摘要：本文以三臺頂隧道為依托，根據(jù)監(jiān)控工作的實測資料，按照新奧法基本原理中巖體開挖的時間效應(yīng)，應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法對量測所得的周邊收斂數(shù)和拱頂下沉據(jù)進行回歸分析，指出在隧道開挖過程中圍巖變形的時間效應(yīng)，為修改設(shè)計與指導(dǎo)施工提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：隧道監(jiān)控 新奧法 拱頂下沉 周邊收斂 回歸分析
1.前言
目前新奧法在隧道設(shè)計和施工中已得到廣泛應(yīng)用，新奧法構(gòu)筑隧道的特點是借助現(xiàn)場監(jiān)控量測對隧道圍巖進行動態(tài)監(jiān)控，并據(jù)此指導(dǎo)隧道開挖與支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工。監(jiān)控量測技術(shù)是現(xiàn)代隧道新奧法施工的重要組成部分，是監(jiān)控圍巖與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要手段。當(dāng)進行隧道施工時，尤其是對于Ⅳ級以上圍巖隧道，采用新奧法施工時，施工監(jiān)控量測是必不可少的，它是確保初期支護安全，合理確定二次襯砌施作時間的關(guān)鍵工序，并對洞內(nèi)各施工工序銜接有重要的指導(dǎo)意義。通過監(jiān)控量測和及時信息反饋來修正設(shè)計參數(shù)， 以達到設(shè)計合理、施工高效的目的。
2.工程概況
隧道位于廣東省梅州市，隧址區(qū)大部受坡積土、全風(fēng)化層覆蓋，山體植被茂密。下白堊紀及中侏羅紀統(tǒng)碎屑沉積巖地層巖性多樣，巖質(zhì)軟硬相間，總體較軟的特點，其中以泥質(zhì)膠結(jié)的粉砂巖。砂巖為軟層，存在失水干裂、遇水軟化的特點，以硅質(zhì)膠結(jié)的砂巖、含礫砂巖為硬層。隧道淺埋偏壓段圍巖的穩(wěn)定性應(yīng)加強監(jiān)控，密切注意。
3.監(jiān)控量測的目的及測點布設(shè)
3.1 監(jiān)控量測的目的
新奧法量測工作的目的是為了掌握圍巖和支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)信息，利用量測結(jié)果修改設(shè)計和指導(dǎo)施工，預(yù)見事故和險情以便及時采取措施。量測數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理與必要的計算和判后，進行預(yù)測和反饋，以保證施工安全和隧道穩(wěn)定。
3.2 量測點的布設(shè)及量測頻率
3.2.1 測點布置
根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60—2009）10.2.3條和10.2.4 條規(guī)定，為了準確反映隧道圍巖的變化情況，需要在隧道開挖、初次襯砌完成后的 24 小時內(nèi)，立即對隧道布點，各類量測點應(yīng)安設(shè)在距離開挖面 2m 的范圍，并應(yīng)保證爆破后24h 內(nèi)或下一次開挖之前測讀初讀數(shù)。測點的布設(shè)以及代表性斷面的選取，是監(jiān)控量測的首要工作，根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60—2009。三臺頂隧道設(shè)計中將間隔距離定為：Ⅴ級：10m，Ⅳ：30m，Ⅲ 級：40m。采用 3 點法進行量測，3 點分別設(shè)置于拱頂、拱腰兩側(cè).
4.數(shù)據(jù)處理及實際應(yīng)用
4.1 數(shù)據(jù)處理
對隧道進行每次收斂或下沉量測后，應(yīng)對各量測斷面內(nèi)每條測線分別進行回歸分析，求出各自回歸精度最高的收斂—時間或下沉—時間回歸方程和收斂—距開挖面距離或下沉—距開挖面 距離回歸方程，以此推算最終位移，掌握變形規(guī)律。
數(shù)據(jù)處理主要分為以下幾步：
�。�1）整理監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，求出相對位移值Ui，Ui=Ri-R0=第 1次觀察值-初始觀察值。
（2）畫出時間t和相對收斂值u的散點圖。
�。�3）進行回歸曲線分析，確定極限收斂值，從而確定圍巖是否穩(wěn)定，圍巖穩(wěn)定的穩(wěn)定態(tài)按以下條件判定：
a.隧道周邊收斂或下沉速率有明顯減緩趨勢。
b.水平收斂（拱腳附近）速率小于 0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.1mm/d。
c.施作二次襯砌前的收斂量或下沉量已達總收斂量或下沉量的 80%以上。
4.2 實際應(yīng)用
4.2.1 量測斷面及測線布置方式
現(xiàn)選取三臺頂隧道 LK26+950 斷面，圍巖級別為Ⅳ級，覆蓋層厚度為 135m。測線布置： 拱頂下沉測點設(shè)在拱頂中心線上，采用精密水準儀量測；周邊收斂量測布置一條測線，位于 起拱線上 1m 處，用 JSS30A數(shù)顯收斂計量測。
4.2.2確定回歸方程及回歸分析
由于測量偶然誤差的存在，造成數(shù)據(jù)的離散性，根據(jù)數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制的曲線圖總是上下波動、不規(guī)則，難以分析。因此必須用數(shù)學(xué)方法進行分析處理，才能得到合理的、典型的曲線，并以相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式描述，找出個物理量與時間的變化規(guī)律。解決這一問題的方法就是回歸分析。通過對比選擇指數(shù)函數(shù)u=ae-b / t對該數(shù)據(jù)進行回歸處理。
4.3 收斂程度分析
通過求極限預(yù)測最終位移：
同法可得出周邊收斂數(shù)據(jù)回歸方程：
隧道的周邊收斂程度：
4.21/ 4.577 = 91.9%
周邊收斂相對位移值：
由規(guī)范10.2.3 用回歸分析推算的相對位移值小于規(guī)范規(guī)定的允許相對位移0.15%-0.50%；由規(guī)范10.2.4 結(jié)合該處覆蓋層厚為 135m，該斷面的位移量達到預(yù)計總位移量 的 80%～90%，周邊收斂和拱頂下沉各項測試項目均明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定，施工支護有效。
5. 結(jié)論
根據(jù)圍巖收斂速率確定二次襯砌構(gòu)筑時機隧道圍巖收斂位移速率是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài) 變化的最直觀反映。因此，可以根據(jù)隧道收斂變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度.按規(guī)范規(guī)定，安全臨界速率 0.07-0.15mm/d（拱頂下沉）和 0.1-0.2mm/d（水平收斂）及圍巖變形釋放程 度達到 80%以上時，為二次支護提供合理的支護時機。根據(jù)三臺頂隧道圍巖收斂位移量測的結(jié)果，隧道一般在開挖后 20d 左右圍巖變形即趨于收斂，圍巖變形均達到最終變形的 80% 以上，可進行二次襯砌（即二襯的合理時機為開挖后 20d 左右），比一般工程經(jīng)驗中的 30d-50d 時間要短。因此通過非線性回歸分析，可以為施工做出指導(dǎo)，從而加快了施工進度。
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