拱顶沉降和周边位移量测数据处理及分析

拱顶沉降和周边位移量测数据处理及分析

摘要：隧道施工过程中的监控量测是保证安全施工的一个十分重要的环节。以双城隧道为工程实例，对动态施工过程进中的围岩变形和二衬的施工时间进行了指导，有效的避免了重大事故的发生。

关键词：公路隧道，监控量测，数据处理与分析，回归分析

1 引言

隧道施工监控量测是保证工程质量的重要措施［1］，也是判断围岩和衬砌是否稳定，确保施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提拱设计信息的主要手段。监测数据的正确处理及分析对于隧道施工安全和变更设计参数具有非凡意义，并于成果的及时性、直观性和科学性有直接的联系。对于监测数据和时程图的回归分析有利于对围岩的稳定性做出直观的判断，有利于及时有效的调整支护参数及施工方案。

2 工程概况

双城隧道为一座左右线分离的四车道高速公路隧道。隧址位于临夏市临夏县尹集镇南侧山梁，右线长975m，左线长945m。最大埋深122m，净宽10.25m，净高5.0m。围岩为 V级，洞身围岩为上第三系临夏组中统的泥岩、泥质粉砂岩，泥质结构，厚层块状结构，层理发育，层面平整，岩层产状接近水平，泥岩、泥质粉砂岩具风化收缩干裂、遇水膨胀崩解特性，岩性软弱，为破碎性软岩。

3.1施工方法简介

双城隧道施工采用两台阶开挖法，示意图如下：

图1 两台阶开挖法施工部序（单位：m）

3.2监控量测方案

周边收敛，拱顶沉降是必测项目。为了准确反映隧道围岩的变化情况，需要在隧道开挖、初次衬砌完成后的24小时内，立即对隧道布点，各类量测点应安设在距离开挖而2m的范围内，并应保证爆破后24h内或下次开挖之前取得初次读数。测点的布设为洞口密中间疏，洞口端以5m为一断面，中间以20m或30m

为一测点断面居多［2］。

图2 监测点布置示意图

4 量测数据处理分析

4.1数据处理

根据对每次测量结果数据的整理，运用相关软件（如word）绘出每天测线的收敛-时间或下沉-时间曲线，结合选定的回归方程来推算出周边位移或拱顶下沉的最终值，以此掌握隧道围岩的变形规律。现场每条测线的量测数据处理过程主要分为以下几个步骤：

(1)取得现场量测数据并对此进行整理，输入到电脑，对每个变量进行相应的整理与计算。

(2)结合每条测线的量测数据，画出位移u与时间t的变化曲线图。

(3)对步骤（1）的量测数据或步骤(2)进行回归分析处理，推算出围岩变形的极限值，结合相关规范的要求判定围岩是否达到稳定的条件，以此来判定围岩的稳定状态。

4.2 双城隧道的实例应用

在整个监控量测过程中，发现DZK19+340断面围岩变形最大，因此现选取此断面进行分析。

4.2.1监测数据：

表1双城隧道周边位移监控量测数据

4.2.2 确定回归方程

将上表（表2和表3）中的数据绘制成如下的时间—位移曲线图（图3），并

根据曲线图中的数据分布情况，选择合适的函数进行回归分析。

图3双城隧道DZK19+340断面周边位移随时间变化关系图

由规范6.2.5[4]条规定，选取指数函数模型进行分析。即: （1）

对等式两边同时取对数，即: （2）

设：Y=lny，A=lna，B＝b，X=-1/x可得直线形式：Y＝A＋BX

从而可按直线拟合的方法确定所需要的指数曲线。用最小平方法先求出A和B，再求其反对数得到a和b：

其中：（3） （4）

（5）

（6）

利用以上公式可计算可得回归方程。计算过程如下：

表2 双城隧道DZK19+340断面周边位移监测数据回归分析统计表

把表2中数据代入上述公式可得：A=3.35095，B=5.21177，a=28.52983，b=5.21177

故可推得线型方程为：Y＝3.35095＋5.21177X

则回归方程为：

即由上式可知：U max =28.52983

综上可得出隧道周边位移程度：28.48/28.52983=99.82%

隧道周边相对位移值：28.48/12620=0.2257%

同理可得出隧道拱顶沉降程度：25/25.67952=97.35%

拱顶相对位移值：25/10272=0.2434%

由以上数据可得出以下结论：由回归分析推算的隧道周边和拱顶的相对位移值均小于规范要求；周边位移和拱顶沉降的实测值均小于极限值，且均已达到极限值得90%以上。以上结论表明该断面围岩变形一达到稳定状态，初次支护达到预定效果，可以施作二次衬砌。

5 结语

通过对双城隧道长达一年的现场监控量测数据的整理分析可以得出以下结论：

（1）对双城隧道周边位移和拱顶沉降的监测结果分析表明，下台阶的开挖对拱顶沉降和上台阶的周边位移有明显的影响，因此在类似的工程开挖过程中，应采取必要的措施以减小对上台阶和拱顶的影响。

（2）经过对现场采集的数据整理分析后，发现各条测线经过开挖变形阶段后，围岩变形向着稳定状态发展，其变形曲线符合围岩变形趋势。

（3）因为对该隧道实施了全程监测，所以使隧道的围岩变形始终处于监控状态，达到了真正意义上的“安全”状态。

参考文献：

［1］李根照,张学雷.隧道监控量测方法及数据处理分析［J］. 建筑与工程, 2011，（9）:639

［2］公路隧道施工技术细则.JTG F60-2009［S］. 北京：人民交通出版社，2009 42-43

［3］蒋树屏,王毅才.隧道工程施工新技术、新工艺与验收规范［OL］.2002 1935-1936

［4］铁路隧道监控量测技术规程TB10121-2007［S］.北京：中国铁道部出版社，200747-48