回歸分析在隧道監(jiān)控量測(cè)中的應(yīng)用

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1、回歸分析在隧道監(jiān)控量測(cè)中的應(yīng)用摘要：全而闡述了圍巖變形量測(cè)的概念及對(duì)于隧道施工的重要作用。并介紹了回歸分析法分析在某隧道施工監(jiān)控量測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性可靠度進(jìn)行評(píng)價(jià)，為類似隧道施工提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：回歸分析隧道監(jiān)控量測(cè)應(yīng)用中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A前言：現(xiàn)代隧道的開挖主要采用新奧法，提到新奧法就無法避免監(jiān)控量測(cè)的討論，監(jiān)控量測(cè)這個(gè)名詞在隧道工程中出現(xiàn)的頻率很高。但隧道工程師理解監(jiān)控量測(cè)的含義各有千秋，有人認(rèn)為監(jiān)控量測(cè)只是科研的一種手段，持這種觀點(diǎn)的不在少數(shù)。由于隧道圍巖的極其不確定性，從理論上很難準(zhǔn)確計(jì)算圍巖的變形情況

2、，可見監(jiān)控量測(cè)不僅可以第一時(shí)間判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性，也可測(cè)量出圍巖的變形情況。由于監(jiān)控量測(cè)采集數(shù)據(jù)的局限性，布置測(cè)點(diǎn)之前既有部分位移發(fā)生，故需要一定的數(shù)值分析方法計(jì)算圍巖總的變形量即預(yù)測(cè)累計(jì)變形量。常用的數(shù)值分析方法多采用回歸分析。一、監(jiān)測(cè)手段5隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)涉及的內(nèi)容較多，但較經(jīng)濟(jì)及直觀的有周邊位移收斂和拱頂下沉，此兩項(xiàng)主要量測(cè)隧道圍巖的位移變化情況。監(jiān)測(cè)儀器主要有收斂計(jì)、水平儀和全站儀，其中收斂計(jì)和水平儀屬于接觸式測(cè)量，受隧道施工干擾較人，全站儀屬于非接觸式量測(cè)，受隧道施工干擾較小。二、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)

3、目有必測(cè)項(xiàng)目4個(gè)、選測(cè)項(xiàng)目11個(gè)。全部15個(gè)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目中，涉及到位移或應(yīng)力觀測(cè)的項(xiàng)目有11個(gè)，其中必測(cè)項(xiàng)目3個(gè)、選測(cè)項(xiàng)目8個(gè)。一般地，對(duì)于絕大多數(shù)趨于穩(wěn)定的隧道斷面，各種觀測(cè)位移、應(yīng)力的量測(cè)項(xiàng)目具有以下幾條分布特點(diǎn):1、開始階段量測(cè)值變化大，到一定時(shí)段就逐漸變小，直至停止變化(穩(wěn)定狀態(tài))，參見圖1(a)、(b)。圖1時(shí)間位移典型曲線2、量值具有一定離散性，量值變化具有一定程度上的跳躍性，這種量值的離散性或跳躍性隨著量值變化率減小而減小。3、量值變化具有一定的規(guī)律性，可以用合適的數(shù)學(xué)模型擬合、表示。當(dāng)然，對(duì)于因?yàn)樗淼绹鷰r自穩(wěn)時(shí)間太短

4、或支護(hù)不當(dāng)而失穩(wěn)的情形，則不具備上述特點(diǎn)，參見圖1(c)、(d)。三、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析的必要性對(duì)于觀測(cè)位移或應(yīng)力的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，除進(jìn)行一般性的圖示和分析，進(jìn)行回歸分析是行之有效的方法手段。51、采用合適的回歸模型、計(jì)算出正確的待擬合參數(shù)，將離散的數(shù)據(jù)用一定的數(shù)學(xué)模型反映出其規(guī)律性，有利于客觀地反映監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，直觀、形象地反映出被監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)。2、回歸分析有利于科學(xué)、客觀地分析被監(jiān)測(cè)對(duì)象位移(形變)、應(yīng)力的變化趨勢(shì)，判斷穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)發(fā)展規(guī)律和最終位移、應(yīng)力值。采用回歸模型，預(yù)測(cè)的唯一性或者說穩(wěn)定性較好;如果沒有數(shù)學(xué)模型，則

5、預(yù)測(cè)的人為因素會(huì)較大。3、回歸分析有利于根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)目前支護(hù)方式的有效性、圍巖的穩(wěn)定性，并有針對(duì)地及時(shí)采取或調(diào)整施工和支護(hù)方案、工藝。4、回歸分析是監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(軟件及硬件)的重要內(nèi)容?？梢愿鶕?jù)回歸結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果，智能化地評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)適宜性、建議調(diào)整施工方案等。四、數(shù)據(jù)處理1、回歸分析回歸分析是確定兩種或兩種以上變數(shù)間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。在隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析中主要處理變形量和時(shí)間的關(guān)系，即是采用u=f5(t)函數(shù)對(duì)采集的位移一時(shí)間散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合。鑒于實(shí)際監(jiān)控過程，隧道圍巖實(shí)際變形主

6、要分為兩個(gè)部分:圍巖開挖前的位移uc和圍巖開挖后的位移u1其中圍巖開挖后的位移u1又分為可量測(cè)位移u1和受施工因素不可量測(cè)位移u2。故圍巖總位移?？捎靡韵鹿奖硎?在隧道監(jiān)控中的回歸函數(shù)多采用以下指數(shù)函數(shù):2、實(shí)例分析通過某高速公路擴(kuò)建工程丹坑隧道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為算例，表1給出隧道的拱頂下沉測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。表1某隧道V級(jí)圍巖拱頂沉降實(shí)測(cè)時(shí)間一位移數(shù)據(jù)由表1可知掌子而開挖滯后第三天開始采集數(shù)據(jù)，即開挖后三天變化量為測(cè)得。通過origin數(shù)據(jù)處理軟件繪制出實(shí)測(cè)曲線和回歸分析曲線關(guān)系，見圖2圖2實(shí)測(cè)曲線和回歸分析曲線關(guān)系同時(shí)得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)期間回歸

7、公式為:當(dāng)時(shí)間趨于無窮大認(rèn)為圍巖穩(wěn)定，即可量測(cè)的最大值為A=86.48mm.通過式(3)可得掌子面開挖滯后三天內(nèi)的變化量為:掌子面圍巖開挖后拱頂沉降變化量.3、總位移求解由式(1)可知:求得總位移需計(jì)算出掌子面圍巖開挖前圍巖的變形量uc,uc的求解主要通過經(jīng)驗(yàn)及數(shù)值方法計(jì)算其與掌子面圍巖開挖后拱頂沉降變化量(u1+u2)的關(guān)系:式(4)中λ表示掌子面圍巖開挖前圍巖的變形量uc占總位移u的比例，依據(jù)文獻(xiàn)可取λ=0.5286，依據(jù)式(4)可得:uc=37.85mm，故總位移u=132.34mm.可見對(duì)于監(jiān)控量測(cè)可測(cè)得位移變形只有u1=8

8、6.48mm其實(shí)圍巖總位移變形達(dá)到u=132.34mm，通過分析圍巖總位移變形量結(jié)合圍巖巖性判斷圍巖穩(wěn)定性對(duì)后期施工具有重要意義。結(jié)語：通過對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的回歸分析，可以知道數(shù)據(jù)變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，預(yù)測(cè)特定時(shí)間量測(cè)值和最終量測(cè)值，為工程施