戴光明

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙　410008)

?

高速公路隧道施工監(jiān)控拱頂變形特性

戴光明

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙410008)

摘要：對(duì)湖南某高速公路某隧道Ⅴ級(jí)圍巖施工監(jiān)控量測(cè)拱頂下沉數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)基本穩(wěn)定后的拱頂下沉數(shù)據(jù)符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算，推導(dǎo)出其對(duì)數(shù)正態(tài)分布的密度函數(shù)公式，計(jì)算出下沉特征值的概率，了解了整體巖體的周邊位移變化特性，對(duì)隧道預(yù)留變形設(shè)計(jì)修正提供參考。

關(guān)鍵詞：Ⅴ級(jí)圍巖；拱頂下沉；對(duì)數(shù)正態(tài)分布；概率

1概述

隧道施工監(jiān)控拱頂下沉速率及累計(jì)下沉量受圍巖級(jí)別、應(yīng)力、地下水等各種因素的影響，掌握圍巖拱頂下沉特性，能夠整體把握圍巖的狀況。湖南省某高速位于湖南東部山區(qū)，共有6座隧道，隧道段內(nèi)地形起伏較大，山高坡陡。隧道圍巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化板巖?；尹S色、褐黃色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖質(zhì)極軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面上可見泥質(zhì)及褐紅色鐵錳質(zhì)物充填，巖石破碎，地下水為基巖裂隙水，水量較小。其中某隧道凈空寬11.0 m，高8.75 m，單洞長(zhǎng)1 635 m，其中Ⅴ級(jí)圍巖單洞長(zhǎng)度821 m，隧道洞身埋深50～200 m。

2數(shù)據(jù)采集

2.1隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)方法

按照《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》JTG F60-2009及設(shè)計(jì)文件要求對(duì)拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行埋設(shè)。測(cè)量時(shí)可在洞內(nèi)固定點(diǎn)設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)高程，再由內(nèi)空臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)量拱頂下沉預(yù)埋件高程，通過計(jì)算前、后兩次拱頂下沉預(yù)埋件高程的變化值即可算得拱頂下沉值。測(cè)試方法示意圖如圖1所示。

圖1　拱頂下沉測(cè)試方法示意圖

2.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及穩(wěn)定判斷

對(duì)拱頂下沉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量并計(jì)算，繪制累計(jì)下沉量—時(shí)間函數(shù)曲線，如圖2。當(dāng)下沉量變形速率小于0.2 mm/d或變形速率逐漸下降,即<0時(shí)，判斷為拱頂下沉基本穩(wěn)定。

根據(jù)某隧道開挖實(shí)際情況，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)技術(shù)要求，對(duì)昌蒲嶺3#隧道Ⅴ級(jí)圍巖拱頂下沉共監(jiān)測(cè)了47個(gè)斷面，基本穩(wěn)定后的監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)見表1。

圖2　累計(jì)下沉量—時(shí)間函數(shù)曲線

序號(hào)監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)下沉值/mm序號(hào)監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)下沉值/mm序號(hào)監(jiān)測(cè)斷面累計(jì)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數(shù)據(jù)的處理及分析

3.1數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)

從表1中可以看出累計(jì)下沉值比較凌亂，大小不一。但是把數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體來考慮，把所有數(shù)值以某個(gè)數(shù)值段分類，則可得出數(shù)值在各個(gè)值段的個(gè)數(shù)。數(shù)值段的個(gè)數(shù)稱為組數(shù)，每個(gè)值段包含的數(shù)值個(gè)數(shù)稱為頻數(shù)。各值段頻數(shù)結(jié)果見表2。

3.2繪制頻數(shù)直方圖

《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D70-2004規(guī)定，對(duì)于兩車道ⅴ級(jí)圍巖隧道預(yù)留變形量為80～120 mm，圍巖完整取小值，圍巖破碎取大值，根據(jù)實(shí)際情況，這里預(yù)留變形量U0取100 mm。

《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》JTG/T F60-2009位移等級(jí)管理中，U<(U0/3),可正常施工；(U0/3)≤U≤(U02/3)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；U>(U02/3)應(yīng)采取特殊措施。

因此，可對(duì)(U0/3)、(U02/3)及最大累計(jì)下沉量25.31 mm進(jìn)行概率計(jì)算，通過計(jì)算可得：

P(0

P(0

P(0

通過拱頂下沉量概率計(jì)算，表明拱頂穩(wěn)定下沉量大于25.31 mm、33.3 mm、66.6 mm的概率分別為9.9%、6.4%、1.8%。說明隧道各處累積下沉量小于25.31 mm的概率為90.1%，因此設(shè)計(jì)預(yù)留變形量80～120 mm變大，可以據(jù)此對(duì)隧道預(yù)留變形量進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，對(duì)隧道的二次支護(hù)時(shí)間及施工進(jìn)度進(jìn)行合理調(diào)整。

表2　累計(jì)下沉量數(shù)值段頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4結(jié)束語

通過對(duì)隧道拱頂累積下沉量的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，了解了累積下沉量具有對(duì)數(shù)正態(tài)分布變形特性。對(duì)不同累積下沉量的概率計(jì)算，可以對(duì)隧道圍巖的變形特性進(jìn)行整體把握，從而對(duì)隧道預(yù)留變形量進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，對(duì)隧道的二次支護(hù)時(shí)間及施工進(jìn)度進(jìn)行合理調(diào)整。對(duì)類似圍巖特征的隧道開挖具有參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛驟，謝式千，潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)·4版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃運(yùn)飛，馮 靜.計(jì)算工程地質(zhì)學(xué)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1992.

[3]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F60-2009)[S].北京：人民交通出版社，2009.

[4]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)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

中圖分類號(hào)：U450

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0116-02

作者簡(jiǎn)介：戴光明(1969-)，男，湖南隆回人，工程師，主要從事公路材料、橋梁、隧道等交通土建工程試驗(yàn)檢測(cè)與研究。

收稿日期：2015-05-28