基于现场监控的隧道围岩稳定性分析研究

赵 丽 娜

(山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

岢临高速公路龙王庙隧道起讫点桩号K79+450～K80+130，全长680 m，隧道穿越溶洞发育地区，施工区域地形起伏较大，最大高差达到126 m。隧道围岩等级主要为Ⅲ级围岩，个别地段为Ⅳ级，岩石遇水易软化崩解，隧道围岩整体完整性较好，局部较破碎，岩层产状较陡，稳定性相对较好。为检验隧道围岩的稳定性，在施工过程中开展监控量测。以周边位移监测数据为研究对象，对数据进行回归分析，绘制变形曲线，对隧道围岩变形情况进行分析，判断隧道围岩的稳定性。

2 施工现场监控量测方案

2.1 测点布设

在隧道施工中进行监控量测，考虑到隧道围岩等级主要为Ⅲ级围岩，该隧道施工过程主要进行必测项目的量测。隧道纵断面量测间距一般为20 m～50 m，浅埋洞口段和软弱结构层地段量测间距不大于20 m。本隧道围岩等级为Ⅲ级围岩，量测间距为20 m～30 m，洞口浅埋段量测间距为10 m。

隧道周边位移测线数量通过开挖方法确定，全断面法开挖断面布置一条测线，台阶法开挖断面布置两条测线，在拱腰和边墙部位各设1条水平测线。拱顶下沉量测断面一般与周边位移量测布置在同一监测断面，也可根据实际情况在拱部合理增设测点。地表下沉量测布置在隧道洞口浅埋段，测点布置范围为2B～5B，测点应在初期支护完成后3 h内布设，并应尽可能布置在距开挖面2 m范围内，拱顶下沉、周边位移测点布置如图1所示。开挖12 h内完成测点布置并进行首次观测，作为初始数据。

2.2 监测频率

隧道监控量测必测项目的监测频率应根据测点位移变化速度、与开挖面距离确定，并取二者频率大的作为实际量测频率。当隧道围岩地质条件差或隧道初期支护结构不稳定时，围岩变形较大时，应适当增加量测次数，隧道周边位移量测频率选择标准如表1所示。

表1 隧道周边位移量测频率选择标准

3 隧道量测数据分析与围岩稳定性分析

3.1 现场实测数据分析

本隧道周边位移变化相对较大，选取K79+600断面周边位移量测数据进行回归分析，周边位移量测值如表2所示，绘制累计位移值—时间变化曲线如图2所示。

表2 隧道周边位移量测数据

从表2数据和图2曲线可以看出，K79+600周边位移前5 d增长速度较快，5 d～11 d位移变化速度趋缓，11 d～20 d位移变化趋于稳定，说明可进行二次衬砌和防水层施工。

3.2 数据回归分析

对隧道监控量测数据进行回归分析，确定隧道围岩的变形情况，分析确定隧道围岩的稳定性。监控量测数据在采集过程中由于受到很多外界因素的影响，存在一定的离散性和波动性，所绘制的变化曲线不规则，必须进行处理。现阶段数据处理的方法主要采用回归分析法，常用的函数有指数函数、对数函数、双曲函数。通过对量测数据进行线性分析，拟合后确定数据变化趋势，确定回归曲线，将变形曲线与回归曲线分析后确定隧道围岩的稳定性。

结合隧道周边位移量测数据，分析累计位移值—时间曲线，对数据进行处理和回归分析，分析隧道周边位移随时间变化规律，确定最终位移值。通过对表2所列数据进行回归分析，并采用最小二乘法进行数据拟合，得到函数回归方程和相关系数r如表3所示。

表3 隧道周边位移监测数据回归分析与拟合结果

3个回归方程中对数函数的相关系数r数值最大，回归精度最高，因此选取对数函数进行回归函数拟合，拟合结果如图3所示。

3.3 围岩稳定性分析

收集隧道周边位移的监测数据，根据拟合结果进行分析，分析隧道位移的变化情况确定围岩的稳定性。数据拟合结果表明，量测断面周边位移量测值明显降低，且在11 d以后逐渐趋于稳定。根据20 d的量测数据结果，可以得出隧道周边位移值已经达到了预计变形量的80%～90%，周边位移变化速率小于0.1 mm/d～0.2 mm/d，满足二次衬砌施工的基本要求。

计算对数函数回归方程的极限，得出K79+600断面隧道周边位移最终位移值为：

K79+600断面隧道周边位移第20天量测值3.99 mm，收敛度为3.99/4.68=85.3%，且位移变化速度小于规范要求的0.2 mm/d，说明周边位移变化情况满足规范要求。结合其他几项必测项目量测结果，得出隧道初期支护结构可以保证隧道围岩稳定，可进行下一道工序二衬施工。

4 结语

文章结合岢临高速公路龙王庙隧道施工监控量测实践，采用最小二乘法K79+600断面隧道周边位移量测数据进行回归分析，得出以下结论：

1)结合隧道周边位移量测数据和累计位移值—时间变化曲线，前5 d增长速度较快，5 d～11 d位移变化速度趋缓，11 d～20 d位移变化趋于稳定，说明隧道周边位移变形已趋于稳定；

2)根据量测数据回归分析结果，观测期内隧道周边位移变形趋于稳定，收敛度达到了85.3%，且位移变化速度小于0.2 mm/d，说明隧道围岩变形稳定，可进行二次衬砌施工。