高速公路隧道施工监控拱顶变形特性

戴光明

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙　410008)



高速公路隧道施工监控拱顶变形特性

戴光明

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙410008)

摘要：对湖南某高速公路某隧道Ⅴ级围岩施工监控量测拱顶下沉数据的统计分析，发现基本稳定后的拱顶下沉数据符合对数正态分布。通过对数据的计算，推导出其对数正态分布的密度函数公式，计算出下沉特征值的概率，了解了整体岩体的周边位移变化特性，对隧道预留变形设计修正提供参考。

关键词：Ⅴ级围岩；拱顶下沉；对数正态分布；概率

1概述

隧道施工监控拱顶下沉速率及累计下沉量受围岩级别、应力、地下水等各种因素的影响，掌握围岩拱顶下沉特性，能够整体把握围岩的状况。湖南省某高速位于湖南东部山区，共有6座隧道，隧道段内地形起伏较大，山高坡陡。隧道围岩为强～弱风化板岩。灰黄色、褐黄色，岩石风化强烈，岩质极软，节理裂隙发育，裂隙面上可见泥质及褐红色铁锰质物充填，岩石破碎，地下水为基岩裂隙水，水量较小。其中某隧道净空宽11.0 m，高8.75 m，单洞长1 635 m，其中Ⅴ级围岩单洞长度821 m，隧道洞身埋深50～200 m。

2数据采集

2.1隧道拱顶下沉监测方法

按照《公路隧道施工技术细则》JTG F60-2009及设计文件要求对拱顶下沉监测点进行埋设。测量时可在洞内固定点设置临时水准点高程，再由内空临时水准点起测量拱顶下沉预埋件高程，通过计算前、后两次拱顶下沉预埋件高程的变化值即可算得拱顶下沉值。测试方法示意图如图1所示。

图1　拱顶下沉测试方法示意图

2.2监测数据及稳定判断

对拱顶下沉监测数据进行连续测量并计算，绘制累计下沉量—时间函数曲线，如图2。当下沉量变形速率小于0.2 mm/d或变形速率逐渐下降,即<0时，判断为拱顶下沉基本稳定。

根据某隧道开挖实际情况，结合监控量测技术要求，对昌蒲岭3#隧道Ⅴ级围岩拱顶下沉共监测了47个断面，基本稳定后的监测原始数据见表1。

图2　累计下沉量—时间函数曲线

序号监测断面累计下沉值/mm序号监测断面累计下沉值/mm序号监测断面累计下沉值/mm1YK38+89124.9917ZK39+1455.9633ZK39+1452.852YK38+92711.1518ZK39+15017.5534ZK39+1503.053YK38+9487.9919ZK39+1607.2735ZK39+1603.044YK38+97516.420ZK39+17020.3836ZK39+1703.555YK38+99725.3121ZK39+20017.6637ZK39+2002.846YK39+04810.4722ZK39+21012.6538ZK39+2102.87YK39+1722.6523ZK39+22015.1639ZK39+2202.88YK39+1971.724ZK39+2308.1140ZK39+2301.589YK39+6106.225ZK39+2408.441ZK39+24013.1410YK39+82010.6926ZK39+2507.6242ZK39+2502.5311YK39+8813.0227ZK39+2604.5143ZK39+2602.3712YK39+9294.8128ZK39+2700.9544ZK39+2703.2113YK39+9415.929ZK39+2801.9645ZK39+2805.9214YK40+3544.0330ZK39+2901.7646ZK39+2908.3415YK40+4062.7731ZK39+3002.1147ZK39+30012.6316YK40+4222.8932ZK39+3203.42

3数据的处理及分析

3.1数据的数理统计

从表1中可以看出累计下沉值比较凌乱，大小不一。但是把数据作为一个整体来考虑，把所有数值以某个数值段分类，则可得出数值在各个值段的个数。数值段的个数称为组数，每个值段包含的数值个数称为频数。各值段频数结果见表2。

3.2绘制频数直方图

《公路隧道设计规范》JTG D70-2004规定，对于两车道ⅴ级围岩隧道预留变形量为80～120 mm，围岩完整取小值，围岩破碎取大值，根据实际情况，这里预留变形量U0取100 mm。

《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60-2009位移等级管理中，U<(U0/3),可正常施工；(U0/3)≤U≤(U02/3)应加强支护；U>(U02/3)应采取特殊措施。

因此，可对(U0/3)、(U02/3)及最大累计下沉量25.31 mm进行概率计算，通过计算可得：

P(0

P(0

P(0

通过拱顶下沉量概率计算，表明拱顶稳定下沉量大于25.31 mm、33.3 mm、66.6 mm的概率分别为9.9%、6.4%、1.8%。说明隧道各处累积下沉量小于25.31 mm的概率为90.1%，因此设计预留变形量80～120 mm变大，可以据此对隧道预留变形量进行变更设计，对隧道的二次支护时间及施工进度进行合理调整。

表2　累计下沉量数值段频数统计表

4结束语

通过对隧道拱顶累积下沉量的数理统计分析，了解了累积下沉量具有对数正态分布变形特性。对不同累积下沉量的概率计算，可以对隧道围岩的变形特性进行整体把握，从而对隧道预留变形量进行变更设计，对隧道的二次支护时间及施工进度进行合理调整。对类似围岩特征的隧道开挖具有参考作用。

参考文献：

[1]盛骤，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计·4版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黄运飞，冯 静.计算工程地质学[M].北京：兵器工业出版社，1992.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工技术规范(JTG F60-2009)[S].北京：人民交通出版社，2009.

[4]中华人民共和国交通运输部.公路隧道设计规范(JTG D40-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

Analysis on monitoring vault deformation characteristics in highway tunnel construction

DAI Guang-ming

(Transportation Planning Survey and Design Institute of Hunan Province，Changsha，Hunan 410008，China)

Abstract:By the statistical analysis of certain expressway certain tunnel V level surrounding rock construction monitoring measurement vault settlement data in Hunan province, it was found that the basic stable vault settlement data accord with logarithmic normal distribution. By calculation of data, which can derive the density function formula with logarithmic normal distribution, calculate the probability of settlement eigenvalue, investigate the peripheral displacement change characteristic of whole rock, and provide reference of design correction of tunnel reservation deformation.

Keywords:V level surrounding rock; vault settlement; logarithmic normal distribution; probability

中图分类号：U450

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)01-0116-02

作者简介：戴光明(1969-)，男，湖南隆回人，工程师，主要从事公路材料、桥梁、隧道等交通土建工程试验检测与研究。

收稿日期：2015-05-28