基于現場監控的隧道圍巖穩定性分析研究

趙 麗 娜

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

岢臨高速公路龍王廟隧道起訖點樁號K79+450～K80+130，全長680 m，隧道穿越溶洞發育地區，施工區域地形起伏較大，最大高差達到126 m。隧道圍巖等級主要為Ⅲ級圍巖，個別地段為Ⅳ級，巖石遇水易軟化崩解，隧道圍巖整體完整性較好，局部較破碎，巖層產狀較陡，穩定性相對較好。為檢驗隧道圍巖的穩定性，在施工過程中開展監控量測。以周邊位移監測數據為研究對象，對數據進行回歸分析，繪制變形曲線，對隧道圍巖變形情況進行分析，判斷隧道圍巖的穩定性。

2 施工現場監控量測方案

2.1 測點布設

在隧道施工中進行監控量測，考慮到隧道圍巖等級主要為Ⅲ級圍巖，該隧道施工過程主要進行必測項目的量測。隧道縱斷面量測間距一般為20 m～50 m，淺埋洞口段和軟弱結構層地段量測間距不大于20 m。本隧道圍巖等級為Ⅲ級圍巖，量測間距為20 m～30 m，洞口淺埋段量測間距為10 m。

隧道周邊位移測線數量通過開挖方法確定，全斷面法開挖斷面布置一條測線，臺階法開挖斷面布置兩條測線，在拱腰和邊墻部位各設1條水平測線。拱頂下沉量測斷面一般與周邊位移量測布置在同一監測斷面，也可根據實際情況在拱部合理增設測點。地表下沉量測布置在隧道洞口淺埋段，測點布置范圍為2B～5B，測點應在初期支護完成后3 h內布設，并應盡可能布置在距開挖面2 m范圍內，拱頂下沉、周邊位移測點布置如圖1所示。開挖12 h內完成測點布置并進行首次觀測，作為初始數據。

2.2 監測頻率

隧道監控量測必測項目的監測頻率應根據測點位移變化速度、與開挖面距離確定，并取二者頻率大的作為實際量測頻率。當隧道圍巖地質條件差或隧道初期支護結構不穩定時，圍巖變形較大時，應適當增加量測次數，隧道周邊位移量測頻率選擇標準如表1所示。

表1 隧道周邊位移量測頻率選擇標準

3 隧道量測數據分析與圍巖穩定性分析

3.1 現場實測數據分析

本隧道周邊位移變化相對較大，選取K79+600斷面周邊位移量測數據進行回歸分析，周邊位移量測值如表2所示，繪制累計位移值—時間變化曲線如圖2所示。

表2 隧道周邊位移量測數據

從表2數據和圖2曲線可以看出，K79+600周邊位移前5 d增長速度較快，5 d～11 d位移變化速度趨緩，11 d～20 d位移變化趨于穩定，說明可進行二次襯砌和防水層施工。

3.2 數據回歸分析

對隧道監控量測數據進行回歸分析，確定隧道圍巖的變形情況，分析確定隧道圍巖的穩定性。監控量測數據在采集過程中由于受到很多外界因素的影響，存在一定的離散性和波動性，所繪制的變化曲線不規則，必須進行處理?，F階段數據處理的方法主要采用回歸分析法，常用的函數有指數函數、對數函數、雙曲函數。通過對量測數據進行線性分析，擬合后確定數據變化趨勢，確定回歸曲線，將變形曲線與回歸曲線分析后確定隧道圍巖的穩定性。

結合隧道周邊位移量測數據，分析累計位移值—時間曲線，對數據進行處理和回歸分析，分析隧道周邊位移隨時間變化規律，確定最終位移值。通過對表2所列數據進行回歸分析，并采用最小二乘法進行數據擬合，得到函數回歸方程和相關系數r如表3所示。

表3 隧道周邊位移監測數據回歸分析與擬合結果

3個回歸方程中對數函數的相關系數r數值最大，回歸精度最高，因此選取對數函數進行回歸函數擬合，擬合結果如圖3所示。

3.3 圍巖穩定性分析

收集隧道周邊位移的監測數據，根據擬合結果進行分析，分析隧道位移的變化情況確定圍巖的穩定性。數據擬合結果表明，量測斷面周邊位移量測值明顯降低，且在11 d以后逐漸趨于穩定。根據20 d的量測數據結果，可以得出隧道周邊位移值已經達到了預計變形量的80%～90%，周邊位移變化速率小于0.1 mm/d～0.2 mm/d，滿足二次襯砌施工的基本要求。

計算對數函數回歸方程的極限，得出K79+600斷面隧道周邊位移最終位移值為：

K79+600斷面隧道周邊位移第20天量測值3.99 mm，收斂度為3.99/4.68=85.3%，且位移變化速度小于規范要求的0.2 mm/d，說明周邊位移變化情況滿足規范要求。結合其他幾項必測項目量測結果，得出隧道初期支護結構可以保證隧道圍巖穩定，可進行下一道工序二襯施工。

4 結語

文章結合岢臨高速公路龍王廟隧道施工監控量測實踐，采用最小二乘法K79+600斷面隧道周邊位移量測數據進行回歸分析，得出以下結論：

1)結合隧道周邊位移量測數據和累計位移值—時間變化曲線，前5 d增長速度較快，5 d～11 d位移變化速度趨緩，11 d～20 d位移變化趨于穩定，說明隧道周邊位移變形已趨于穩定；

2)根據量測數據回歸分析結果，觀測期內隧道周邊位移變形趨于穩定，收斂度達到了85.3%，且位移變化速度小于0.2 mm/d，說明隧道圍巖變形穩定，可進行二次襯砌施工。