沉降周邊位移收斂回歸分析函數(shù)1 概述我國公路隧道設(shè)計(jì)愈來愈多的采納了復(fù)合式襯砌形式，即由初期支護(hù)和模筑砼兩部份組成。設(shè)計(jì)的初期支護(hù)形式是不是能夠知足圍巖的變形壓力，模筑砼最正確澆注時(shí)刻都是要通過監(jiān)控量測(cè)來確信。隧道開挖后，對(duì)

2、已開挖袒露的圍巖及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，對(duì)初期支護(hù)的受力進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。通過觀測(cè)拱頂沉降與周邊位移轉(zhuǎn)變情形，把握圍巖和支護(hù)的轉(zhuǎn)變信息并對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算進(jìn)行分析評(píng)估，并預(yù)測(cè)出圍巖以后的進(jìn)展趨勢(shì)，以達(dá)到以下目的：1.1.1 了解隧道圍巖、支護(hù)變形情形，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)形式，保證開挖坑道的穩(wěn)固。1.1.2 依據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析資料采取相應(yīng)的支護(hù)方法和應(yīng)急方法，保證施工平安。1.2.3 為二次襯砌施工提供依據(jù)o2監(jiān)控量測(cè)方式人員及設(shè)備組織2.1.1 成立監(jiān)控量測(cè)小組，小組成員為35名，設(shè)一名組長。編制量測(cè)方案，依照現(xiàn)場(chǎng)情形，和施工工序，合理安排，盡可能減小現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)與隧道

3、施工的彼此干擾。2.1.2 周邊位移采納收斂?jī)x，依照開挖斷面合理選擇收斂?jī)x型號(hào)。拱頂沉降多采納周密水準(zhǔn)儀和錮鋼尺進(jìn)行量測(cè)。一樣應(yīng)選用簡(jiǎn)單靠得住、耐久、本錢低、穩(wěn)固性好，便于攜帶量測(cè)儀器，且被測(cè)的物理概念明確，有足夠大的量程。監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置1#2#13#1拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)【2嘏寸測(cè)點(diǎn)周邊位移觀測(cè)點(diǎn)1#寸測(cè)點(diǎn)I隧道監(jiān)控量測(cè)布點(diǎn)示意圖圖1拱頂沉降與周邊位移觀測(cè)布點(diǎn)如圖1,拱頂沉降每一個(gè)斷面依照開挖跨度布設(shè)13個(gè)測(cè)點(diǎn)，周邊位移觀測(cè)每一個(gè)斷面依照開挖方式布設(shè)13條水平測(cè)線。一樣全斷面開挖布設(shè)1條水平測(cè)線，臺(tái)階法開挖時(shí)每臺(tái)階設(shè)1條水平測(cè)線，特殊地段按標(biāo)準(zhǔn)要求布設(shè)水平測(cè)線。拱頂沉降及周邊位移觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)布于同一斷

4、面上，為保證第一次讀數(shù)的及時(shí)性，測(cè)點(diǎn)應(yīng)距開挖面2m范圍內(nèi)，依照圍巖情形550米一個(gè)斷面。數(shù)據(jù)搜集2.3.1 量測(cè)點(diǎn)的初讀數(shù)最為重要，一樣應(yīng)在開挖12h內(nèi)或下次爆破前，噴錨支護(hù)施作2h后即埋設(shè)測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行第一次量測(cè)數(shù)據(jù)搜集。每次測(cè)試前檢查儀表設(shè)備是不是完好，如發(fā)覺故障應(yīng)及時(shí)修理或改換；確認(rèn)測(cè)點(diǎn)是不是松動(dòng)或人為損壞，只有測(cè)點(diǎn)狀態(tài)良好時(shí)方可進(jìn)行量測(cè)工作。按各項(xiàng)量測(cè)操作規(guī)程安裝好儀器儀表，并按相應(yīng)儀器利用方式讀取數(shù)據(jù)。2.3.2 嚴(yán)格依照隧道施工標(biāo)準(zhǔn)，按時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并用專用表格記錄量測(cè)數(shù)據(jù)，依照圍巖穩(wěn)固情形，115天內(nèi)12次/天，16天1個(gè)月內(nèi)1次/天，13個(gè)月內(nèi)12次/周，大于三個(gè)月13次/月。

5、3數(shù)據(jù)分析處置依照量測(cè)數(shù)據(jù)繪制位移u與時(shí)刻t的關(guān)系曲線，能夠較直觀的看出圍巖位移轉(zhuǎn)變的情形，并初步判定圍巖是不是趨于穩(wěn)固或顯現(xiàn)異樣情形。建議采納在Excel表格中及時(shí)輸入量測(cè)結(jié)果，并利用其圖表功能自動(dòng)生成曲線圖，能保證量測(cè)數(shù)據(jù)與曲線圖同步，更能及時(shí)、直觀的取得圍巖轉(zhuǎn)變情形。由于量測(cè)的偶然誤差所造成的離散性，因此對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)采納統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析，并以相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述，采納回歸分析對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處置和計(jì)算，取得u、t兩個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，用那個(gè)函數(shù)曲線能代表測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)的散點(diǎn)散布，并能推算出因變量的轉(zhuǎn)變速度和極限值，要緊采納以下指數(shù)、對(duì)數(shù)和雙曲三種曲線函數(shù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，三種曲線函數(shù)的原形

6、公式與換算公式如下：3.2.1 指數(shù)函數(shù)：uAe(B/T)求導(dǎo)：u'ABe(B/t)t2將其轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：lnulnA(B)；極限公式：|imf(t)A3.2.2 對(duì)數(shù)函數(shù)：uAB/lg(1t)求導(dǎo)：u'B(1t)ln10lg1t將其轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：uAB_極限公式：limf(t)Alg(1t)t3.2.3 雙曲函數(shù)：u一t一求導(dǎo)：uJABtABt2將其轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)：1BAl極限公式：limf(t)uttB其中：A、B一回歸常數(shù)；u一位移值(mm);t初讀數(shù)后的時(shí)刻(天)線性回歸分析需要?jiǎng)e離將三種函數(shù)獨(dú)立進(jìn)行回歸計(jì)算，將其轉(zhuǎn)化為a、直線函數(shù)yabx的形式求出a、b,并通過a

7、、b換算出曲線函數(shù)常數(shù)A、B值，以指數(shù)函數(shù)為例，視lnu為Y,1/t為X,按直線方程進(jìn)行回歸計(jì)算，取得直線方程常數(shù)a、b,并計(jì)算其相關(guān)系數(shù)r,指數(shù)函數(shù)常數(shù)aea、bb,由此可取得指數(shù)函數(shù)方程。對(duì)三種曲線函數(shù)進(jìn)行回歸分析后，依照三種曲線方程的相關(guān)系數(shù)r,取最趨近于1的曲線方程代表所分析測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變情形，一樣情形下所選擇曲線函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值應(yīng)大于。其b、r的計(jì)算公式如下:n xy x y22-22 -n x ( x) n y ( y) ybxnxyxyab2rnnxx線性回歸分析數(shù)據(jù)處置量大，計(jì)算復(fù)雜，一樣采納工程計(jì)算器進(jìn)行回歸計(jì)算，經(jīng)常使用的工程計(jì)算器(如：CASIO4500、4800

8、、4850)都具有回歸分析的功能，可在較短時(shí)刻能完成量測(cè)數(shù)據(jù)的回歸計(jì)算。依照回歸分析結(jié)果選定彳t表測(cè)點(diǎn)的曲線方程，并可依照求導(dǎo)公式計(jì)算某一天的位移速度，也可依照極限公式計(jì)算其總位移量，通過代表測(cè)點(diǎn)的曲線函數(shù)方程可排除偶然誤差并推斷出圍巖的穩(wěn)固情形，或估量二次襯砌施作的機(jī)會(huì)。4數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用實(shí)例下表為某公路隧道m(xù)級(jí)圍巖全斷面開挖時(shí)一個(gè)斷面拱頂沉降和周邊位移的部份量測(cè)數(shù)據(jù):時(shí)間t(天)0123456789周邊位移(mm)0拱頂沉降(mm)0時(shí)間t(天)10111213141517192123周邊位移(mm)拱頂沉降(mm)依照以上數(shù)據(jù)繪制時(shí)刻一位移曲線，如圖2：(實(shí)線為周邊位移曲線,虛線為拱頂沉降

9、曲線)圖2周邊位移回歸計(jì)算A、B常數(shù)。將上表周邊位移數(shù)據(jù)別離代如三種曲線函數(shù)方程中，并按yabx的直線方程形式回歸分析，取彳#a、b、值，由a、b取得曲線方程中的經(jīng)回歸計(jì)算取得以下三個(gè)方程:4.2.1 指數(shù)函數(shù)：u 21.3212 e(1.6219/T)相關(guān)系數(shù)r0.9855相關(guān)系數(shù)r 0.9556相關(guān)系數(shù)r 0.99844.2.2 對(duì)數(shù)函數(shù)：u24.80286.8904ng(1t)4.2.3 雙曲函數(shù)：ut0.16800.0379t結(jié)論：以上三種回歸方程中雙曲函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值最趨近1,其回歸精度較高，應(yīng)選用該方程來代表此水平測(cè)線的收斂情形。拱頂沉降回歸計(jì)算將上表拱頂沉降數(shù)據(jù)別離代如三

10、種曲線函數(shù)方程中，并按yabx的直線方程形式回歸分析，取彳#a、b、r值，由a、b取得曲線方程中的A、B常數(shù)。經(jīng)回歸計(jì)算取得以下三個(gè)方程：相關(guān)系數(shù)r0.9931相關(guān)系數(shù)r 0.9726相關(guān)系數(shù)r 0.99134.2.4 指數(shù)函數(shù)：u33.1993e(15245/T)4.2.5 對(duì)數(shù)函數(shù):u38.207410.1388lg(1t)4.2.6 雙曲函數(shù)：ut0.09880.0248t結(jié)論：以上三種回歸方程中指數(shù)函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值最趨近1,其回歸精度較高，應(yīng)選用該方程來代表此水平測(cè)線的收斂情形。分析及應(yīng)用4.4.1 周邊位移分析：依照選定的雙曲函數(shù)方程對(duì)此測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，由極限公式可求得其最終總

11、位移量為1B=1+=26.39mm，小于JTJ042-04公路隧道施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中條所許諾的相對(duì)位移量，當(dāng)開挖后23天后，其位移量為21.13mm,為總位移量的,依照求導(dǎo)公式求得第23天的位移速度為0.16mm/天，由此可判定圍巖及初期支護(hù)周邊位移在開挖23天后大體穩(wěn)固，證明支護(hù)參數(shù)合理，能保證施工平安。4.4.2 拱頂沉降分析：依照選定的指數(shù)函數(shù)方程對(duì)此測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，由極限公式可求得其最終總位移量為33.20mm，小于JTJ042-04公路隧道施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中條所許諾的相對(duì)位移量,當(dāng)開挖后19天后，其位移量為31.01mm，為總位移量的%，依照求導(dǎo)公式求得第19天的位移速度為0.13mm/天，由

12、此可判定圍巖及初期支護(hù)拱頂沉降在開挖19天后大體穩(wěn)固，證明支護(hù)參數(shù)合理，能保證施工平安。4.4.3 由上分析結(jié)果可看出拱頂沉降量約為周邊位移量的倍，拱頂沉降轉(zhuǎn)變速度穩(wěn)固較周邊位移快。依照有關(guān)資料及實(shí)際量測(cè)結(jié)果顯示，隧道拱頂沉降量一樣為周邊位移量的12倍。綜上分析，可得出以下結(jié)論：此段圍巖在開挖23天后圍巖周邊位移及拱頂沉降均已穩(wěn)固，可進(jìn)行二次襯砌施工。4.4.4 為保證二次襯砌模板臺(tái)車的平安利用，和開挖、鋪底和防水層作業(yè)等各項(xiàng)工序工作面的要求，綜合考慮開挖掌子面距二次襯砌模板臺(tái)車最小距離為120m，此段開挖速度為天天3m，需要40天，可依照回歸曲線方程計(jì)算開挖后40天時(shí)周邊位移量為23.75m

13、m，為總位移量的90%，位移速度為0.06mm/天，拱頂沉降量為31.96mm，為總沉降量的%，沉降速度為0.03mm,可知足JTJ042-04公路隧道施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中條對(duì)二次襯砌施作的要求。4.4.5 依照以上結(jié)果，可取得圍巖在開挖23天后圍巖周邊位移速度小于0.2mm/天，位移量占總位移量的80%，拱頂沉降速度小于0.10mm/天，沉降量占總沉降量的%，知足二次襯砌施作的要求。二次襯砌采納12m模板臺(tái)車施工，每?jī)商炜赏瓿梢荒?，平均一天完?米，由上計(jì)算開挖許諾最快速度為120+23=5.2m，但實(shí)際天天開挖3m,因此開挖是操縱施工進(jìn)度的要緊因素，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情形，提高開挖速度，加速工程進(jìn)度

14、。5綜合應(yīng)用在隧道施工中，不同的圍巖采納不同的施工方式，如采納臺(tái)階法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、核心土法等開挖，量測(cè)的方式和結(jié)果也也不同，依照J(rèn)TJ042-04公路隧道施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，條文說明9.2.4中規(guī)定了不同圍巖及施工方式的量測(cè)要求。因此，可依照施工的實(shí)際情形采取合理的布點(diǎn)和量測(cè)方式。不同的施工方式及工序可能造成圍巖變形中位移與時(shí)刻轉(zhuǎn)變并非一條單一的曲線，如圖3所示，依如實(shí)際量測(cè)結(jié)果總結(jié)取得，臺(tái)階法開挖時(shí)，下斷面開挖可能會(huì)使已穩(wěn)固圍巖再次顯現(xiàn)變形，如圖3左圖所示，已趨于穩(wěn)固的圍巖再次顯現(xiàn)變形速度增大，然后慢慢穩(wěn)固。仰拱開挖時(shí)也可能造成圍巖位移發(fā)生突變，但如及時(shí)澆筑仰拱砼和填充可有效操縱圍巖變形，砼澆筑

15、達(dá)到必然強(qiáng)度后（一樣2至3天），圍巖變形便會(huì)迅速穩(wěn)固，因此位移-時(shí)刻曲線中間突變部份接近直線轉(zhuǎn)變（如圖3右邊）。因此僅靠單一的曲線方程對(duì)圍巖位移的描述是不能準(zhǔn)確反映圍巖的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的，因此需要以回歸分析方式為基礎(chǔ)，增強(qiáng)目測(cè)圍巖及初支的穩(wěn)固情形，對(duì)圍巖變形進(jìn)行更全面的分析。可依如實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制的曲線圖將其分段進(jìn)行回歸分析，不同區(qū)間用不同曲線方程描述。當(dāng)突變處呈曲線轉(zhuǎn)變時(shí)（如圖3左側(cè)），可將O-A段曲線作為第一區(qū)間，A-C段作為第二區(qū)間別離進(jìn)行回歸分析，并計(jì)算出兩段曲線回歸方程的極限進(jìn)行比較。當(dāng)突變近似呈直線轉(zhuǎn)變時(shí)（如圖3右邊），可將B-C段移至A點(diǎn)按一條曲線進(jìn)行回歸分析，忽略其直線轉(zhuǎn)變段，回歸計(jì)算等

16、到的曲線方程計(jì)算其極限時(shí)，應(yīng)將極限值加上uu位移uC位移Bt（天）Ot（天）圖分析顯現(xiàn)每一個(gè)區(qū)間轉(zhuǎn)變的阻礙因素，將阻礙因素分為可控因素和不可控因素，以用于指導(dǎo)施工，排除可控因素阻礙，減小不可控因素的阻礙。如調(diào)整施工方式，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，或增強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，保證施工平安。如下斷面開挖屬不可控因素，但可依照操縱邊墻一次開挖的長度減少圍巖的變形，使圍巖變形在可控范圍內(nèi)。仰拱開挖對(duì)圍巖的阻礙也可通過施工質(zhì)量及工序的操縱改善，依如實(shí)踐證明，初期支護(hù)拱架的鎖腳錨桿可有效減小仰拱開挖對(duì)圍巖變形的阻礙，因此在拱架施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格操縱鎖腳錨桿的安裝質(zhì)量，尤其是底腳的鎖腳錨桿，可依如實(shí)際情形，適當(dāng)將底腳徑向錨桿變成鎖

17、腳錨桿，同時(shí)也要求徑向錨桿與拱架焊接牢固。同時(shí)也能夠調(diào)整施工工序，如仰拱開挖測(cè)量合格后當(dāng)即澆筑仰拱硅，并在24小時(shí)后當(dāng)即施作填充。在仰拱及填充硅凝固后，可迅速操縱圍巖的變形。另外，如初期支護(hù)不及時(shí)，一次開挖進(jìn)尺太長，鉆爆方案不合理等對(duì)圍巖的阻礙都屬于可控因素，可通過調(diào)整工序，改良方案排除其阻礙。另外，還可繪制位移速度與時(shí)刻關(guān)系曲線圖和位移與掌子面距離關(guān)系曲線圖進(jìn)行綜合評(píng)估，前者可更直觀的反映出圍巖穩(wěn)固的快慢，后者可以反映出開挖爆破對(duì)圍巖位移轉(zhuǎn)變的阻礙，對(duì)圍巖位移轉(zhuǎn)變分析有必然的參考價(jià)值。隧道的監(jiān)控量測(cè)本來就屬于動(dòng)態(tài)的進(jìn)程，因此要充分應(yīng)用項(xiàng)目治理理論中動(dòng)態(tài)操縱的原理進(jìn)行隧道監(jiān)控量測(cè)治理，不斷總結(jié)和改良，使監(jiān)控量測(cè)更好的指導(dǎo)施工，保證隧道平安。對(duì)圍巖位移的監(jiān)控量測(cè)也不能完全遵循圍巖穩(wěn)固后施做二襯的原那么，尤其是在洞口段通常圍巖較差，一樣應(yīng)及時(shí)施作