軟弱圍巖隧道收斂變形特性探究

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1、軟弱圍巖隧道收斂變形特性探究　　摘要：本文對(duì)某軟弱圍巖隧道V級(jí)軟弱大變形段五個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明：用指數(shù)型式的回歸函數(shù)得出的擬合結(jié)果最好，相關(guān)系數(shù)、回歸精度均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，以此回歸方程推求的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)和最終穩(wěn)定變形量與實(shí)際結(jié)果相符，可以為工程設(shè)計(jì)和施工提供有益的參考。關(guān)鍵字：軟弱圍巖；監(jiān)控量測(cè)；回歸分析中圖分類(lèi)號(hào)：[U25]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言：新奧法的特點(diǎn)是將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧道監(jiān)控量測(cè)貫穿于整個(gè)隧道施工中，最大限度的保留圍巖的自穩(wěn)能力，并充分利用監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，建立更加合理的支撐體系

2、[1-2]。監(jiān)控量測(cè)是新奧法施工的核心技術(shù)之一，量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理能夠從側(cè)面反映圍巖壓力對(duì)隧道斷面及整個(gè)隧道的影響，從而了解隧道在施工過(guò)程中圍巖壓力的變化[3-4]，為必要時(shí)及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)提供有力依據(jù)。9監(jiān)控量測(cè)變量之間是一種趨式性的關(guān)系[5-6]，為了讓監(jiān)測(cè)結(jié)果更好的指導(dǎo)隧道施工必須對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)處理，例如概率統(tǒng)計(jì)、回歸分析，并找出概率分布規(guī)律、時(shí)間—位移之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而獲得符合實(shí)際情況的函數(shù)關(guān)系曲線，找出圍巖變形隨時(shí)間變化的規(guī)律，并推算出變形的最終值。本文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自某軟巖隧道，該隧道地質(zhì)條

3、件非常復(fù)雜，按時(shí)代由新到老分別包括了第四系、二疊系、石炭系、泥盆系等不同時(shí)代的地層，隧道洞身穿越的主要是板巖及炭質(zhì)板巖區(qū)，占全隧的46.53%。選取該隧道V級(jí)軟弱圍巖段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，該區(qū)段為板巖、砂巖夾炭質(zhì)板巖，節(jié)理較發(fā)育。1圍巖變形監(jiān)控量測(cè)1.1監(jiān)控量測(cè)的目的及內(nèi)容：監(jiān)控量測(cè)結(jié)果可以判斷隧道開(kāi)挖后圍巖是否穩(wěn)定，可以規(guī)范隧道工程設(shè)計(jì)與施工；也可以為二襯施工提供合理的時(shí)機(jī)。此外，量測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理后，可以對(duì)圍巖的穩(wěn)定趨勢(shì)加以預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果可以作為施工方判斷施工安全與隧道穩(wěn)定的可靠依據(jù)。本文主要對(duì)拱頂下沉、隧道凈

4、空收斂進(jìn)行量測(cè)。1.2量測(cè)點(diǎn)布置：量測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置的形式如圖1所示。圖1隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置Fig1Layoutoftunnelmonitoringspots1.3監(jiān)控量測(cè)頻次9圍巖位移監(jiān)測(cè)頻率如表1。表1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率Table1Monitoringfrequencyofthemonitoringproject時(shí)段1～15d16～30d30～90d>90天次數(shù)1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月2量測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析在工程實(shí)踐中，變量之間多數(shù)不是線性關(guān)系，而是曲線關(guān)系。對(duì)曲線進(jìn)行回歸分析一般采用一元非線性

5、回歸——先選擇能代表變量之間內(nèi)在聯(lián)系的函數(shù)，再求出此函數(shù)中的未知數(shù)。即先把非線性函數(shù)變換成線性函數(shù)，再按線性函數(shù)求未知數(shù)的方法求出未知參數(shù)，從而得到曲線的回歸方程。此方程有沒(méi)有實(shí)際意義，還必須結(jié)合相關(guān)系數(shù)來(lái)判別。r的絕對(duì)值越接近于1，說(shuō)明變量之間的線性關(guān)系越好；r的絕對(duì)值接近于0，說(shuō)明變量之間沒(méi)有線性關(guān)系。此外，還應(yīng)結(jié)合回歸精度s進(jìn)行判斷，。下面選用指數(shù)函數(shù)、雙曲線函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)作為回歸函數(shù)進(jìn)行分析[7]。(1)指數(shù)函數(shù)表達(dá)式為引入輔助變量，可化為式中，按線性回歸計(jì)算方法求得，最終求得回歸系數(shù)，利用該指數(shù)表達(dá)式

6、可以預(yù)估隧道圍巖最終變形量的大小，即當(dāng)。9(2)雙曲線函數(shù)表達(dá)式為又，令,得,當(dāng)可預(yù)估隧道最終位移量，,。(3)對(duì)數(shù)函數(shù)表達(dá)式為，引入輔助變量則，按線性回歸計(jì)算公式求得。3監(jiān)控量測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理及回歸分析應(yīng)用3.1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況在隧道所處V級(jí)軟弱圍巖段布設(shè)五個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，里程為GDK307+250、GDK307+255、GDK307+260、GDK307+265、GDK307+270，選取典型斷面GDK307+260進(jìn)行分析。圖2GDK307+260斷面監(jiān)控量測(cè)實(shí)測(cè)曲線Fig2Mea

7、suredcurveofmonitoringandmeasuringofthesectionofGDK307+260從圖2可以看出，各測(cè)線的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)雖然有個(gè)別點(diǎn)偏離正常值范圍，但整體較符合“顯著變形——緩慢變形——基本穩(wěn)定”的變形規(guī)律。出現(xiàn)偏離點(diǎn)的原因可能是所測(cè)斷面由于施工機(jī)械作業(yè)、施工工序被擾動(dòng)而產(chǎn)生較大變形。取精度高的指數(shù)函數(shù)作為圍巖量測(cè)數(shù)據(jù)的回歸函數(shù)，根據(jù)回歸函數(shù)對(duì)圍巖的變形速率和最終變形做出預(yù)測(cè)。經(jīng)計(jì)算后得知，此斷面量測(cè)數(shù)據(jù)的回歸函數(shù)，說(shuō)明圍巖變形速率減小，圍巖趨于穩(wěn)定。此斷面三條測(cè)線的最終量測(cè)變形速率

8、均小于0.05mm/d，此斷面已經(jīng)可以進(jìn)行二次襯砌。93.2回歸分析本文選用隧道軟弱大變形段典型斷面GDK307+260實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。選用、及三種函數(shù)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，并選用精度最高的為其回歸方程。表2GDK307+260斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析結(jié)果Table2ResultsofregressionanalysisofmeasureddataofthesectionofGDK30