姚凱

摘要：關于隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理的有關工作，其目的主要在于幫助整個隧道完善相關的設計與優(yōu)化，它能夠根據(jù)支護結構與圍巖位移內力的變化情況來進行靈活的監(jiān)控量測，進而確保隧道整體的施工質量與施工安全。不過，隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)還需要依靠曲線回歸分析作為支撐。對此，本文就曲線回歸分析法在隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理及分析中的應用展開淺要的分析與探究。

關鍵詞：曲線回歸分析法；隧道；監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理；分析；應用

自從國家進入市場經(jīng)濟時代以來，各行各業(yè)都有了嶄新的發(fā)展，其中就包含本文所要探討的隧道建設行業(yè)?；疖嚧┻^的每條隧道都給人們帶來便捷的出行體驗，但這些隧道的背后往往包含了無數(shù)隧道施工人員的艱辛與汗水。很多隧道在修建時，難免都要在地勢十分險峻的地區(qū)開展，基于新奧法施工的安全生產(chǎn)標準，它要求隧道的施工必須與監(jiān)控量測互相結合，一邊隧道在支護、掘進以及襯砌施工的整個過程里都處于動態(tài)的監(jiān)測管理當中。就目前階段而言，雖然我國引入監(jiān)控量測的技術方法實踐較早，但在現(xiàn)實的施工效果上卻不盡人意。下文，筆者以廣州到貴陽的某段隧道展開案例分析，從中探究曲線回歸分析法在隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理中的具體應用。

一、隧道的具體工程簡介

廣州到貴陽的高速鐵路有一段隧道，全場大約2638m，隧道具體的起訖里程為“DK219+936～DK222+574”，時速高達250km，是一條工程浩大的雙向隧道。其中，隧道最大埋深為360m，洞內線路坡度總體呈上坡趨勢，換算成線路坡度歷程，其數(shù)值至大到小分別是1‰、2.6‰、1‰。整條隧道除開“DK220+925.549～DK221+446.917”之外，依舊有521.368m居于半徑R=2800m的左偏曲線上，剩下全段皆是直線隧道。

該隧道屬于風化剝蝕中山區(qū)，隧道為越嶺走向，地面之間的相對高差大約為50-480m。地面高程約590～1300m，山間有自然橫向發(fā)育沖溝。其中，基巖有少部分土壤裸露在外，邱坡上的土層覆蓋較為單薄。隧道段覆蓋的巖層主要有泥灰?guī)r、砂巖、夾泥巖。頁巖的泥質結構較薄，巖質柔軟，局部頁巖含有碳質，而且具有明顯的吸水軟化特點?？辈榈贸?，隧道覆蓋段的地殼經(jīng)歷過多次不同種類的地理構造運動，存在斷裂發(fā)育、褶皺等情況，而且隧道圍巖質地較差，有節(jié)理縫隙發(fā)育現(xiàn)象，地下水較為發(fā)育，并且穿過多條破碎點與斷裂帶。經(jīng)過多方面的科學評估該隧道的風險等級為“Ⅱ級”。

到此，可將本隧道監(jiān)控量測分別劃分為選測項目與必測項目，量測頻率以及具體的測點布置、量測段間距必須嚴格遵守《高速鐵路隧道工程施工技術規(guī)程》（Q/CR 9604-2015）的相關規(guī)定。

二、隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的初步處理

關于隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的初步處理，首先應根據(jù)具體量測所得的數(shù)據(jù)繪制沉降或者位移與時間的趨向關系，然后就可以從沉降到時間的具體走勢大致判別出圍巖位移（運動）的走向，與此同時還可以對圍巖的穩(wěn)定性與異常狀態(tài)進行初步的判斷。這里，利用字母“u”來代表沉降，“t”來代表時間，利用Excel表格進行記錄，將具體量測得出的數(shù)據(jù)輸入到表格丹佛張，然后利用表格的自動生成圖標功能完成散點圖，同時讓量測的數(shù)據(jù)于散點圖同步，這樣就可以較為直觀、快速的觀察到圍巖移動狀況，進而做出初步的處理工作。

三、利用曲線回歸分析法處理量測數(shù)據(jù)的具體應用

依據(jù)上文所述的“u-t曲線”首先進行直觀的判斷與分析，由于個別主觀因素的影響，難免存在一定的誤差。因此需要采用科學的統(tǒng)計原來分析量測得出的數(shù)據(jù)，同時利用精準的數(shù)學公式來進行計算。而后，在整段隧道之中運用回歸分析法的原理來進行量測數(shù)據(jù)的分析處理，進而得出u、t兩者之間的變量趨向函數(shù)，同時用可以代表量測數(shù)據(jù)的散點圖作為輔助之用，這樣就可以推算出具體的u變量與t值之下 的變化速率，還可以將u的極限值計算出來，具體的量測分析處理方法如下。

（1） 曲線函數(shù)類型

根據(jù)無數(shù)隧道工程量測的研究指導，在隧道凈空量測數(shù)據(jù)中能夠代表散點分布規(guī)律的曲線函數(shù)大致分成“對數(shù)”、“指數(shù)”以及“雙曲線”三種類型。具體的工作處理，應該選擇系數(shù)較高的函數(shù)作為曲線函數(shù)的代表。

考慮到常規(guī)的函數(shù)計算方法不僅計算工程量巨大，而且處理起來的時候亦十分復雜，稍有不慎就有可能出現(xiàn)差錯，而且整個數(shù)據(jù)計算的過程極其漫長，萬一在某些特殊的緊急狀況下，傳統(tǒng)的函數(shù)計算方法顯然是不合時宜的。因此緣故，可以利用Excel自帶的自動計算功能，將對應的計算公式進行錄入，讓其自動生成函數(shù)圖標以及曲線函數(shù)的自動繪制。當輸入具體的量測數(shù)據(jù)之后，可以立刻得出需要的分析數(shù)據(jù)于曲線圖形。如下以“DK220+185”Ⅲ級斷面圍巖在開挖時的周邊位移數(shù)據(jù)為例子。首先將周邊位移的散點圖與雙曲線、對數(shù)以及指數(shù)三種曲線展開比對，可以發(fā)現(xiàn)散點圖其實與指數(shù)曲線是最吻合的。依據(jù)回歸分析法的相關法則可以繼續(xù)利用Excel來進行輔助運算，將實際的計算公式進行錄入，隨后輸入具體的u值，然后就可以同步得出x、y值。

（2）得出指數(shù)曲線模型

當我們計算出具體的量測數(shù)據(jù)之后，就可以利用最小二乘法來進行A、B常數(shù)的線性回歸。一般情況下，最小二乘法的計算程序十分復雜，不僅會浪費大量的實踐，還有可能導致計算結果不精準，參照以上曲線函數(shù)的計算法則，同樣也可以利用Excel來進行輔助計算，其具體的操作其實十分簡單，具體而言：第一步，在表格當中導入對應的x、y散點圖，之后在途中任意一處散點位置點擊右鍵，再按步驟以此點擊添加趨勢線、線性類型，最后再點擊確定，操作完畢接著再將回歸計算圖插入文檔之中。最后可以得出線性回歸方程式：“-2.5081x+2.5226=y”，同時相關系數(shù)為0.9905。由此就可以得出一個結論，回歸相關性較強，精準度高。另外，依據(jù)曲線線性回歸方程式可以得出如下數(shù)據(jù)：C=ln A=2.5226、B=2.5081，計算得出A=12.4609。最后一個步驟，將A、B兩個常數(shù)的數(shù)值帶入回歸之后的回歸指數(shù)需求，得出：u=12.4609？e（-2.5226 / t）

（3）依據(jù)回歸函數(shù)判斷隧道周邊位移

根據(jù)回歸分析曲線與周邊位移的量測值，兩相比較之下可以得出基本吻合的曲線趨勢，由此可見此量測數(shù)據(jù)是精準可靠的?？傮w而言，相關的圍巖周邊位移總值大約是12.4609mm，其數(shù)值小于國家《鐵路隧道工程施工技術指南》當中規(guī)定的位移數(shù)值。在12d段的位移為10.1mm，由此可以綁定隧道周邊的圍巖已經(jīng)基本趨向于穩(wěn)定狀態(tài)，可以保障隧道施工的安全性。

四、結語

結合以上文獻內容所述，不難發(fā)現(xiàn)曲線回歸分析法在隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理及分析中的重要價值。曲線回歸分析法是指導隧道施工的“安全指南針”。

參考文獻：

[1]劉勁.曲線回歸分析法在隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理及分析中的應用[J].價值工程，2017，（11）：96-98.

[2]陳錦生，韓峰.沈家壩2號隧道監(jiān)控量測方案設計及數(shù)據(jù)分析[J].鐵道勘察，2018，44（2）：12-15.

[3]郭伍軍，王成，湯詠， 等.回歸分析法在潘家灣隧道施工中的應用[J].施工技術，2018，47（1）：130-133，149.

（作者單位：中鐵七局集團第四工程有限公司）