回歸分析方法在公路隧道監(jiān)控量測中運用的探討

1、<p>　　回歸分析方法在公路隧道監(jiān)控量測中運用的探討</p><p>　　摘要：新奧法是現(xiàn)代公路隧道設(shè)計施工的基礎(chǔ)理論，監(jiān)控量測作為新奧法理論核心之一，也到廣泛的認(rèn)可，但現(xiàn)場運用效果還須進(jìn)一步提升。本文針對現(xiàn)在國內(nèi)監(jiān)控量測分析存在的問題，依據(jù)江西境內(nèi)贛崇高速感坑隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，著重從開挖支護(hù)不同時期分析隧道拱頂圍巖豎向位移變化情況，并利用Origin軟件得到其回歸函數(shù)。指出開挖預(yù)留變形量與顯現(xiàn)位移的對應(yīng)

2、關(guān)系，為放線開挖施工提供指導(dǎo)依據(jù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：公路隧道 監(jiān)控量測 回歸分析 拱頂下沉 位移 </p><p>　　中圖分類號：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　目前國內(nèi)外山嶺隧道設(shè)計施工基礎(chǔ)理論為新奧法，新奧法主要內(nèi)容可以概括為

3、一個核心三個基本點，一個核心即為利用圍巖的自承內(nèi)力使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)；三個基本點分別為：一是運用監(jiān)控量測手段時刻關(guān)注圍巖變化情況；二是適時支護(hù)，在最合理時間內(nèi)進(jìn)行支護(hù)；三是光面爆破，減少出現(xiàn)應(yīng)力集中情況[1][2]?？梢姳O(jiān)控量測在山嶺隧道施工中占有重要的地位，雖然國內(nèi)外大量學(xué)者技術(shù)人員對監(jiān)控量測進(jìn)行了大量的研究分析，但目前國內(nèi)隧道施工中監(jiān)控量測實際使用效果并不是很理想，問題根源主要有以下幾個方面：一是監(jiān)控量測并未得到現(xiàn)場施工單

4、位應(yīng)有的重視，即使實施了監(jiān)控量測，也未發(fā)揮監(jiān)控量測應(yīng)有的作用；二是實施監(jiān)控量測的技術(shù)人員功底較薄，其對監(jiān)控量測的理解只停留在判斷圍巖是否安全的階段；三是監(jiān)控量測現(xiàn)場環(huán)境較差，數(shù)據(jù)采集往往誤差較大，影響技術(shù)人員分析。本文主要是結(jié)合筆者多年的隧道施工經(jīng)驗，針對目前監(jiān)控量測存在問題提出了自己的見解并給出具體分析實例。 </p><p><b>　　2 監(jiān)控量測簡介 </b></p>

5、<p>　　我國《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/F60—2009）[3][4]對公路隧道監(jiān)控量測目的、測點布設(shè)、精度要求、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析給出了較為詳細(xì)的論述，并推薦了三種回歸分析函數(shù)?，F(xiàn)將必測項目周邊收斂、拱頂下沉和地表下沉采用的儀器及目的做一簡要說明： </p><p>　　表1 必測項目及其監(jiān)測方式 </p><p>　

6、　上述表格給出了必測項目幾種常見的監(jiān)測手段及其優(yōu)缺點，其中精度主要依據(jù)實際監(jiān)測中誤差結(jié)果得到。 </p><p>　　3 回歸分析在處理數(shù)據(jù)中的運用 </p><p>　　王建宇在文獻(xiàn)[5]中從全位移角度闡述了回歸分析在監(jiān)控量測中的運用，但這與實際監(jiān)控量測有所出入，本文主要從隧道設(shè)計的預(yù)留變形量及建筑限界角度重新剖析回歸分析在監(jiān)控量測中的運用。下圖給出了回歸分析擬合曲線示意圖： </

7、p><p>　　圖1 圍巖位移與時間關(guān)系示意圖 </p><p>　　規(guī)范推薦了對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和雙曲線函數(shù)三種回歸模式，其原理一致，即得到的函數(shù)，從而可分析開始采集數(shù)據(jù)前的位移變化情況，同時依據(jù)的數(shù)值判斷圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 </p><p>　　圖1，橫軸為時間軸，縱軸為位移累計變化軸，其中時間=0表示圍巖開挖開始時間節(jié)點（放炮結(jié)束時間），= 為開挖結(jié)束時間節(jié)

8、點，也是支護(hù)開始時間節(jié)點，= 為支護(hù)結(jié)束后某時刻，即開始測點布設(shè)和數(shù)據(jù)初始采集時間節(jié)點。故圍巖=+++，其中：表示圍巖受隧道開挖引起的所有位移，表示可量測得到的位移，表示=至=時間內(nèi)圍巖的位移，表示=0至=內(nèi)圍巖開挖期間的位移，表示圍巖開挖對引起前方圍巖的位移，通過經(jīng)驗系數(shù)可求得。 </p><p>　　因此，=++與隧道設(shè)計的預(yù)留變形量進(jìn)行比較，從而可知預(yù)留變形量是否滿足設(shè)計要求；=+初期支護(hù)完成后初期支護(hù)累計

9、變形量，此值更直觀反映隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移值。 </p><p><b>　　4工程實例分析 </b></p><p><b>　　4.1 工程概況 </b></p><p>　　感坑隧道位于廈門至成都國家高速公路贛州至崇義（贛湘界）段新建工程A3標(biāo)，為單向2車道連拱隧道，感坑隧道位于上猶縣黃埠鎮(zhèn)小感坑村附近，隧道穿越小感坑

10、村一小山包。隧道起止樁號為K467+203~K467+480，全長為277m。本隧道均為半徑R=1318m的左偏圓線上，羅線縱坡為上下分別為2.096％和-1.3％的雙面坡，隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)符合隧道設(shè)計規(guī)范[3]要求。 </p><p><b>　　4.2 數(shù)據(jù)采集 </b></p><p>　　斷面布置按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[4]規(guī)定，在隧道Ⅳ級圍巖每20m布設(shè)

11、一個拱頂沉降斷面，若遇到變形較大時加密斷面。下表給出左洞埋深110m 的ZK467+340斷面初期支護(hù)拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在持續(xù)監(jiān)測一周后日變化量小于0.2mm/day。表2給出不同時間ZK467+340斷面拱頂下沉中間測點G1累計變化情況： </p><p>　　表2 拱頂下沉實測值與時間關(guān)系 </p><p>　　其中隧道開挖至出渣完成共耗時7個小時，支護(hù)時間5個小時，支

12、護(hù)完成后18個小時開始布設(shè)測點進(jìn)行數(shù)據(jù)初次采集。 </p><p><b>　　4.3 回歸分析 </b></p><p>　　時間=30小時，時間=12小時。利用指數(shù)函數(shù)，其中表示可量測的部分的收斂值，表示數(shù)據(jù)變形發(fā)展的趨勢。 </p><p>　　利用Origin軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到G1點的沉降累計變化量和時間函數(shù)關(guān)系如下： &l

13、t;/p><p>　　，上述擬合函數(shù)的方差=0.8654，相關(guān)系數(shù)平方=0.99416，故擬合函數(shù)與實際測值有較好的擬合關(guān)系。 </p><p>　　故：=49.2mm，==7.2mm，==9.5mm，開挖后圍巖拱頂部位豎向位移=++=65.9mm。 </p><p>　　同時參考利用文獻(xiàn)[5]可知=（++），取=0.314，得=30.2mm。 </p>

14、<p>　　=+++=96.1mm。 </p><p>　　上述分析可知，從監(jiān)測得到數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合得到開挖面在爆破至開始初期支護(hù)期間圍巖拱部位移達(dá)到7.2mm，開始支護(hù)到開始采集數(shù)據(jù)期間圍巖（初期支護(hù)結(jié)構(gòu)）拱頂部位位移達(dá)到9.5mm，開始采集數(shù)據(jù)之后可測得圍巖（初期支護(hù)結(jié)構(gòu)）拱頂部位位移達(dá)到49.2mm，由于前面掌子面開挖導(dǎo)致的先行位移達(dá)到30.2mm。圍巖由于隧道施工在豎向位移變化可達(dá)到96.1mm

15、，圍巖變形大小是圍巖安全穩(wěn)定性重要分析依據(jù)，圍巖全位移的大小直接反映了圍巖安全狀態(tài)。 </p><p><b>　　5結(jié)論及建議 </b></p><p>　　依據(jù)隧道實際施工中不同階段時間內(nèi)圍巖位移變化的不同含義，確定了四個時間段位移值的求得方法，分析圍巖位移變化和時間的函數(shù)關(guān)系，得出了主要以下主要結(jié)論。 </p><p>　　圍巖由于受到之

16、前圍巖的開挖引起的先期位移占圍巖總的位移變化較大的比重，分析感坑隧道ZK467+340斷面數(shù)據(jù)可知，先期位移達(dá)到30.2mm，此位移也是判斷圍巖穩(wěn)定性重要依據(jù)； </p><p>　　分析感坑隧道ZK467+340斷面數(shù)據(jù)可知，從爆破結(jié)束至開始采集數(shù)據(jù)期間，圍巖拱頂部位位移變形量占可測位移變化量34%，故對于判斷隧道預(yù)留變形量必須使用回歸分析方可得到參照依據(jù)； </p><p>　　開始初

17、期支護(hù)至開始采集數(shù)據(jù)期間圍巖（初期支護(hù)）拱頂部分位移變形占可測部分?jǐn)?shù)據(jù)19%，故初期支護(hù)時間雖然較短，但此期間圍巖變形相對較大； </p><p>　　從回歸分析過程可知，初始數(shù)據(jù)采集時間越早，回歸分析引起的誤差越小。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)

18、技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007. </p><p>　　[2] 王建宇.隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計原理[M].北京：中國鐵道出版社，1990； </p><p>　　[3] 重慶交通科研設(shè)計院.公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004； </p><p>　　[4] 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2