某隧道Ⅳ级围岩区段变形规律分析

杜子真

(华东交通大学 江西 南昌 330000)

一、围岩变形控制标准

依据《福建省普通公路施工标准化指南》中关于量测数据的处理和应用并结合隧道实际情况，主要从隧道施工允许位移值和位移速率两个方面建立施工变形管控基准。

根据围岩允许位移值进行施工管理，见表1、2所示。根据监测结果，通过相应的变形管理等级对当前施工进行管控，使其达到安全施工的要求。

表1 变形管理等级

注：U0为实测变形值；Un为允许变形值。

表2 隧道周边允许相对位移值(%)

二、现场监测数据处理及分析

本文主要是研究隧道围岩的变形情况，其最直观的体现就是拱顶测点下沉与水平收敛测线的位移量变化，通过对花都I号隧道的拱顶下沉和水平收敛的监测数据进行分析研究，以获得围岩随隧道开挖后的变化规律，从而判断和评价围岩的稳定性。

(一)数据处理方法

由于隧道现场施工环境复杂，在实际测量过程中，还是会受到一定程度的干扰。诸如测点或测线没有布置在同一个断面、洞内环境较差导致测量人员无法精确地对准反光片标志的中心等原因，这些不可避免的误差会使测量的原始数据具有一定的离散性。根据原始数据绘制的位移量随时间变化曲线出现不规则的上下波动，进而无法得到真实的围岩变化规律。想要准确、全面地预测围岩的最终变形值，就必须对这些误差进行修正。因此，需要借助统计学和概率论原理的数学方法对现场监测数据进行处理，得出能够准确描述围岩变化规律的数学公式。通过文献调研发现，回归分析可以量化监测数据和相关因素之间的联系，是一种常用的、有效的数据处理方法。在隧道工程中，常用指数函数、对数函数及双曲线函数三种回归函数来对监测数据进行处理。

采用Origin软件来对监测数据得到的位移量随时间变化曲线进行拟合，获得各拟合曲线方程的各项系数、相关系数以及残差平方和。上述三种函数均是非线性函数模型，需综合考虑相关系数和残差平方和(相关系数越接近1代表拟合效果越好；残差平方和越小代表拟合效果越好)来确定回归效果的好坏，从而确定最优回归函数。

(二)Ⅳ级围岩区段变形规律分析

选取埋深为132m的断面YK2+740的监测数据，对拱顶下沉进行回归处理分析。

表3 断面YK2+740拱顶下沉的回归分析

由表3可知，对于Ⅳ级围岩，指数函数和双曲线函数可以很好地描述它的拱顶下沉变形规律，而对数函数的拟合效果不佳。根据相关系数和残差平方和的对比，指数函数为最优回归函数，其方程为U=30.88983(1-e-0.13872t)，预测最终沉降值为30.89mm。根据上节提出的围岩变形的控制标准，埋深50～300m的Ⅳ级围岩隧道所允许的相对位移为0.40%～1.20%，此地段隧道开挖高度约11.53m，拱顶相对位移为30.89/11530×100%=0.268%<0.40%，符合规范要求，表明可正常施工。围岩的急剧变形阶段一直持续到监测的第12天，随后变形速率逐渐减小。由沉降速率公式v=4.28504e-0.13872t，可推断出监测第28天后，沉降速率小于0.1mm/d，认为拱顶下沉已基本稳定。

断面YK2+740测线二的水平收敛回归分析结果见表4所示，发现指数函数的拟合曲线最贴近现场。

表4 断面YK2+740水平收敛的回归分析

根据最优回归方程为U=27.648(1-e-0.13107t)，预测最终水平收敛位移值为27.65mm。根据上节提出的围岩变形的控制标准，埋深50～300m的Ⅳ级围岩隧道所允许的相对位移为0.40%～1.20%，此地段隧道开挖宽度约16.89m，拱顶相对位移为27.65/16890×100%=0.164%<0.40%，符合规范要求，表明可正常施工。求导得水平收敛速率公式为v=3.62382e-0.13107t，结合水平收敛速率曲线，推断监测第23天后，收敛速率小于0.2mm/d，可认为水平收敛已基本稳定。