复杂地质环境下山岭隧道监控量测技术研究
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【摘 要】 以谷竹高速关垭子隧道为研究对象，依据公路隧道施工的监控量测规范，制定了科学合理的监测方案，并对隧道的现场施工进行了周密的跟踪量测。在数据处理方面，结合力学理论，应用回归分析法对监测数据进行了分析与处理，对围岩稳定性做出了比较直观的判断，从而为支护体系的选择和支护时机的合理确定提供了科学的依据，达到指导现场施工的目的，并取得了较好的效果。
【关键词】 监控量测 公路隧道 回归分析 信息化施工
关垭子隧道位于竹溪县蒋家堰镇，左线全长1628.578m，右线全长1626.587m。隧道设置人行横洞和车行横洞各两处。曲线半径为5000m，隧道设计无超高。隧道处于竹溪褶皱束的杨家山向斜区，地质构造较复杂，岩性以变质岩为主，主要为片岩，岩体极破碎。隧道区属构造剥蚀侵蚀低山地貌，跨3座山体，经过区域地表地形起伏较大，坡面植被较发育。隧址区地层为粉质粘土，强～弱风化片岩，隧道岩体较破碎，裂隙较发育多，雨季时地下水出水状态为淋雨状。进出洞口段所在斜坡均发育一组节理，边坡较不稳定，成洞条件较差。
1 监控量测方案
采用新奥法原理设计、施工的隧道，监控量测是施工中不可缺少的施工程序。监控量测把隧道开挖过程中围岩和支护系统的力学形态作为判别隧道围岩稳定和支护系统可靠性的依据，将监控量测数据加以合理的数学分析与处理，同时结合理论与经验方法，建立一些必要的准则，从而为及时调整或确定支护参数提供依据，以达到指导现场施工的目的[1，2]。
1.1 监测内容
根据隧道实际情况和施工设计要求，隧道监控量测项目可分为必测项目和选测项目。选测项目作为必测项目的验证和补充，可根据围岩的性质、隧道的埋置深度、开挖方式等条件具体确定（如表1）。
1.2 监测方法
为了确保洞口浅埋段的施工安全，根据实际情况，在横向选定主断面，将测点沿主断面布设，测点间距取为2～5m，在同一量测截面内取7到11个测点。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。拱顶下沉量测主要在每个量测断面的拱部等间距埋设三个自制的钢筋预埋件，用水准仪量测。净空收敛量测线与拱顶下沉测点布置在同一断面内（如图1）。
2 数据回归分析
在对隧道施工进行长期周密的跟踪量测后，依据量测数据，绘制出位移与时间、收敛速率与时间的时态曲线。根据曲线图的数据分布状况，应用matlab数学分析软件对监测结果进行回归分析，从而对测点可能出现的最大位移值进行预测，由此来掌握隧道开挖后围岩的位移变化规律和最终位移值，以达到指导施工的目的[3，4]。
本文在对位移和收敛速率的时态曲线进行回归分析时，采用指数函数和（A、B为回归系数）分别对监测的原始数据进行处理和分析，并应用matlab软件对数据进行最小二乘法的估算，估算出回归系数A和B，从而得出较为理想的分析结果。
3 数据处理与应用
选择关垭子右线隧道出口的一处监测断面进行分析，于2011-3-2至2011-4-21按照监测方案对该断面的水平净空收敛和拱顶沉降进行了定期观测，得到隧道变形数据（见表2）。
根据数理统计原理，结合Matlab软件做出数据散点图，并进行非线性指数函数回归，结果见图2～图5。
从监测数据可以看出，该断面在开挖36天后，水平收敛变形速率小于0.20mm/d，拱顶沉降变形速率小于0.15mm/d，说明该处围岩已达到了稳定状态，可以进行二次衬砌的施工。从图中还可以看出，隧道围岩的主要变形发生于急剧变形期和缓慢变形期，急剧变形期大约发生在隧道开挖后的第6到17天，缓慢变形期大约发生在开挖后的第15到42天，且隧道围岩在这两个阶段的变形达到变形总量的85%～90%左右。
由回归分析结果可以看出，隧道水平收敛的极限值为28.12mm，拱顶沉降的极限值为24.37mm。根据对围岩收敛极限值的预测结果来看，在施工支护时可以为围岩与钢拱架之间预留20mm左右的变形空间，这样既可以充分利用围岩的自撑能力，又可以缓解围岩变形与支护结构的相互作用，从而达到更好的支护效果。
3 结语
本文依据对关垭子隧道围岩变形的实时监控，利用非线性回归分析方法对原始数据进行曲线拟合，并准确预测了围岩变形的极限值；研究了隧道围岩的稳定状况，并成功用于指导现场施工，避免了安全事故的发生，确保了隧道施工质量和进度。因此在实际施工过程中，施工方必须注意测点的保护，同时与监测方进行及时有效的沟通与交流，确保监测方的各项监测工作能够顺利进行。
参考文献：
[1]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2]朱汉华，孙红月，杨建辉.公路隧道围岩稳定与支护技术[M].北京：科学出版社，2007.
[3]刘泉声，白山云，肖春喜等.基于现场监控量测的龙潭隧道施工期围岩稳定性研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26（10）：1982-1990.
[4]张顶立，黄俊.地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测[J].岩石力学与工程学报，2005，24（10）：1703-1707.