談隧道監控量測數據分析的方法

董明明

(山西省交通建設工程監理總公司，山西太原 030001)

1 監控量測的目的

監控量測是隧道施工中不可缺少的一部分，它通過對隧道的初期支護進行監測，及時掌握圍巖的動態信息，為隧道的施工提供準確的數據，不僅可以預報險情，確保安全，而且還可以為二次襯砌的襯砌時間提供依據。同時對修正和確定初期支護的參數，具有一定的指導作用。由此可見，監控量測在隧道施工中占有極其重要的地位。

2 監控量測項目

1)地質和支護狀況觀察:目視觀察的方法，對圍巖和支護進行觀察。2)地表沉降觀測。a.監測位置的設置。b.洞外地表沉降觀測點布設原則。c.觀測儀器的選擇及操作步驟。d.量測數據的整理。3)周邊位移。a.量測斷面的設置。b.洞內測點布設原則。c.周邊位移的觀測。d.量測數據的處理及應用。4)拱頂下沉。a.量測斷面:同周邊位移一致。b.洞內測點布設原則:同周邊位移一致。c.拱頂下沉量測。d.量測數據處理及應用。5)錨桿抗拔力。a.試驗斷面位置的選擇。b.試驗設備:錨桿測力計及拉拔儀。c.數據處理。

3 監控量測數據實例分析

下面就西家塔隧道ZK25+770斷面水平收斂數據簡要分析一下。根據我們對隧道初期支護布點采集的數據，利用下面的函數關系式，采用回歸分析的方法進行分析。

對數函數:

指數函數:

雙曲函數:

其中，a，b均為常數;t為初讀數后的時間;u為位移數值，mm。

將西家塔隧道ZK25+770斷面水平收斂實測數據輸入Excel工作表中，如圖1所示。

選擇區域A1:B34，選擇Excel工具欄中的圖表向導，在“圖表類型”中選擇“折線圖”，即可得到圖2實測值曲線圖。

根據圖2的實測值收斂曲線，我們選用指數函數u=a×e－b/t，作為我們監控量測數據分析的函數。

圖1 實測數據

圖2 實測值曲線

該指數函數為非線性函數，首先我們要將其進行線性化處理，處理方法如下:

對指數函數:

兩邊取自然對數后，得到下式:

，則:

通過轉變，式(2)則是式(1)的線性化方程，因此可按線性回歸的方法確定其參數。

根據 u'=lnu，t'= －1/t，求出 u'，t'的值，代入 Excel表格中，如圖3所示。

圖3 u′，t′數據值

根據圖3中的u'和t'的計算結果，點擊Excel菜單中的“工具”中的“數據分析”功能，選擇“回歸”分析，在分析窗口的Y值輸入區域選擇$D$2:$D$34;在X值輸入區域選擇$C$2:$C$34，得到回歸分析結果，見圖4。

圖4 回歸分析結果

由圖4回歸分析結果可知截距(intercept)lna=3.09，則a=21.98，變量(variable)b=5.22，代入式(1)則得到水平收斂觀測數據的回歸方程:u=21.98 × e－5.22/t;判定系數:r2=0.981 588 6;取t=∞，可得收斂位移值的終值u=21.98 mm。根據求得的a值和b值，同時可以得到表1數據。

表1 水平收斂數據處理表

根據表1數據可得圖5～圖8各關系圖。

圖5 回歸后收斂差值—時間關系圖

圖6 當日收斂速率—時間關系圖

圖7 平均收斂速率—時間關系圖

圖8 收斂回歸曲線圖

通過以上數據和圖表分析，得出表2量測數據。

表2 量測結果

處理結果如下:

推算出基本穩定時間:第33天以后，圍巖收斂值19.68 mm，收斂率 89.5% ＞80%;位移速度為 0.09 mm/d ＜0.1 mm/d，故圍巖基本穩定。

4 結語

通過以上方法可以做出地表沉降、水平收斂、拱頂下沉等監控量測數據的分析和處理，操作簡單，分析準確，只需利用Excel辦公軟件即可較快、較好的完成監控量測數據的分析處理，使隧道的監控量測更加的常規化，簡單化。因此，利用該方法進行隧道監控量測分析，是值得推廣和發展的。

［1］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［2］JTG/T F60-2009，公路隧道施工技術細則［S］.