隧道监控量测回归分析浅析

黄烜宇

1 概述

现代隧道的开挖主要采用新奥法，提到新奥法就无法避免监控量测的讨论，监控量测这个名词在隧道工程中出现的频率很高。但隧道工程师理解监控量测的含义各有千秋，有人认为监控量测只是科研的一种手段，持这种观点的不在少数。由于隧道围岩的极其不确定性，从理论上很难准确计算围岩的变形情况，可见监控量测不仅可以第一时间判断隧道围岩的稳定性，也可测量出围岩的变形情况。由于监控量测采集数据的局限性，布置测点之前既有部分位移发生，故需要一定的数值分析方法计算围岩总的变形量即预测累计变形量。常用的数值分析方法多采用回归分析［1-3］。

2 监测手段

隧道洞内监控量测涉及的内容较多，但较经济及直观的有周边位移收敛和拱顶下沉，此两项主要量测隧道围岩的位移变化情况。监测仪器主要有收敛计、水平仪和全站仪，其中收敛计和水平仪属于接触式测量，受隧道施工干扰较大，全站仪属于非接触式量测，受隧道施工干扰较小［4］。

3 数据处理

3.1 回归分析

回归分析是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。在隧道监控量测数据分析中主要处理变形量和时间的关系，即是采用u=f(t)函数对采集的位移—时间散点图进行拟合。鉴于实际监控过程，隧道围岩实际变形主要分为两个部分:围岩开挖前的位移uc和围岩开挖后的位移ut，其中围岩开挖后的位移ut又分为可量测位移u1和受施工因素不可量测位移u2。故围岩总位移u可用以下公式表示:

在隧道监控中的回归函数多采用以下指数函数:

3.2 实例分析

通过厦漳高速公路扩建工程丹坑隧道实测数据作为算例，表1给出隧道的拱顶下沉测点监测数据。

由表1可知掌子面开挖滞后第三天开始采集数据，即开挖后三天变化量为测得。通过origin数据处理软件绘制出实测曲线和回归分析曲线关系，见图1。

同时得到监测数据期间回归公式为:

当时间趋于无穷大认为围岩稳定，即可量测的最大值为A= 86.48 mm。

通过式(3)可得掌子面开挖滞后三天内的变化量为:

掌子面围岩开挖后拱顶沉降变化量u1+u2=94.49 mm。

3.3 总位移求解

由式(1)可知:求得总位移需计算出掌子面围岩开挖前围岩的变形量uc，uc的求解主要通过经验及数值方法计算其与掌子面围岩开挖后拱顶沉降变化量(u1+u2)的关系:

式(4)中λ表示掌子面围岩开挖前围岩的变形量uc占总位移u的比例，依据文献［5］可取λ=0.286，依据式(4)可得:uc= 37.85 mm，故总位移u=132.34 mm。

可见对于监控量测可测得位移变形只有u1=86.48 mm，其实围岩总位移变形达到u=132.34mm，通过分析围岩总位移变形量结合围岩岩性判断围岩稳定性对后期施工具有重要意义。

4 结语

本文主要针对目前隧道施工监控量测数据分析隧道围岩开挖三个时间段围岩位移的不同求解方法，并通过实例给出求解过程，监测期间测得变形量只是围岩总位移的一部分，同时从公式u=A(1-eBt)可知及时布设监测测点可以更好的反映隧道围岩实际的变形情况。

［1］ 王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理［M］.北京:中国铁道出版社，1990.

［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］ 中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规范［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］ 重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］ 王建宇.对隧道工程中监控量测问题的讨论［J］.现代隧道技术，2008(sup):7-14.