回归分析法在隧道监控量测及施工中的应用 齐超

回归分析法在隧道监控量测及施工中的应用齐超
发表时间：2016-11-17T09:21:43.587Z 来源：《低碳地产》2016年10月第19期作者：齐超[导读] 本文阐述了围岩对于隧道施工的重要作用。

并介绍了回归分析法分析在隧道施工监控量测中的应用，对围岩的稳定性可靠度进行评价，为隧道施工提供了依据。

葛洲坝集团第五工程有限公司湖北宜昌 443000 【摘要】在传统的隧道设计和施工过程中，把围岩当做荷载，把支护结构作为被动的承载体，但这一思路跟实际情况不完全相符。

因此，不但造成施工工艺落后及支护结构材料的浪费，同时支护的效果也达不到较好的要求。

本文阐述了围岩对于隧道施工的重要作用。

并介绍了回归分析法分析在隧道施工监控量测中的应用，对围岩的稳定性可靠度进行评价，为隧道施工提供了依据。

【关键词】回归分析法；监控量测；应用 1 前言
新奥法根据弹性理论，以岩石力学为基础，提出支护结构参数，开挖后采用柔性支护，运用各种手段（短进尺、弱爆破、早封闭、勤量测）控制围岩变形，依靠现场量测来指导隧道的设计和施工。

快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。

隧道监控的作用有以下几点：
1.1 通过施工和环境监测进行信息反馈，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。

1.2通过对拱顶下沉、浅埋段地表下沉和洞周净空收敛进行量测,对隧道支护的稳定性做出综合评价,并可确定合理的二次衬砌浇筑时间。

2 监控量测方法和手段
本文以大夫岭隧道为例介绍监控量测方法，根据隧道的地质特点，综合考虑《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）及设计文件的要求，并结合隧道特别是浅埋、大跨、小间距、断层与侵入岩脉共生等复杂条件下的施工经验，拟对隧道的监控量测工作分为必测项目四项分别为：洞内外观察；拱顶下沉量测；周边收敛量测；浅埋段地表下沉量测。

2.1 洞内外观察
通过观察揭露的隧道掌子面地质情况，掌握隧道实际围岩状况，分析隧道掌子面的稳定状态，并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护的状态，及时发现各种异常现象并进行跟踪观察，评价初期支护的稳定性。

洞外观察包括洞口地表沉陷情况、边仰坡及地表建筑物的稳定、地表水渗透的观察。

2.2 洞周收敛量测
在避免爆破作业破坏的前提下，各测点尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。

初读数在开始后12h内读取，最迟不超过24h，而且在下一循环开挖前，完成初期变形值的读数。

采用钢尺收敛计进行数据采集，每次读数2次，两次之间差值应不大于0.02mm，否则应重现进行测读。

2.3 拱顶下沉量测
在每个量测断面的拱顶中心及两侧埋设收敛预埋钩，埋设方式及断面位置同周边收敛量测。

采用精密水准仪配合钢尺收敛计采集数据。

2.4 浅埋段地表沉降量测
用精密水准仪进行测量点观测，观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定，且应每隔30d用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过±0.5m （n为测站数）。

3 监测断面布置及观测频率
3.1 地质及支护状况观察描述
地质及支护观察分掌子面观察和已施工区段观察两部分。

掌子面观察应在每循环开挖后进行1次。

对施工区段每天至少进行1次观察，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况，以及施工质量。

3.2 拱顶下沉与周边收敛量测
拱顶下沉与周边收敛观测在同一个断面内进行。

结合大夫岭隧道的工程特点，按表1所示的监测频率进行监测，以确保为动态反馈设计及信息化施工提供及时的监测信息。

3.3 浅埋地表下沉量测
地表下沉量测在隧道浅埋处进行。

量测点的布置与拱顶下沉及周边收敛的测点在同一断面上。

量测线在开挖面前方h+B/2（h为隧道开挖面的埋深，B隧道开挖宽度，针对大夫岭隧道按5m计）处开始，直至开挖面后方约50m。

3.4 非接触量测
为满足现代隧道快速、大跨、安全施工需求，现已越来越多地采用非接触监控量测。

又叫全站仪三维非接触量测。

用于隧道拱顶下沉量测、隧道净空变化量测、隧道断面检查、掘进掌子面断面放样等，主要有以下几点：埋设测点：测点的布置按相关要求进行，拱顶下沉、净空变化量测的埋点时间要基本一致。

埋点前，应先制作反射靶标，用3mm左右厚度的铁片制作成70mm×70mm大小的方块，表面上贴上60mm×60mm的测量专用反光片，中间钻直径为3mm的小孔；埋点直接用膨胀螺栓将反射靶标锚固在初期支护的表面。

固定基点：为方便、快速进行非接触量测，应在洞外或已成型、稳定的二衬砌地段设一基点，作为量测时全站仪的后视基点。

基点应有确定的三维坐标，基点应经常复核，防止位移而发生观测数据不准。

自由设站：以尽量不影响隧道施工为前提，将全站仪自由架设在隧道内任意位置，整平后即可。

为了消除膜片倾斜对测距的影响，同一测点在每次量测时测站位置应大致相同。

测量数据：观测时以反射靶标中心小孔为照准点，采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，然后取平均值作为一次设站观测的结果。

为提高测量精度，每次监测时，应在同一位置三次重复设站。

数据处理和分析：将每次测量记录按要求输入装有相应后处理程序的计算机，计算机将自动分析量测数据，并相应输出量测成果，并打印报表。

4 监控量测信息的处理与管理
4.1 现场实测资料的录入与整理
现场按时对监测项目进行量测，并对各物理量值按各类仪器的工作特征、埋设情况进行修正，测量当天绘制各量值与时间、空间的关系曲线。

若有异常的观测数据，测量现场直接提交结果。

4.2 量测数据的深入分析与处理
根据量测数据曲线的变化过程，划分急剧增长段、缓慢增长段及基本稳定段，判断其稳定程度及提出对下步施工的意见。

实测资料经过分析后，确定各物理量的绝对值，变化速度、变化加速度、坡度等四个指标，作为判断稳定的标准值。

经过相关分析，找出各物理量和时间及施工进尺的关系，推算各变化量随开挖进尺、时间推移的变化趋势。

5 监测数据回归分析
5.1 根据《公路隧道施工技术规范》（JTG/TF60-2009），对初期的位移时间曲线进行回归分析时，依据监测数据的数据散点分布规律，可以选用指数函数关系式来进行回归分析。

指数函数通式如下：
式中：a，b-为回归常数；s-为位移值，单位为mm；t-为时间，单位为d。

5.2 使用指数函数进行回归分析时，要将原本是非线性的回归方程线性化：依据累计沉降-时间关系曲线的走向，选用指数函数s=a×e-b/t作为归回函数。

由于指数函数为非线性函数，可将其线性化，方法如下： s=a×e-b/t（1）对其俩边取自然对数，得：
lns=lna+b（）
令s′=lns，t′=
则s′=lna+bt′ （2）
利用Excel分析拱顶下沉的观测数据：先算出线性化方程中的s′、t′。

根据计算表，得出截距lna的值，则可以得出a、b的值。

将实测值与Excel分析得到的回归方程经行对比,如果两者吻合度比较大.在对隧道围岩变形情况进行分析和预测具有一定的工程应用意义。

6 结束语
隧道现场监控量测是实现隧道信息化施工的前提，以及保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件，隧道的监控量测是当今隧道建设，尤其是工程地质条件复杂的地区必不可少的一项工作。

参考文献：
[1]张长亮.基于监控量测与数值分析的隧道围岩稳定性判定方法研究[D].重庆交通大学,2008.
[2]庞大鹏.诸永高速公路隧道监控量测数据处理及地质超前预报方法研究[D].吉林大学,2008.
[3]张瑜.隧道施工监控量测与围岩参数位移反分析[D].华中科技大学,2010.
[4]密士文.隧道典型地质灾害预测及预警方法研究[D].中南大学,2010.。