合肥市某涵洞围岩变形监测数据分析

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【摘要】 本文通过对合肥市某涵洞围岩变形数据的处理及分析，讲述了处理隧道监控量测数据的方法，以及回归成果在围岩收敛基本稳定判定中的应用，可以及时准确的对监测数据进行分析判断，为隧道施工及时提供反馈及预测信息，使施工更科学、更安全。

【关键词】 隧道围岩变形监控量测回归分析回归函数Excel

中图分类号：U451+.2

本工程为合肥市某水库溢洪道扩建工程穿XX路的配套工程。涵洞为钢筋混凝土结构，长93.6m，城门洞型，上部为半圆型，孔口尺寸为高3.3m，宽3.5m，4孔，每两孔为一排，两排涵洞之间净距采用12m。根据设计图纸及委托方要求，需对本工程进行施工过程中的变形监测，本次监测的监测项目主要为地面沉降、隧道拱顶下沉及围岩水平收敛监测。笔者主要就本工程中隧道拱顶下沉及围岩水平收敛监测数据进行分析。

一、 利用Excel绘制收敛—时间曲线

例1： （某隧道一个断面）收敛观测数据表

1、利用Excel中的图表功能绘制出收敛—时间曲线，如下图:

图1：收敛—时间曲线

二、 利用Excel对收敛观测数据进行回归分析

1、《公路隧道施工技术规范》JTJ042—94中要求采用回归分析时，根据测试数据散点分布规律，可选用下列之一的函数式关系：

①对数函数： ，②指数函数： ，③双曲函数：

式中：a、b—回归常数； t —初读数后的时间（d）；u —位移值（㎜）。

2、非线性回归方程的线性化

仍以例1为例：根据例1的收敛--时间曲线走向（图1）选用指数函数公式 作为回归函数可能合理些（如果不能做出较明确的判断，可以分别按以上几种函数进行回归，取拟合的最优者），由于指数函数为非线性函数，但可将其线性化，方法如下：

…………….式（1）

对其两边取自然对数，得： ，令

则 ……………式（2）

式（2）则是式（1）线性化的直线方程，其参数的确定可按线性回归的方法确定。

3、利用Excel分析例1的观测数据

以例1中的水平收敛观测数据为例：首先在图1所示的Excel工作表中计算出线性化方程式（2）中的 和 ，利用Excel “工具”中“数据分析”功能，对其进行回归分析得到回归分析结果如图2。

图2：回归分析结果

从图2的回归分结果可得：截距 ，则 ； ，代入式（1）则得到水平收敛观测数据的回归方程： .式（3）；判定系数： ；

由回归方程式（3），取 ，可得到水平收敛位移值的终值 ；

同理可得拱顶下沉观测数据的回归方程：式（4）；判定系数： ；

由回归方程式（4），取 ，可得到拱顶下沉位移值的终值 。

三、 量测成果的分析和应用

1、 周边位移相对值分析

周边位移相对值是指两测点间实测位移累计值（或用回归分析推算的最终位移值）与两测点间距离之比，或拱顶实测位移值与隧道宽度之比。此值应小于隧道周边允许位移相对值，如果测得的周边位移相对值超过允许位移相对值，说明初期支护设计参数偏小，应增加喷层厚度，或增加锚杆数量和长度加强支护。如果测得的周边位移相对值远小于允许位移相对值时，可降低其他地段初期支护设计参数。

修改设计参数应注意：

（1）、根据一个断面的量测信息结果进行设计参数修正，只适用于该断面前后不大于5m的同类围岩地段。

（2）、隧道较长地段同类围岩设计参数的修正，特别是降低设计参数，必须以不少于三个断面的量测信息为依据。按修正后的设计参数进行开挖的地段，其设计参数的正确性和合理性仍应根据量测信息分析予以验证。

2、围岩收敛基本稳定的判断

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086－2001规定，围岩达到基本稳定的条件是：1、隧洞周边水平收敛速度小于0.2㎜/d；拱顶或底板垂直位移速度小于0.1㎜/d；2、隧洞周边水平收敛速度，以及拱顶及底板垂直位移速度明显下降；3、隧洞位移相对值以达到总相对位移量的90%以上。

第一条中位移速度是指至少7天观测的平均值，其值可由量测记录表中直接得到；第二条位移速度明显下降，可由时间—位移曲线直观看出，或由回归方程的二阶导数说明变形速率不断下降，位移趋于稳定；说明变形速率保持不变，发出警告，及时加强支护；说明变形速率加快，已进入危险状态，需立即停工，采取有效措施进行加固。

通过以上步骤地工作，可以完成对监控观测数据的分析，分析步骤程序化，操作简单，可较好的完成监控量测数据的分析工作，有利于监控量测数据的信息化管理，更好的为指导隧道施工发挥作用。

参考文献：

1、《公路工程施工监理质量控制技术手册》 文德云 主编 人民交通出版社出版 2006年1月第1版

2、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086－2001原国家冶金工业局 主编 中国计划出版社2006年1月第7版

3、《公路隧道施工技术规范》JTJ042—94交通部重庆公路科学研究所主编人民交通出版社出版2006年4月第8版

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。