1、 变形监测概述、项目及分类1 量测数据处理2变形监测就是指利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和对变形体变形的发展态势进行预测等各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。变形监测工作的意义主要表现在两个方面：首先是掌握工程建筑物的稳定性，为安全运行提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是提高工程设计的理论，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。任务介绍任务介绍本任务主要介绍变形监测的概念及形成原因，变形监测的目的及基本原则，变形监测的项目和分类。通过本任务的学习，学生能掌握隧道收敛位移量测
2、、拱顶下沉量测、地表下沉量测、锚杆抗拔量测的目的和方法。任务目标任务目标理解变形监测的概念及形成原因。明确变形监测的目的及基本原则。了解变形监测的必测项目和选测项目。掌握隧道收敛位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、锚杆抗拔量测的目的和方法。能力目标能力目标明确变形监测工作需要完成的项目。能够完成拱顶下沉量测、地表下沉量测工作。变形监测概述7.1.1变形监测工作是信息化施工与管理技术的重要组成部分，其目的是保证工程本身施工与运行的安全及周边环境安全。随着我国城市化进程的加快，一些大城市正在发展以城市轨道交通为主的多结构、多层次的交通运输网，为此，基于确保交通工程建设和运营安全以及由于工程建设引
3、起的环境安全，而进行的变形监测，已成为城市现代化建设中不可缺少的重要工作和关键技术。变形监测是测定地下工程的建（构）筑物在施工和运营期间，由于自身荷载和外力作用，工程本身及其周边环境可能随时间而产生的变形，并对观测数据进行处理和分析的一系列工作。在工程建设过程中，由于施工活动的影响，工程建（构）筑物在自身荷载和外力的作用下，均会不同程度地产生形状和位置变化。变形监测的概念及形成原因变形监测的概念及形成原因1.1 1）施工期间变形产生的原因）施工期间变形产生的原因 对于地下工程，开挖前岩体处于应力平衡状态，开挖后洞壁形成临空面，原始应力平衡状态被破坏，引起应力重新分布。在地下工程开挖过程中，随着
4、围岩应力的变化，始终伴随着围岩位移变化，并导致工程环境发生位移变形。2 2）运营期间变形产生的原因）运营期间变形产生的原因 运营期间由于各种车辆的振动荷载对建（构）筑物和工程环境的长期作用，致使结构物下的岩土层沉陷，从而引起线路、结构和工程环境的变形等。3 3）其他原因）其他原因 城市地层沉降对城市轨道交通线路的综合影响是非常大的，我国的大多数大中城市的地面沉降问题都非常严重，当隧道穿越沉降漏斗区时，位于漏斗区内的隧道的沉降与漏斗区外隧道的沉降量不一致，长期积累下去，就会产生严重的纵向不均匀变形。地下水的冻融也是地下工程产生变形的重要因素。城市轨道交通工程建设工期较长，往往跨年度施工，冬天和夏
5、天地下水产生冻结和消融会引起工程变形，特别是高纬度地区和地下水位较浅、含水量较大的地区，地下水冻融对地下工程变形影响更为明显，这些现象应引起监测工作者的高度重视。地层沉降、地下水的冻融及地震等，都会使工程建筑物产生变形，因此监测工作者要根据现场的具体情况，进行具体分析，并应高度重视。围绕着工程建设和工程环境而开展的变形监测工作，主要有以下几方面的目的。（1）掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用监测结果修改设计，指导施工。（2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。（3）积累资料，为以后的设计提供类比依据。（4）为确定隧道安全提供可靠的信息。（5）监测数据经分析处理与必要的计算和判断后
6、，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。变形监测的目的变形监测的目的2.变形监测是工程设计、施工的重要组成部分和重要内容，是监测、判断工程建筑物建设和运营安全的重要手段。变形监测必须符合以下基本原则。变形监测的基本原则变形监测的基本原则3.1 1）安全可靠原则）安全可靠原则 （1）建立可靠的监测系统。应该选派有经验的人员，采用成熟的监测技术、手段并配置精度可靠的仪器设备，以建立起可靠的监测系统。（2）制定好监测方案。监测前应根据设计、施工和规范要求以及通过工程踏勘所收集的资料，制定好切实可行的监测方案。监测方案应完整和系统，具备有效和可靠的检核方法。监测方案应经有关方（监测方、设计方、施工
7、方、监理方等）审批，方可执行。（3）进行多层次监测。在监测项目上，必测项目与选测项目相结合；在监测方法上，以仪器监测为主，并辅以巡视；在监测技术上，应采用成熟的监测技术、手段和仪器设备，传统监测技术与先进科技相结合。对多层次监测结果进行综合分析，以便互相验证。（4）关键部位重点监测。对“关键工序、关键过程、关键时间、关键部位”，应重点监测，以确保监测过程连续，数据采集完整，遇到特殊情况能够及时处理。2 2）监测信息及时反馈原则）监测信息及时反馈原则 变形监测是时效性极强的工作，要制定可行的信息反馈制度。对监测数据要及时检查、分析和处理。按时、及时上报日报、周报、月报与特殊情况的监测材料，以指导
8、施工。3 3）经济合理原则）经济合理原则 监测系统设计时，力求采用实用的仪器设备、实用的方法、合理的精度要求，以降低监测费用。变形监测的项目7.1.2随着地下工程建筑物的施工，一般在建筑结构外沿的12H（H为埋深）形成变形区，变形监测就是对变形区内施工的结构和工程相邻环境中地表、建（构）筑物等进行变形测量，通过对监测对象稳定状况的观测，为评价工程和工程环境安全提供准确的监测数据。变形监测的基本内容一般分为必测项目和选测项目。不同的工程、施工方法、建筑结构和工程环境，对变形监测的基本内容的要求不尽相同。必测项目是必须进行的常规监测项目，是为了在施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态、指导设计施
9、工而实施的经常性监测。这类监测通常测试方法简单、费用少、可靠性高，但对监视围岩稳定、指导设计施工有巨大的作用。必测项目是监测的重点，主要包括隧道内目测观察、隧道内空变位量测、拱顶下沉量测、锚杆拉拔力量测。必测项目必测项目1.选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行补充测试，以求更深入地了解围岩的松动范围和稳定状态以及喷锚支护的效果，为未开挖区段的设计与施工积累现场资料。这类量测项目测试比较麻烦，监测项目较多，费用较高。因此，除了有特殊监测任务的地段外，一般根据需要，选择其中一些必要的项目进行监测。选测项目选测项目2.在隧道施工的测试中，隧道周边位移、拱顶下沉和锚杆抗拔力试验是最有意义和
10、最常用的测试项目，具有稳定可靠、简便经济等特点。监测结果可直接指导施工，验证设计，评价围岩和初期支护的稳定性。由于周边位移和拱顶下沉监测以及锚杆抗拔力试验较其他量测项目实用，并便于推广应用，因此将这三项测试项目均列为必测项目。类围岩为软弱破碎岩层，其稳定性差，如果覆盖岩厚度很薄，则在隧道开挖时地表会产生下沉。为了判定开挖对地面的影响程度和范围，需要进行地表下沉量测。变形监测的分类7.1.3在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以需要在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行目测。对开挖后及被覆后围岩动态进行目测，在隧道变形监测项目中占有很重要的地位。
11、隧道内目测观察隧道内目测观察1.1 1）观察目的）观察目的 目测观察是一种对于监视围岩稳定性既方便而又作用很大的监测方法。它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视。所以目测观察是隧道施工监测中的必测项目，隧道目测观察的目的如下。(1)预测开挖面前方的地质条件。(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。(3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2 2）观察内容）观察内容 (1)对开挖后没有支护的围岩进行目测的主要内容。岩质种类和分布状态、近界面位置的状态。岩性特征包括岩石的颜色、成分、结构、构造。地层时代归属及产状。节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的
12、发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等。断层的性质、产状、破碎带宽度、特征。地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分和湿度等。开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。应将目测观察到的有关情况和现象详细记录并绘制相应的图件。(2)对开挖后已支护段的目测内容。初期支护完成后对喷层表面的观察，以及裂缝状况的描述和记录。有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象。喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏。有无锚杆和喷混凝土施工质量问题。钢拱架有无被压屈现象。是否有底鼓现象。观察中，如果发现异常现象要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量
13、测数据。(3)观察时间。每次隧道开挖工作面爆破后，立即观察情况及有关现象，按要求及时记录整理。3 3）目测观察围岩的破坏形态分析）目测观察围岩的破坏形态分析 （1）危险性不大的破坏。构筑仰拱后，在拱肩部出现的剪切破坏，一般都进展缓慢，危险性不大，特别是当拱肩部的剪切破坏面上有锚杆穿过时，因锚杆的抵抗作用，更不会发生急剧破坏。（2）危险性较大的破坏。在没有构筑仰拱的情况下，当隧道内空变位速度收敛很慢且内空变位量很大时，拱顶喷混凝土因受弯曲压缩而产生的裂隙常常进展急剧，时常伴有混凝土碎片飞散，是一种危险性较大的破坏。（3）塌方征兆的破坏。拱顶喷混凝土层出现对称的、可能向下滑落的剪切破坏的现象，或侧
14、墙发生向内侧滑动的剪切破坏，并伴有底鼓现象，这两种情况都会引起塌方事故的破坏形态。根据目测结果，对设计进行相应的修改，并及时指导施工。隧道施工过程中，因为岩体变形是其应力形态变化的最直观反映，所以对于地下空间的稳定能提供可靠的信息，也比较容易测得。围岩的变形特征，除了可以进行围岩稳定性评价和支护结构的设计外，由于它本身包含了岩性和岩体应力等信息，所以还是对隧道围岩进行分类的重要依据。隧道收敛位移量测隧道收敛位移量测2.围岩位移有绝对位移与相对位移之分。绝对位移是指隧道围岩或隧道顶底板及侧墙某一部位的实际移动值。其测量方法是先在距实测点较远的地方设置一基点（该点坐标已知，且不再产生移动），然后定
15、期用全站仪和水准仪自基点向实测点进行量测，根据前后两次观测所得的标高及方位变化，即可确定隧道围岩的绝对位移量。但是，绝对位移量测需要花费较长的时间，并受现场施工条件限制，除非要求必须量测，一般不进行绝对位移的量测。同时，在一般情况下并不需要获得绝对位移，只需及时了解围岩相对位移的变化，即可满足要求，相应地采取某些技术措施，便能确保生产安全，因此现场测试多测量相对位移。隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。隧道收敛位移量测主要是指对隧道壁面两点间水平距离的变形量的量测，拱顶下沉以及底板隆起位移量的量测等。它是判断围岩动态的最主要的量测项目，特别是当围岩为垂直岩层时，内空收敛位移量测更具有非
16、常重要的意义，这项量测设备简单、操作方便，对围岩动态监测所起的作用很大，在各个项目量测中，如果能找出内空收敛位移与其他量测项目之间的规律性，还可省掉一些其他项目的量测。1 1）内空收敛位移量测目的）内空收敛位移量测目的 （1）周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直接反映，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息。（2）根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机。（3）指导现场设计与施工。2 2）监测断面的设置）监测断面的设置 监测断面必须尽量靠近开挖工作面，但太近会造成开挖爆破下的碎石砸坏测桩，太远又会漏掉该量测断面开挖后的变位值。根据公路隧道施工技术规范（JTG
17、 F602009）第1.2.5条规定，测点应距开挖面2 m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24 h内或下一次爆破前测读初次读数。监测断面沿隧道纵向设置的间隔，根据岩性不同与围岩类别的差异，铁路隧道新奥法指南提出按以下要求布置各类围岩监测断面的间距。类围岩：510 m。类围岩：1020 m。类围岩：2050 m。类围岩：20100 m。从以上可以看出围岩类别越低，监测断面布置的越密。3 3）测桩埋设与测线布置）测桩埋设与测线布置 当采用全断面开挖时，在一般地段每个监测断面通常埋设测桩1号、2号、3号、4号、5号共5个，布置A、B、C、D共4条测线，如图7-1所示。图图7 7-1 1 测桩布置形式
18、测桩布置形式 若为半断面开挖，可先埋设1号、2号、3号测桩，对A、B、C 3条测线进行量测，当下台阶开挖到达相应的监测断面位置时，再埋设4号、5号测桩，对下部D测线进行量测。在特殊地段，根据具体情况，可另增设测线。对埋设测桩的要求如下。(1)1号、2号、3号、4号及5号测桩应埋设在同一垂直平面内。(2)1号和2号、4号和5号测桩分别在同一水平线上，3号测桩应埋设在拱顶中央。(3)1号、2号测桩应埋设在起拱线附近，4号、5号测桩应埋设在施工底面以上1.5 m左右。4 4）量测频度）量测频度 根据围岩变形规律，在开挖后初期变形量大，以后逐渐变缓，最后趋于稳定，根据公路隧道施工技术规范规定，开挖后量
19、测频度应符合表7-1的规定。另外，根据公路隧道施工技术规范的规定，收敛量测（净空变位量测）和拱顶下沉量测的量测频度主要根据位移速度及距开挖面的距离而定，见表7-2。在由位移速度决定的量测频度和由距开挖面的距离决定的量测频度之中，原则上采用频度高的，当位移倾向一定时，可不采用表7-2的数据。由于测线和测点的不同，位移速度也不同，因此应以产生的最大位移速度来决定量测频度。在塑性流变岩体中，位移长期(开挖后两个月以上)不能收敛时，量测要继续到每月为1 mm 为止。量测组人员在现场量测时逐项认真填写隧道现场监控量测报告表（见表7-3），并对有关量测数据及时进行处理。将分析结果与发现的问题，速送现场施工
20、单位与监理组，以便用反馈的信息指导施工，修改设计。拱顶下沉量测拱顶下沉量测3.拱顶下沉量的大小，根据测线A、B、C的实测值并利用三角形面积公式换算求得，如图7-2所示。拱顶下沉量为 式中，a、b、c为前次量测A线、B线、C线所得的实测值；a、b、c为后次量测A线、B线、C线所得的实测值。图图7 7-2 2 拱顶下沉示意图拱顶下沉示意图地表下沉量测地表下沉量测 4.浅埋隧道通常位于软弱、破碎、自稳时间极短的围岩中，施工方法不妥极易发生冒顶、塌方或地表有害下沉，当地表有建筑物时会危及其安全。浅埋隧道开挖时可能会引起地层沉陷而波及地表，因此，地表下沉量测对浅埋隧道的施工是十分重要的。1）测量目的地表
21、下沉的范围以及下沉量的大小。地表下沉量随工作面推进的变化规律。地表下沉稳定的时间。1 12 23 3 2 2）量测方法及测点布置）量测方法及测点布置 （1）量测方法。一般用水平仪量测，其量测精度为1 mm。浅埋隧道地表沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道围岩稳定性的一个重要标志。用水平仪在地面量测，简易可行，量测结果能反映浅埋隧道开挖过程中围岩变形的全过程。如果需要了解地表下沉量的大小，可在地表钻孔埋设单点或多点位移计进行量测。（2）测点布置。地表下沉测点宜布置在洞内净空变化量测基线和拱顶下沉量测测点所在的断面内，其纵向(隧道中线方向)间距应符合相关规定。每个隧道至少布置两个纵向断面。地表下沉量测
22、在横断面上至少应布置11个测点，两测点的距离为25 m。在隧道中线附近测点应布置紧密些，远离隧道中线应布置疏松些，如图7-3所示。图图7 7-3 3 地表下沉量测点在横断面上的布置地表下沉量测点在横断面上的布置 3 3）量测频度）量测频度 地表下沉量测在量测区间内，当开挖面距量测断面前后距离d2D时，每天量测12次；当2Dd5D时，每两日量测一次；当d5D时，每周量测一次。4 4）量测数据整理）量测数据整理 将每次的量测数据经整理绘出以下曲线以便分析研究。(1)地表纵向下沉量时间关系曲线。(2)地表横向下沉量时间关系曲线。从两曲线图中可以看出地表下沉与时间的关系，以及最大下沉量产生的部位等。如
23、果地面有建筑物则最大下沉量的控制标准，应根据地面结构的类型和质量要求而定，大约为12 cm。在弯变点处的地表倾斜应小于结构的要求，一般应小于1300。根据回归分析，如果地表下沉量超过上述标准，应采取相关措施。锚杆抗拔力量测锚杆抗拔力量测 5.锚杆抗拔力(也称锚杆拉拔力)是指锚杆能够承受的最大拉力，它是锚杆材料、加工与施工安装质量优劣的综合反映。锚杆抗拔力的大小直接影响着锚杆的作用效果，如果抗拔力不足，会使锚杆起不到锚固围岩的作用，所以锚杆抗拔力的量测是检测锚杆质量的一项基本内容，是隧道监控量测的必测项目。1）测量目的测定锚杆的锚固力是否达到设计要求。判断所使用的锚杆长度是否适宜。检查锚杆安装质
24、量。1 12 23 3 2 2）量测方法）量测方法 量测方法主要有直接量测法、电阻量测法以及快速量测法等。（1）直接量测法。直接量测法的量测装置如图7-4所示，其原理是直接量测施加给锚杆的荷载值和锚杆的变形量，然后根据所绘出的荷载锚杆变形曲线求出锚杆抗拔力，量测时所采用的锚杆拉力计主要由千斤顶和油压泵以及相应的辅助配件组成。图图7 7-4 4 直接量直接量测法的量测装置测法的量测装置 量测时首先消除欲测锚杆周围岩面上的喷混凝土层，然后安装反力板，使反力板与锚杆轴线垂直。按照正常的安装工艺安装待测锚杆，用砂浆将锚杆孔口部抹平，以便支放承压垫板。量测装置安装完毕，即可开始量测。量测时采用分级加载，
25、每级荷载的增长值应在10 kN 以下，由于应变滞后于应力，所以加载的时间间隔不应小于2 min(一般为5 min)，总之加载量没有必要加到锚杆预计的极限强度，只加到预计极限强度的80即可。每次加载后，记录千分表指出的锚杆尾部的变形量。画出荷载锚杆变形曲线，求抗拔力，具体画法如图7-5所示，把曲线按斜率变化状态不同划分为A、B、C三个区段，A段是初期近似线性关系段，B段是中期非线性关系段，C段是后期近似线性关系段，分别作A段曲线和C段曲线的切线，两条切线的交点D所对应的荷载值就是锚杆的抗拔力。另外，抗拔力的大小也可通过破坏试验时，从油压表读取油压值，根据油压千斤顶活塞面积计算出锚杆的抗拔力。图图
26、7 7-5 5 图解法求抗拔力图解法求抗拔力 画出荷载锚杆变形曲线，求抗拔力，具体画法如图7-5所示，把曲线按斜率变化状态不同划分为A、B、C三个区段，A段是初期近似线性关系段，B段是中期非线性关系段，C段是后期近似线性关系段，分别作A段曲线和C段曲线的切线，两条切线的交点D所对应的荷载值就是锚杆的抗拔力。另外，抗拔力的大小也可通过破坏试验时，从油压表读取油压值，根据油压千斤顶活塞面积计算出锚杆的抗拔力。（2）电阻量测法。电阻量测法的量测装置与直接量测法基本相同，只是在锚杆安设前在锚杆上贴上应变片，并增加了量测锚杆应变值的应变仪，电阻量测法除可以得到直接量测法所得到的数据外，还可以得到锚杆轴向
27、抗拔力的分布状态、锚杆的黏结状态等量测资料。电阻应变片是沿着锚杆长度方向每隔500700 mm在锚杆两侧对称地贴好，应变片与应变仪之间用导线连接。量测装置安装完毕即可开始加载量测，加载方法与直接法相同，每次加载后分别记录贴应变片各测点的应变值，绘出各不同抗拔力荷载作用时，沿锚杆长度方向各不同位置上锚杆应变变化曲线，以供相关人员分析、判断锚杆处理的质量和锚杆长度是否适宜。应用电阻量测法所给出的锚杆应变曲线，可能有三种形式，如图7-6所示。图图7 7-6 6 锚杆应变曲线锚杆应变曲线 图中a曲线形式表明从围岩壁面在锚杆的全长上都有应变，应变曲线呈凸形，这表明锚杆长度不足，应增加锚杆长度。b曲线形式
28、表明在锚杆的全部长度上都有应变，但应变曲线由最初的凸形变为凹形曲线，并在锚杆端头部位应变值趋近于零，这表明锚杆长度适宜。c曲线的形式表明只在锚杆部分长度上有应变，应变曲线由最初的凸形变为凹形曲线，并在锚杆的中间部位应变值趋近于零，这说明锚杆只有一部分发挥了作用，而没有应变值的那部分锚杆是多余的，说明锚杆过长，可减少锚杆长度。以上两种量测方法，在量测设备安装以及测量元件的设置上都较为繁杂，量测时尚需一定空间，而且量测持续时间较长。在隧道施工过程中，为了及时掌握锚杆的锚固效果，只需简单轻便的设备便能快速测出锚杆抗拔力大小的快速量测法，以便及时评价锚杆的施工质量。（3）快速量测法。这种量测法所使用的
29、设备为MLJ型锚杆拉力计，它由千斤顶和手压泵两部分组成，具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、安全等特点。结构组成。a.手压泵。手压泵主要由阀体、压杆及油桶组成，泵体内设有吸、排油阀，安全阀及卸荷阀等。b.千斤顶。千斤顶采用空心柱塞缸形式，主要由缸体和柱塞两部分组成。图图7 7-7 MLJ7 MLJ型锚杆拉力计立体图型锚杆拉力计立体图 量测步骤。a.检查油量。逆时针方向打开手压泵的卸荷阀，使千斤顶中的液压油回到手压泵的油桶中，拧开油桶端部的堵头，检查油量，如油不够，应加注2号锭子油或机械油。该工具应该经常用干净的煤油清洗油桶及管路，以保证其正常工作并延长产品使用寿命。b.排气。液压系统刚刚连
30、接好的时候，油管、油桶中常混有空气，为了使系统正常工作，必须将这些空气排掉，排气的方法是把手压泵放在比千斤顶稍高的地方，摇动手压泵，使千斤顶活塞伸出，再打开放泄阀，使活塞缩回，连续几次即可，排气时不能加压。c.操作。首先，拧下千斤顶和手压泵上的防尘帽，用高压胶管把千斤顶和手压泵连接起来，然后把压力表装上。接头要拧紧，若太松，自封式接头就会堵塞，从而妨碍正常工作。其次，按照a、b的要求进行油量检查和排气。然后，把锚杆测力计接头拧到锚杆末端，套上套，再套上千斤顶，使活塞端向外，拧紧螺母，顺时针拧紧放泄阀。上下摇动手压泵手柄，用力要均匀，不要过猛，当压力表上的读数达到所要求的数据后，停止摇动手柄。手
31、压泵必须摆成水平位置工作，检测完毕，逆时针方向拧动放泄阀，使压力表读数降到零，再把各部件从锚杆上卸下，卸下高压胶管，把防尘帽拧上。技术特征。千斤顶的技术特征见表7-4，手压泵的技术特征见表7-5。任务介绍任务介绍本任务主要介绍量测数据处理的目的，量测数据的围岩变形时间关系曲线及量测数据的回归分析。通过本任务的学习，学生能了解变形监测的量测数据处理及回归分析方法。任务目标任务目标明确量测数据处理的目的。掌握量测数据曲线绘制方法。掌握量测数据的回归分析方法。能力目标能力目标学会运用量测数据围岩变形时间关系曲线。学会运用量测数据的回归分析函数。量测数据处理目的7.2.1 由于现场量测所得的原始数据具
32、有一定的离散性，而且包含着偶然误差的影响，所以不经过数学处理是难以利用的。例如，要了解某一时刻某点的位移速率，简单地将相邻两时刻测得的数据相减后除以两时刻的时间间隔，将此作为位移变化速率显然是不妥的，是不确切的。正确的做法是对所有数据进行回归分析，即用曲线uf（t）对时间位移散点图进行拟合。然后计算时刻t的函数一阶导数du/dt，即该时刻位移速率。为此，量测数据处理的目的如下。（1）监视围岩变形或应力状态随时间的变化情况，对最终位移值及变形速率的变化进行预测预报。（2）探求围岩变形或应力状态的空间分布规律，了解围岩稳定性的特征，以求合理地设计支护系统。（3）将各种量测数据相互印证，以确认量测结
33、果的可靠性。量测数据的散点图和曲线7.2.2 由于隧道工程地质条件和施工工序的复杂性以及具体量测环境的不同，开挖导致隧道围岩的变形并不是单调地增加，因受地质因素和施工工艺的影响，在某一时刻、某一地段围岩变形有可能出现扩张的现象。因此，围岩变形随时间的变化，在初始阶段呈波动状态，以后逐渐趋于稳定。在量测数据整理中，可选用位移时间曲线的散点图。现场量测所得的数据(包括量测日期、时刻、隧道内温度、同一测线的三次重复量测微读数及钢尺孔位读数等)应及时绘制位移时间曲线图(或散点图)。图中可以纵坐标表示变形量，横坐标表示时间。在图中应注明量测时工作面施工工序和开挖工作面距量测断面的距离，以便分析施工工序、
34、时间、空间效应与量测数据间的关系。围岩变形围岩变形-时间关系曲线时间关系曲线1.现场实测数据，必须经过计算求得量测时间间隔、累计量测时间、隧道水平收敛差值、累计收敛差值、当日收敛速率、平均收敛速率、拱顶下沉差值、累计拱顶下沉值、当日拱顶下沉速率、平均拱顶下沉速率、量测断面至开挖面距离等。在此基础上，绘出量测断面测线的收敛差值及累计收敛差值与时间的关系曲线、当日收敛速率及平均收敛速率与时间的关系曲线、拱顶下沉差值及累计拱顶下沉值与时间的关系曲线，当日拱顶下沉速率及平均拱顶下沉速率与时间关系曲线等。从维护隧道围岩的稳定性和支护系统的可靠性出发，现场工程技术人员最关心的是围岩变形是否侵入隧道设计断面
35、的限界，是否对施工人员的安全构成威胁。现场工程技术人员根据数据处理后围岩变形 时间曲线，找出不同时刻围岩的变形量以及围岩变形的发展趋势，进而预估围岩的最大变形量，用作同变形临界值相比较，以便判断隧道围岩变形是否在允许范围内，同时对变形速率及变形速率的变化率进行探讨，据此判断隧道围岩的稳定性和支护结构的可靠性。量测数据的回归分析量测数据的回归分析2.由于偶然误差的影响使量测数据具有离散性，根据实测数据绘制的变形随时间而变化的散点图出现上下波动现象，很不规则，难以据此进行分析。必须应用数学方法对量测所得的净空收敛数据进行回归分析，找出隧道围岩变形随时间变化的规律，以便为修改设计与指导施工提供科学依
36、据。常用作回归分析的函数如下。（1）线性函数以y=a+bx作为回归函数，求a、b回归系数值。一般说来，用收敛计测得的隧道某一基线上的净空变形值，不太可能随时间呈线性规律。在这种情况下，不能选用线性函数y=a+bx及y=bx来作为回归函数。应选用非线性函数作为回归函数进行回归分析。（2）对数函数，以uAlg(1+t)（A为回归系数）作为回归函数。（3）指数函数，选用指数函数进行回归分析。（4）双曲函数，选用双曲线函数进行回归分析。以上介绍的几种函数都可以用引进辅助变量的办法化为线性表达式，从而能很方便地进行回归计算。由于上述函数存在某些特性，所以在有些场合下用作围岩变形量测数据的回归函数是存在不足的。（5）一般非线性函数。Thank you
