隧道工程的量测数据分析与反馈

在现场的监控量测过程中，要尽量保证数据的准确性，观测后应在现场及时计算、校核，如果有异常现象，必须重新进行观测、校核，直至取得可靠数据。监控量测数据取得后，应及时进行分析处理。首先，应对监控量测数据进行校核，排除仪器、读数等操作过程中的误差，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监控量测数据的可靠性和完整性；其次，要对监控量测数据进行整理，包括各种物理量计算、图表制作等；最后，进行数据分析，通常采用比较法、作图法和数值计算法等，分析各个监控量测物理量值大小、变化规律、发展趋势。

施工过程中监控量测数据的分析分为实时分析和阶段分析。

实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，主要分析施工对结构和周边环境的影响，发现安全隐患应及时分析原因，采取措施，并提交异常报告。

阶段分析：经过一段时间后，根据大量的监控量测数据及相关资料等进行综合分析，总结施工对周围地层影响的一般规律，指导下一阶段施工。阶段分析一般采用周报、月报形式，或根据工程施工需要不定期进行，最终提出指导施工和优化设计的建议。

量测数据反馈于设计、施工，是监控设计的重要一环。当前工程中采用的量测数据反馈设计的方法主要是定性的，即依据经验和理论上的推理来建立一些准则。根据量测的数据和这些准则即可修正设计支护参数和调整施工措施。

1．地质预报反馈

地质预报就是根据地质素描来预测预报开挖面前方围岩的地质状况，以便考虑选择适当的施工方案调整各项施工措施，包括：① 在洞内直观评价当前已暴露围岩的稳定状态，检验和修正初步的围岩分类；② 根据修正的围岩分类，检验初步设计的支护参数是否合理，如不恰当，则应予以修正；③ 直观检验初期支护的实际工作状态；④ 根据当前围岩的地质特征，推断前方一定范围内围岩的地质特征，进行地质预报，防范不良地质突然出现；⑤ 根据地质预报，并结合对已作初期支护实际工作状态的评价，预先确定下一循环的支护参数和施工措施；⑥ 配合量测工作，进行测试位置选取和量测成果的分析。

2．周边位移及拱顶下沉分析与反馈

周边位移是围岩动态的最显著表现，所以隧道工程现场量测主要以围岩周边位移作为围岩稳定性评价及围岩稳定状态判断的指标。可以根据监控量测数据绘制时间-位移散点图和距离-位移散点图，如图8-6-8所示；然后根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数进行回归分析，对最大值（最终值）进行预测，并与控制标准值进行比较，结合施工工况综合分析围岩与支护结构的工作状态。如果位移曲线正常，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效可靠的；如果位移出现反常的急骤增长现象（出现了反弯点），表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程措施。

（1）量测数据的整理。

量测数据的整理可用Excel等软件编制程序进行数据分析，需要提供以下几种结果：① 绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线，即时态曲线；② 绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线；③ 绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上的分布图。

当观测数据趋于平缓时，进行回归分析，推算出最终值和变化规律。回归函数有一元线性回归函数和一元非线性回归函数，隧道工程量测中回归函数常用的有对数型、指数型和双曲型等。

图8-6-8　时间-位移曲线和距离-位移曲线

① 对数函数，如

② 指数函数，如

③ 双曲函数，如：

式中　a、b——回归常数；

t——初始读数后的时间（d）；

u——位移值（mm）。

可根据实际量测情况，选择三种非线性函数中精度最高者进行，观测数据不宜少于25个。回归结果表明：对数函数用于初期变形可取得较高的回归精度；基本稳定后因对数函数为发散型函数，与实测值有较大偏差，而此时采用指数函数可获得较满意的结果；而双曲函数则可预计最终位移值（t=∞时，）。(www.xing528.com)

（2）周边位移收敛标准。

用围岩的位移来判断其稳定状态，关键是要确定一个“判断标准”（或称为“收敛标准”），即判断围岩稳定与否的界限。它包括三个方面，即位移量（绝对或相对）、位移速率、位移加速度，可参见6.5节经验反馈法部分内容，我国《铁路隧道施工规范》和《公路隧道施工技术规范》都有规定。

工程实践经验表明，各项位移达到基本稳定的时间一般是一个月以内，且回归值与实测值很接近。从其位移速度与时间关系曲线显示出，位移的发展具有明显的阶段性。因此，可在实测资料的基础上，依据位移速度将位移的发展划分为三个阶段，即急剧变位、缓慢变位、基本稳定三个阶段，其围岩稳定性判据如表8-6-4所示。

表8-6-4　围岩稳定性判据

隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小于表8-6-5所列数值。该表所列数值是在统计和分析了国内许多隧道的量测数据后得到的，可作为应用的依据，同时可根据实测数据的分析进行修正。

当位移速度无明显下降，而此时实测相对位移值已接近表中规定的数值或者支护混凝土表面已出现明显裂缝时，必须立即采取补强措施，并改变施工方法或设计参数。

表8-6-5　隧道周边允许相对位移值（%）

注：① 相对位移值系指实测位移值与两测点间距离之比或拱顶位移实测值与隧道宽度之比；② 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值；③ Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ级围岩可按工程类比原则选定允许值范围。

位移控制标准还要根据测点距开挖面的距离确定。有关研究表明：在距工作面1B和2B处的位移值分别约占规定的极限位移量的65% 和90%，距开挖面较远时，围岩和初期支护变形基本稳定，即为占极限位移量的100%。

（3）量测数据的应用。

根据量测数据进行工程安全性评价，可根据设计位移基准分为三个等级。工程安全性评价流程如图8-6-9所示，工程安全性评价及工程对策如表8-6-6所示。

图8-6-9　工程安全性评价流程

如果为Ⅲ级对应情况，则可以认为围岩是稳定的，初期支护是成功的。如果表现出稳定性较好，则可以考虑适当加大循环进尺。如果为Ⅱ级对应情况，而评估认为位移值超过允许值不多，且初期支护中的喷射混凝土未出现明显开裂，则一般可不予补强。如果位移与上述情况相反，则应采取处理措施，例如：在支护参数方面，可以增强锚杆，加钢筋网喷混凝土、加钢支撑、增设临时仰拱等；在施工措施方面，可以缩短从开挖到支护的时间，提前打锚杆，提前设仰拱，缩短开挖台阶长度和台阶数，增设超前支护等。如果为Ⅰ级对应情况，则按照表8-6-6采取工程对策。

另外，位移量测结果可以用来指导内层衬砌的施作时间，详见8.8节。

表8-6-6　工程安全性评价及工程对策

注：B为隧道最大开挖宽度；U为实测位移值；　U1B、　U2B为位移基准值。

3．地表下沉分析与反馈

对于浅埋隧道，可能由于隧道的开挖而引起上覆岩体的下沉，致使地面建筑的破坏和地面环境的改变。因此，地表下沉的量测监控对于地面有建筑物的浅埋隧道和城市地下通道尤为重要。

如果量测结果表明地表下沉量不大，能满足限制性要求，则说明支护参数和施工措施是适当的；如果地表下沉量大或出现增加的趋势，则应加强支护和调整施工措施，如适当加喷混凝土、增设锚杆、加钢筋网、加钢支撑、超前支护等，或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱，甚至预注浆加固围岩等。

另外，还应注意对浅埋隧道的横向地表位移进行观测。横向地表位移带发生在浅埋偏压隧道工程中，其处理较为复杂，应加强治理偏压的对策研究。