運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)方法分析隧道拱頂累計(jì)沉降量

梁軍鋒

0 引言

隧道設(shè)計(jì)施工基本理念即采用新奧法，新奧法的核心內(nèi)容之一便是采用監(jiān)控量測的手段及時(shí)反饋隧道施工是否合理且為優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)。國內(nèi)關(guān)于隧道監(jiān)控量測文章較多，多為對隧道穩(wěn)定性判斷標(biāo)準(zhǔn)做出分析，提出量變和質(zhì)變兩種概念，即從變化量上和變化趨勢判斷隧道穩(wěn)定性，目前量變標(biāo)準(zhǔn)尚難定論。利用以往隧道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析出特定巖性圍巖的沉降變化情況對今后類似隧道的監(jiān)控量測起到重要借鑒意義，本文通過實(shí)際工程拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)從概率角度分析拱頂下沉累計(jì)變化量和圍巖級別基本關(guān)系［1］。

1 隧道概況

本文所論述的隧道屬于單向三車道，隧道開挖方式主要為爆破開挖，不同圍巖級別的進(jìn)尺及支護(hù)參數(shù)不同。Ⅴ級圍巖為全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化混合巖(花崗巖)，結(jié)構(gòu)松散，為極軟巖。Ⅳ級圍巖為強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化混合巖(花崗巖)，巖石(土)具有較小的粘聚力，自穩(wěn)能力好，巖石為軟巖或較軟巖。Ⅲ級圍巖為弱風(fēng)化混合巖(花崗巖)，巖石基本為較大塊狀，較完整，掌子面自穩(wěn)能力好，屬于較堅(jiān)硬巖。Ⅱ級圍巖為弱風(fēng)化混合巖(花崗巖)，圍巖呈巨塊狀，局部輕微破碎，從掌子面整體上來看圍巖穩(wěn)定性較好、完整性較好，巖石錘擊彈手，錘擊聲清脆，巖石為堅(jiān)硬巖。初期支護(hù)參數(shù)主要依據(jù)TTG D70-2004公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［2］。

2 數(shù)據(jù)采集及分析

2.1 采集方法

在距離掌子面2 m～3 m隧道初期支護(hù)布設(shè)三個(gè)測點(diǎn)及距離掌子面一定距離不發(fā)生位移的后視點(diǎn)，通過比較測點(diǎn)與后視點(diǎn)的豎直方向相對變化量得到測點(diǎn)的沉降量。鑒于水準(zhǔn)儀在隧道內(nèi)可視距離較短及倒站產(chǎn)生誤差較大，本次監(jiān)測主要采用高精度全站儀(Leica2003)結(jié)合反光片進(jìn)行量測。

2.2 采集數(shù)據(jù)

本次監(jiān)測在左線1 661 m共布設(shè)了124個(gè)斷面，右線1 696 m共布設(shè)了118個(gè)斷面，共242個(gè)斷面698個(gè)有效測點(diǎn)數(shù)據(jù)。最終數(shù)據(jù)采集截止時(shí)間滿足測點(diǎn)日變化量小于0.2 mm/d，認(rèn)為累計(jì)變化量為可觀測的最終累計(jì)變化量。

2.3 數(shù)據(jù)分析

隧道拱頂沉降受多方面因素影響，本文只針對圍巖級別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從監(jiān)測得到的拱頂沉降累計(jì)不同級別圍巖在不同沉降數(shù)值區(qū)間所占的比例，通過統(tǒng)計(jì)概率進(jìn)行擬合，得出不同級別圍巖拱頂沉降累計(jì)值數(shù)學(xué)期望值。通過Origin軟件繪制不同圍巖不同沉降數(shù)值測點(diǎn)個(gè)數(shù)并通過高斯擬合出其正態(tài)分布規(guī)律，見圖1～圖4。

高斯正態(tài)分布函數(shù)一寫為g(x)=y0+a/(w×× e-2×［(x-x0)/w］2，其中，x0為不同級別圍巖沉降數(shù)學(xué)期望值。表1給出不同級別圍巖高斯正態(tài)分布方程及數(shù)學(xué)期望值。

表1 不同級別圍巖高斯正態(tài)分布函數(shù)及數(shù)學(xué)期望值

3 結(jié)語

通過分析不同級別混合巖(花崗巖)圍巖情況下的拱頂沉降累計(jì)變化量測點(diǎn)個(gè)數(shù)分布規(guī)律，得出了Ⅴ級圍巖沉降量累計(jì)值數(shù)學(xué)期望值為-13.04 mm，Ⅳ級圍巖沉降量累計(jì)值數(shù)學(xué)期望值為-5.60 mm，Ⅲ級圍巖沉降量累計(jì)值數(shù)學(xué)期望值為-3.74 mm，Ⅱ級圍巖沉降量累計(jì)值數(shù)學(xué)期望值為-2.90 mm。

［1］ 霍玉華.淺埋公路隧道施工塌方事故的預(yù)防與整治技術(shù)研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15(7):84-87.

［2］ 重慶交通科研設(shè)計(jì)院.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，2004.