隧道收敛评估的函数拟合法：基于现场实测数据的变形特征分析与工程应用

为解决传统隧道收敛拟合方法（如圆形/椭圆拟合）受理想化形状限制且难以与位移控制数值模拟结合的问题，研究人员提出以隧道中心角为自变量的函数拟合法，通过有限元模拟评估隧道收敛对地表沉降（GSS）、衬砌内力等短期影响。案例验证表明，该方法能有效描述变形特征并快速预测施工期地表沉降，为早期数据匮乏阶段提供基于间隙参数和体积损失的概率分析工具。

　　

随着城市地下空间开发加速，隧道施工引发的围岩变形直接影响结构稳定性和周边环境安全。传统收敛评估依赖圆形或椭圆拟合，但这类理想化几何模型难以精确刻画实际变形特征，更无法与位移控制数值模拟方法兼容，导致工程预测精度受限。

为突破这一瓶颈，研究人员提出基于现场实测数据的隧道收敛函数拟合法，以中心角为自变量构建变形特征方程。通过将拟合函数转化为有限元位移边界条件，实现了对施工期地表沉降（Ground Surface Settlement, GSS）、地层应力重分布及衬砌轴力-弯矩的快速评估。研究案例证实，该方法不仅能准确描述非对称收敛变形，还可利用早期施工阶段的间隙参数和体积损失数据，建立GSS槽的概率预测模型。

关键技术包括：1）基于隧道监测数据的函数拟合算法；2）有限元位移边界条件转换技术；3）结合体积损失理论的概率分析方法。

研究结果显示：

1. 变形特征建模：通过中心角函数成功量化了非均匀收敛变形，较传统几何模型精度提升显著；
2. 环境影响评估：有限元模拟揭示收敛引发的地表沉降槽宽度系数与实测数据误差<15%；
3. 早期预测模型：当施工数据有限时，间隙参数（gap parameter）与体积损失可联合构建GSS概率分布带。

结论部分强调，该方法通过数学函数与数值模拟的结合，建立了从变形监测到环境响应的完整分析链条。特别在施工初期数据匮乏阶段，提出的概率分析框架为风险评估提供了新工具。论文成果发表于《Environmental Geotechnics》，对智慧隧道施工监测与安全控制具有重要实践价值。