隧道施工变形管理系统研究报告兰州交通大学

1、乌鞘岭隧道岭脊地段复杂应力条件下的变形控制技术研究专题报告（十一）动态管理信息系统研发阶段成果报告兰州交通大学二五年十二月目 录1 前言-1 1.1 概述-1 1.2 研究大纲-1-1-32 主要研究成果-4 2.1 系统主要功能-4 2.2 系统主菜单-4 2.3 菜单功能及处理结果-5-93 结 语-121 前 言1.1 概述新建铁路兰新线兰州至武威南段增建第二线乌鞘岭隧道长20.05km，为我国最长的隧道，穿越地质条件极其复杂(该区域内褶曲和断裂构造均较为发育、节理较发育)、隧道穿越地区地下水丰富，尤其是隧道穿越的F7断层带，主要由断层泥砾和碎裂岩石组成、松散破碎、风化严重。同时由于隧道

2、埋置深度大(1100米)，地应力相对较高，岩质相对软弱。所有这些都给隧道设计、施工带来极大的困难。在乌鞘岭隧道一年的建设中，设计、施工、监理单位等在铁道部各司局领导的关怀和指导下克服了一又一个的困难，面对复杂的地质情况，进行了多次专家研讨和各种预案研究，取得了丰硕的建设成果。然而，由于复杂的工程地质及水文地质条件，施工中出现了一些灾害，如围岩失稳、隧道涌水、隧道开挖后产生流变或大变形等。目前正在施工的F7工程活动性断层主带，两管隧道均发生了较大变形，钢拱架出现了扭曲、拆换，初期支护发生破坏，2004年4月5日，左线隧道发生塌方。目前，左右线隧道正洞掌子面施工受阻，均采用迂回导坑方案通过F7断层

3、。为了解决这些问题，保证该隧道的顺利建成，根据现场情况，左右线均已布设监测和试验断面，对大变形机理、结构安全度、结构形式进行研究。为了保证准确地给出用于施工决策的建议，围岩变形收敛量测数据分析结果显得尤为重要。乌鞘岭隧道布设的量测断面多，每天都要进行大量的量测数据处理。研制隧道监控量测数据分析软件，对每天大量的量测数据进行处理，剔除不合理的数据，对数据进行回归分析，预测变形的发展趋势，根据变形速率和累积收敛值，及时准确地给出用于施工决策的建议，具有重要的现实意义。1.2 研究大纲开发隧道监控量测数据分析软件，对每天大量的量测数据进行处理，剔除不合理的数据，对数据进行回归分析，预测变形的发展趋势

4、，根据变形速率和累积收敛值，给出用于施工决策的建议。本课题包括以下内容：1、隧道施工动态管理软件的研制(1) 实现对每天的量测数据报表进行归纳处理，形成每一个量测断面变形收敛数据管理动态信息库；(2) 根据不同围岩级别的变形管理等级，对数据库进行自动分析，确定危险断面及其施工管理等级；(3) 对需要采取加强措施的断面进行自动筛选，形成施工动态管理表，并提出合理的施工处理建议；(4) 对各断面量测数据进行回归分析，预测变形的发展趋势。2、根据量测数据的分析结果，配合乌鞘岭特长隧道工程指挥部进行施工动态管理。1、用VB软件建立图形界面；根据使用要求，建立软件的功能菜单，包括各量测断面数据库的建立、

5、施工动态管理表的形成、量测数据的回归分析。2、建立数据库；建立excel与VB的接口，完成各断面变形管理数据库的建立。3、形成动态管理信息表；以VB图形界面菜单的形式直接读取各断面变形管理数据库，自动生成动态管理表。4、用菜单命令，对读入的数据库文件进行自动处理，剔除不合理的数据并给出相应信息，形成所需要的数据表格；5、用菜单命令，对数据进行回归分析，给出回归分析曲线图形及方程，预测变形的发展趋势；6、用菜单命令，根据变形速率和累积收敛值，给出用于施工决策的建议，形成变形管理建议表。7、利用研制的软件，根据量测数据的分析结果，配合铁道第一勘察设计院和乌鞘岭特长隧道工程指挥部进行施工动态管理，对

6、每一天的量测数据进行分析，提出管理预警方案。1、预期目标开发隧道监控量测数据通用分析软件，对每天大量的量测数据进行计算机处理，建立数据库系统，预测变形的发展趋势，给出用于施工决策的建议。开发的通用分析软件可用于今后隧道的监控设计中。2、主要技术指标开发隧道监控量测数据分析软件及专家系统。3、主要经济指标通过对量测数据的分析，形成一套用于指导设计与施工的信息系统，对类似工程有较大指导借鉴作用。4、成果形式研究成果报告、相关软件及信息系统。2004年4月2004年5月：进驻乌鞘岭隧道工地，配合设计院进行施工动态管理，了解施工动态管理的主要内容和关键技术，研究VB与EXCEL数据接口，制定软件研制方

7、案、规划、程序设计流程。2004年6月2004年7月：建立VB软件图形界面；根据使用要求，建立软件的功能菜单；建立excel与VB的接口，完成各断面变形管理数据库的建立；以VB图形界面菜单的形式直接读取各断面变形管理数据库，自动生成动态管理表。2004年8月2004年9月：对数据进行回归分析，给出回归分析曲线图形及方程，预测变形的发展趋势；根据变形速率和累积收敛值，给出用于施工决策的建议，形成变形管理建议表。2004年10月2004年12月：配合铁道第一勘察设计院和乌鞘岭特长隧道工程指挥部进行施工动态管理，对每一天的量测数据进行分析，提出管理预警方案；根据软件使用情况，对软件进行补充、修改、完

8、善。形成研究成果报告、相关软件及信息系统。2 主要研究成果2.1 系统主要功能乌鞘岭隧道施工动态管理信息系统是根据乌鞘岭隧道实际施工情况开发而成的。目前，该软件主要包括以下功能：(1) 对每天的量测数据报表进行归纳处理，形成每一个量测断面变形收敛数据管理动态信息库；(2) 根据不同围岩级别的变形管理等级，对数据库进行自动分析，确定危险断面及其施工管理等级；(3) 对需要采取加强措施的断面进行自动筛选，形成施工动态管理表；(4) 对各断面量测数据进行回归分析，预测变形的发展趋势。通过VB实现对EXCEL图表的调用、处理，处理结果以EXCEL格式存储，易于管理。2.2 系统主菜单图1 系统主界面运

9、行该软件，屏幕出现软件系统的主菜单界面(如图1所示)。该菜单界面包括六个方面的功能菜单，分别如下：(1)处理上报表格：对每天的量测数据报表进行归纳处理，形成每一个量测断面变形收敛数据管理动态信息库。该项功能通过VB实现与EXCEL的接口，对每天量测的各变形量测断面的变形数据文件（每日量测数据表，该表记录了每日不同断面里程的变形量测数据）进行自动处理，形成按里程分类的量测数据表（该表记录了每个量测断面不同时间测得的连续变形数据）。(2)生成动态管理表：根据不同围岩级别的变形管理等级，对各个量测断面的变形数据文件进行自动分析，根据各断面的变形情况及围岩级别确定其施工管理等级，并进行自动筛选，将需要

10、采取加强措施的断面及其施工管理等级，追加到施工动态管理表中。(3)变形管理等级设置：根据施工中围岩变形情况，设置不同围岩级别的施工管理等级，并可根据实际情况对施工管理等级进行修改。(4)回归分析：选择需进行回归分析量测断面，打开其EXCEL表单，对各断面量测数据进行回归分析，预测变形的发展趋势。(5)选择打印断面：选择断面，打开相应的EXCEL表单，根据需要进行相应的操作，如打印输出等。(6)退出：退出该功能菜单。图2 处理上报表格界面2.3 菜单功能及处理结果点击主界面上的“处理上报表格”菜单，出现处理上报表格界面，如图2所示。点击该界面上“所要处理的源文件”组合框中的打开文件按钮，出现打开

11、文件对话框(如图3所示)，可选择按要求填报的每日量测数据表(EXCEL表)；点击该界面上“所要处理的目标文件”组合框中的打开文件按钮，即出现打开文件对话框(如图3所示)，选择写入处理结果的各个里程的量测数据表。若点击组合框中的去除此条目按钮，则删除相应组合框中已选择的量测数据表文件。点击开始处理按钮进行处理，形成每一个量测断面变形收敛数据管理动态信息数据库。上报量测数据格式及处理结果如图4、图5所示。图3 打开文件对话框图4 上报的量测记录表注意：如果要同时处理多个文件，需确保源文件与目标文件的按顺序一一对应。图6 生成动态管理表界面点击主界面上的“生成动态管理表”菜单，出现生成动态管理表，如

12、图6所示。图5 变形数据处理结果点击该界面上“所要处理的文件”组合框中的打开文件按钮，出现如图3所示的打开文件对话框，选择要进行处理的量测断面变形收敛数据管理动态信息库文件（其数据格式如图5所示）；若点击去除此条目按钮，则删除已选择的量测数据表文件。在“所出表时间”组合框中写入相应年月日，并点击确定按钮。然后点击开始处理按钮进行处理，生成施工动态管理表。处理结果如图7所示。图7 生成施工动态管理表示例若点击退出按钮，则直接退出该界面而不进行任何处理。 图8 变形管理等级设置界面点击主界面上的“变形管理等级设置”菜单，出现变形管理等级设置界面，如图8所示。点击该界面上“水平收敛”或“拱顶下沉”项

13、，则显示相应变形管理等级控制数据。若要修改部分数据，可点击修改按钮；若要全部修改，可点击重填按钮；点击确定按钮，保存数据并退出。图9 回归分析界面点击主界面上的“回归分析”菜单，出现回归分析界面，如图9所示。图10 选择分析断面界面点击该界面上选择分析断面按钮，出现选择分析断面界面(如图10所示)，点击选择分析断面界面上的“从需加强支护的断面中选择”或“从所有量测断面中选择”按钮，分别从相应数据库中选择分析断面。系统在形成“施工动态管理表”时将需采取加强措施的断面记录到一个数据文件中，在回归分析时自动调用。图11 回归分析曲线类型图12 回归分析结果示例选择完成后回到回归分析界面(图9)，点击回归分析界面上“量测数据图”和“回归分析”按钮，并在随后出现的界面上（图11）选择回归曲线类型（本系统选用了直线、指数、对数、双曲线、幂函数、S型曲线等6中回归曲线），则显示回归分析结果，如图12所示。图13 回归分析结果示例若点击回归分析界面上“EXCEL图表”按钮，并在随后出现的界面上选择回归曲线类型，则显示EXCEL的回归分析结果，如图13所示。若点击回归分析界面上“回归结果输出”按钮，将在CAD中输出回归分析结果，如图14所示。图14回归分析结果输出示例图15 断面选择界面若点击退出按钮，则回到主菜单。图16 选择的EXCEL表单示例通过该菜单，选择特殊断面，打开相