维普资讯 http://www.cqvip.com ・６２・ 全国中文核心期刊 路基工程 ２００８年第５期（总第１４０期） 隧道拱部沉降施工监测与分析研究 徐摘要兮 重庆４０００７４） （重庆交通大学土木学院秉持数学理论与工程实践相结合之理念，根据施工现场的第一手资料，将隧道拱部沉降 的变化规律，回归为有效的数模，用以指导施工。 关键词 隧道 回归模型 沉降 １前言 界塘隧道贯通后，在ＺＫ１７３＋５４３截面拱部上选 众所周知，隧道开挖后，由于受重力、挤压力等 的影响，洞身会产生形变，这些形变是动态（随时间 变化）的和复杂的。如果不准确监控这些形变，根据 变形的状况采取正确的对策与组织施工，势必不能保 证施工质量，也不符合有关规范的规定。 鉴于上述原因，一俟完成隧道的开凿，即须实施 变形监测。监测的方式，是每问隔一段时间作定点重 复观测，直到获得足够的观测数据及变形基本停止为 止；根据观测数据进行数学方程回归拟合，并经过检 验验证，即得变形的最佳有效数模。毫无疑问，数模 揭示的是变形规律，遵循这个规律和参照观测值，就 能掌控隧道洞身的形变，判断掌子面是否稳定，对后 续施工做到心中有数。 隧洞的形变，主要由向下的重力和侧向的压力引 起，所以隧道的变形多表现为沉降与周边收敛。本文 以南方钟马高速公路界塘隧道为例，着重讨论沉降 问题。 定最高（中间）点Ａ，，在 ，两侧，距Ａ，点２～３ ｍ 水平距离处的拱部选定Ａ．、Ａ 点（见图１），做好标 记；使用全站仪读出Ａ，、Ａ 、Ａ 的高程 、 、 ； 第二天，同样测出 。、Ａ 、Ａ 之高程 、 、 ； 而日 一Ｈ ＝△即为拱部点的沉降值，用三点的△值 求平均值△，称为累计沉降值，以后每天如法炮制。 将三点当日的 与前一日的 相减，得出△，再求出 △值，均列于表１中，共１５组数据。可以认为，累 计沉降值就代表了该截面整个隧道拱部的沉降变形实 况（观测方法构思见参考文献［１］）。 ２数据获取和分析思路 徐兮，女，副教授。 －－ｔ ，▲ － ｆ １ｌ¨ －ｊ 图１观测点设置图 方法三，截水沟做成暗管式，见图９。 一覆土绿化 暗管 基础 图９暗管式处理截水沟示意图 图８截水沟进行盲沟式处理后的效果图 ４结语 学效果，是非常重要的。 参考文献： ［１］沈波，艾翠玲，徐岳基工程，２００７（２）． 对截水沟进行动态设计，可以弥补室内设计的一 些错漏，而通过对截水沟遮挡或暗埋等处理，可提高 截水沟的视觉效果。因此坚持动态设计，注重设计与 ｌｌＪ区公路路基排水系统灾害评价体系研究．路 ［２］公路路基设计规范（ＪＴＧ Ｄ３０—２００４） ［３］公路路基施工技术规范（ＪＴＧ ＦＩＯ一２００６）． 施工的技术细节，对确保截水沟的排水功能和提高美 收稿日期：２００７—０８—１６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐兮：隧道拱部沉降施工监测与分析研究 表１沉降变化分析表 时间累计沉回归分回归残 时间累计沉回归分回归残 ／ｄ 降／ｒａｍ析／ｒａｍ差ｔｌｉ／ｒａｍ ／ｄ降值／ｒａｍ析值／ｍｍ差ｖｉ／ｍｒｒ ｌ ０ —０ ５ —０ ５ ９ 一ｌ３．３ 一ｌ５．１ —１．８ ２ —２．７ —３．３ —０．６ ｌ０ —１３．Ｏ 一１５ ７ —２．７ ３ —７．０ —６．３ ＋０．７ ｌｌ 一１７．７ —１６．３ ＋１．４ ４ —１Ｏ ７ —８．８ ＋１．９ ｌ２ —１７．０ 一ｌ６．８ ＋０．２ ５ 一ｌ３．７ 一ｌ０．７ —３．Ｏ １３ 一ｌ６．７ —１７．２ 一Ｏ．５ ６ 一ｌ３．３ 一ｌ２．１ ＋１．２ １４ —１６．７ —１７．６ —０．９ ７ 一Ｊ４．０ 一ｌ３ ３ ＋Ｏ．７ １５ 一ｌ７．Ｏ 一１７．９ —０．９ ８ —１３．Ｏ 一１４．３ 一１．３ 考量隧拱的沉降，必须考虑两个因素，一是时 间，二是沉降量。用这两个参数拟合隧道拱部沉降变 化数模，该模型是否正确，要通过统计检验加以证 明，检验若证明模型有效，说明回归方程就是沉降实 况的正确表达式。在施工监测中，运用回归方程，代 入时问变量，求出各沉降的回归分析函数值，从而从 理论上预测沉降变化。将同一时间的累计沉降值与回 归分析值列表比较，其差值愈小，说明实际沉降愈趋 于稳定，若连续几天其差值均在ｌ ｍｍ以内，表明沉 降已经停止，隧拱形体已稳定，这时可放心展开二次 施工；若其差较大，表明实际沉降仍在进行中，稳定 还需时日，还须每天进行监测并加以分析；若其差值 突然增大，表明隧拱异常，是发生事故甚至坍塌的先 兆，就须采取恰当的措施避免之，以确保施工安全顺 利地进行 ３数学建模及检验 如图２所示，以累计沉降值／Ｌ（ｍｍ）为纵坐标， 以时间ｔ（ｄ）为横坐标，绘出累计沉降曲线（１线）。 由经验可知，变形模型为线性、圆（椭圆）、抛物 线、指数和对数五种曲线之一。通过沉降曲线图形判 读，排除线性模型，又经试拟合，得沉降曲线方程 ０ 宝 一４ 运 一８ 磐一１２ 一Ｉ６ －２０ 图２变形曲线图 式中， 量代换， 为＿ 氅蹩 詈 、 ， 。． 对（１） 两边取自然对数得 ， 性模型，作变 对隧 。ｌｎＨ＝ｌ ｎｒ』一 （２） …，４＝ｌｎａ， ：了ｔ 则（２）式整理为 先用６＝ ｔ 、 —ｎ 式求出６，再用（２）式 。求出ｎ，并代入（Ｉ）式，最后得沉降回归模型 Ｍ：２３．２５７４ｅ。 （４） 假定显著性水平为Ｏ／，以自由度ｎ一２为引数查 相关系数概率分布表，得其临界值为Ｐ。，若Ｐ ＞Ｐ。， 证明在 水平之下所建回归模型有效。 （ ，一 ）（Ｙ．一 ） 通过Ｐ ＝ √ （ ） ∑求出相关 （ｙ， ｉ性系数Ｐ．，．＝０．９６２０，以ｌ５—２为引数，查出相关性系 数分位值Ｐ ＝０．６４１，可知（４）式相关性很强，模 型显著有效。 将 值分别代人（４）式，得一系列沉降回归分 析值，列于表１并在图２中绘出拟合曲线（２线）。 回归分析值与累计沉降值之差，叫回归残差 见表 ｌ。经回归拟合度分析，得 ＾ ＝√ ＾√ 一１５ ２＿２ ～＿ ７ 拟合度小，证明（４）式显著有效。 本节公式推导、应用，可参阅文献［２］～文献 ［４］。 ４属 沉降情况判定 （１）从图２的２线，能够清楚直观地观察到指数 函数的变化规律，即变量愈小，函数的变化幅度愈 大，并且随变量的增加，函数的变化幅度愈小。 （２）图２的１线反映的是隧拱沉降实况，１～５ ｄ 沉降较快，５～１１ ｄ有一定的调整波动，ｌ１～１５ ｄ沉 降值互差未超过１ ｍｍ，且无突变。 （３）将１、２线作比较，可看出回归残差最大未 超过２ ｍｍ，证明洞身客观变形与预估理论变形较吻 合，综合（２）的分析，可断定工程安全。 （４）界塘隧道ＺＫ１７３＋５４３截面拱部沉降，在ｌ１ ｄ以后基本停止，拱体趋于稳定，为保险起见，在第 １５ ｄ实施后续工序，无论从保证工程质量，还是从工 期费用上计，都有益处。 （５）有关规范规定，隧道检测密度为２０～５０ ＩＴＩ， 多个截面（断面）的变形数模不止一种类型，即使 同一类型，系数也不相同，但万变不离其宗。 的数学理论和应用思路、过程，不仅有助于 薹 菥 ： 靠 善； 支 麓 ：… 一 施………， 。。 ［２］ －陶６３．本藻，邱卫宁，姚宜斌高等测最平差［Ｍ 北京：测绘 ４ 篙、… ‘８８最佳－９同０．归方法在工程中应用 重庆交通大学学报‘２ｏｏ５
