摘要：以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测
数据的处理，以及围岩稳定性的判别方法；通过
施工现场监测，掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度。
( v- ^, X( I8 M0 h1 R
关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
4 X* V4 V e. h C1 工程概况
, x! o: Y: i7 O2 U; T/ |& ~马平高速公路老鸦峡2#隧道是分离式双洞(左右线)单向行驶隧道。隧道出口段地质围岩分为三类：洞口段为ⅰ类围岩，地质情况为卵石，砂土填充，无胶结，同时存在采空区(在隧道进洞之前已对采空区进行了回填封堵灌浆处理)，易发生大的塌方；紧接ⅰ类围岩为ⅲ类围岩，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育，局部受风化影响节理裂隙发育；然后是ⅳ类围岩段，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育。整条隧道地下水位于
设计高程以下，不发育，隧道开挖最大跨度为15?5 m，最小为13 m，开挖高度为11 m。
- ~5 o5 v) ]9 ]5 w4 V2 S$ u' u: Y2 量测项目
$ b5 P# d9 g) G/ N+ a
根据现场实际情况，进行了以下几项量测：洞内观察，地表下沉量测，拱顶下沉量测，周边收敛量测。
- I# T4 h- p$ _* u3 量测
2 x2 i- M+ Q/ m! ^: m# D- G3.1 洞内观察
# e( x& U; r. ~' S/ ^* |
隧道在开挖后要进行地质观察，在支护完成后对已支护地段要进行观察。
' V7 e0 }) [& q( I$ l+ {+ B
对开挖的围岩观测包括以下几项：
( h5 e' H: K, z2 _8 I) F* f2 H
(1)节理裂隙发育程度及方向；
$ I7 N1 c; v) R(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
' z. M. B" d1 V/ w" A3 h
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
, U$ j5 N- v0 U5 t0 Q, H( y
(4)是否有底板隆起现象。
- \( _+ O E% W. S. A; M对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
* P4 w# p1 n7 I. x6 u% w% U8 I(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
; t& z* o) D2 t& J, }. R; `; h(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
/ ~8 ?8 k# `/ p9 ]# W4 K. |(3)钢拱架有无被压变形情况。
% s& E' n, x1 d9 U3.2 地表下沉量测
$ E( h# w+ u& K地表下沉量测布置在4 b～6 b(b主洞室宽)范围，中线附近密些，外侧渐稀。
0 y5 A. L: Z j2 t" _
(1)测点埋设：在埋设点挖长、宽、高均为20 mm 的坑，然后放入沉陷测点，测点一般采用25 mm 长、350 mm半圆头钢筋制成。测点四周用混凝土填实。在开挖影响范围以外设置水平基点2个 ～3个。水平基点埋设方法同上。
# i9 A" [% W! C* g3 Z' k' T
(2)量测——沉陷量计算：使用普通水准仪和水准尺，测出各沉陷量测点的标高，然后按下式计算沉陷量。
3 Y4 U5 h: U3 g; Z1 ]' I6 P- B
un=a0-（a基-r后+r前)（1）
( x$ H6 h* |/ b( W$ D
式中un——第n次量测下沉量，mm；
1 i+ I6 A' T: e9 M* F* Y/ {a０——测点初始标高，mm；
9 r' H: t, F5 x5 i' T5 s/ Wａ基——水准基点标高，mm；
: P. o* m4 K1 Q) d0 |
r后——第n次量测后视读数，mm；
9 g8 f! t, W$ a! s' e
r前——第n次量测前视读数，mm。
- n) j% T) Y# r; v' z
3.3 拱顶下沉
9 _) s0 Z% H/ [8 Y8 U
在拱顶部位布设一个测点，中线两侧2 m处拱腰部位布置两对称测点，三个点位于一个断面，布设时采用全站仪测放，量测断面的间距为ⅰ类围岩段10 m，ⅲ类围岩段15 m，ⅳ类围岩段20 m，量测间隔时间：1d～15d1次/d；16 d～1个月1次/2d；1个月～3个月1次/周。
* V/ p9 |' X# e; u( U下沉量计算：
- y$ x0 \. m9 c7 N8 J; |$ Y0 l
un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
- t8 R0 b; ?6 u# R
式中un——第n次量测下沉量，mm；
5 ]( N2 B5 W7 `* y6 q7 Y( ka０——测点初始标高，mm；
+ m' w5 @3 S R: o/ }8 Y+ y
ａ基——水准基点标高，mm；
" Z) ]2 i/ } A. z& W9 r v
r后——第n次量测后视读数，mm；
7 Z9 R4 n5 p+ }! [; F1 Ir前——第n次量测前视读数，mm。
) K& ?9 z; j" A' c9 M3 a _) T; R: u华东公路2002年第4期2002年第4期娄奕红，王秉勇：围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用
0 L* T5 U* q+ Y( | \" ?% U3.4 周边位移
- C2 f" j- B2 q p; K' v周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
4 X5 x) Z e2 |8 W, G3 T
布设测点如下：在ⅳ类围岩中，每隔50 m布置一个断面；ⅰ类、ⅲ类围岩每隔20 m布设一个断面。每个断面布置3对测点，在楔形体范围内大致布置于上中下，每组两个测点保持在水平位置。
; A" Z$ k+ V/ Z5 F ]4 量测数据的处理
3 K7 u6 E/ v+ q; T# z! A) X采用隧道净空变化值(收敛值)作为信息反馈值。收敛值指隧道周边两测点连线方向上相对位移值，所以必须把它换算成两测点的绝对位移值，换算的方法按几何关系有：
, o5 L$ W; ]) G: X3 y(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
6 Y5 h$ V( t! R6 R9 J/ H
式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
9 g7 E3 i' C& S* w. u# F0 Y2 c
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
$ r: E! n( }8 J+ N" L' ]
d——基线ij方向的收敛值。
1 F# v; V X+ K' H) ~0 d- s
采用一元非线性回归方程。
. e0 o2 t0 |9 D1 U N' ?2 N指数方程：
6 j2 p' B+ n) M: T4 du=a(1-e-bt)(4)
% [0 b9 m/ `. D" f1 G& ?当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
' n) v, Z/ z: V* R' ^( P" d
a=u２１/(2u1-u2)
) Q- u8 b2 H* k6 u
b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
3 U6 f/ S" V+ Q% c0 Y6 L2 W
当量测时间t2=2t1，则用拉格朗日插值方程求解2t1时的量测值u，然后再用两倍时差求解a、b值，
H. K9 G- q, f' z9 w, V" K0 c
u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
5 ] e, L8 o2 \" V; p- h" c' ~得出回归方程后，可以绘出位移时间曲线，得出某一时刻位移速率，从位移时间形态、位移速率与某临界值相比较，确定采用何种支护结构及支护结构施作时间。
8 S1 m: C1 G9 Q/ `0 B9 ~施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
+ Y$ f6 x7 ?. b1 u
5 围岩稳定性判别
标准! m$ v2 T9 D4 ~9 h9 Z0 e5 b# }; u6 K
位移——时间曲线的形态，根据岩体的流变特性，岩体破坏前的变形曲线分成三个区段。分别如下。
/ B! [6 l: N6 C5 [0 w1 f
(1)基本稳定区：变形速率不断下降，d2u/dt＜0时，表明围岩趋于稳定，支护是
安全的。
, W" U: d. V0 S# `(2)过渡区：变形速率长时间保持不变，d2u/dt=0，表明支护要加强同时及时调整施工程序。
j& ?, [1 G- ]( K. Q
(3)破坏区：变形速率逐渐增加，d2u/dt＞0时，曲线出现反弯点，表明围岩已达到危险状态，必须立即停工加固。
0 \' h2 K# ]; D/ ~2 B1 R表1规范规定隧道周边允许相对位移值
% K1 x' [, D/ c* l. t/ d# \围岩类别〖〗覆盖层厚度(m)小于50〖〗50～300〖〗大于300允许相对位移值ⅳ〖〗0?10～0?30〖〗0?20～0?50〖〗0?40～1?20ⅲ〖〗0?15～0?50〖〗0?40～1?20〖〗0?80～2?00ⅱ〖〗0?20～0?80〖〗0?60～1?60〖〗1?00～3?00
# S: M$ I3 i6 z# I6 U
注：①相对位移值指实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比；
2 W j( Z" H7 w7 n
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
( s; ]+ i3 \- v& y
6 工程实例
6 H7 h, J( a6 ~, m+ H' g9 }6 P
根据表2数据计算如下：
1 n3 l& k7 S, x( A! C& O第1组数据：
( W" i+ Z! t5 R8 a9 }a=332/(2×33-39)=40?33
( `. v- W M3 |3 G3 K* hb=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
/ x* x( L J& r
u=40?33×(1-e-0?17t)
! U+ c+ P9 Q1 F9 v3 z
du/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
: C% E. q- I% n" j5 U8 @当t=22 d时，
' p) N1 D* \- S9 E9 A! J# Wdu/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
7 y/ D* l* t% g V7 F6 y1 B( T说明地表达到基本稳定。
! n `* f( d9 |1 g7 E* r# t
第2组数据：
- b) D. e j2 ` U( h' h
a=272/(2×27-32)=33?136
T& \: z: i0 H
b=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
: D0 I6 l. Q3 p9 ]' U# d3 E, e
u=33?136×（１-e-0?168t)
9 j- R' ?3 C6 W- a
du/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
6 c; H- Q1 _/ A g
当t=20 d时，
8 Q% x* u$ ?' e, X, o! idu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
; [* v3 j$ H$ a' h2 h# g说明地表达到基本稳定。
/ U+ [8 N) {; X; r: r
第3组数据：
$ ~" Q: b% q, q6 d
a=21２／（２×21-28)=31?5
" t1 b& f5 y, ~
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
0 u$ U) } M" A* C
u=31?5×（１-e-0?11t)
8 l8 \3 h2 u; D" b3 F, D
du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
; ?( K- l& x' p# v: q$ t1 M
当t=26 d时，
3 n+ T1 i1 d# [, e- y% I) wdu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
w2 U+ L. j6 {3 Q' V$ n! v
说明地表达到基本稳定。
3 C8 E& {! v3 O5 n+ {7 Q8 ^
第4组数据：
7 i) q1 T& D' `a=12２／（２×12-13)=13?9
5 T# W; |: S X+ Kb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
6 z) j/ E2 ?9 m% Fu=13?9×（１-e-0?248t)
, Z6 L* F# \+ d' kdu/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
/ q6 P% } F* l
当t=12 d时，
( f0 z8 L' t- e- j5 F
du/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
% o' D$ ?% l& L
说明地表达到基本稳定。
6 g0 x" w4 z3 M+ X# y5 D3 G( U4 m
由以上四组数据可知，当开挖到26 d时，该断面地表达到稳定。
6 S5 V* k: H; o& w) ^; ~工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
$ n7 _1 W4 A- M: {5 v- H7 T5 I/ q观测项目：地表下沉
6 K& y2 ]9 T8 b3 I9 f* i W0 }设点里程：lk 27+542?4
# X1 J! {4 ~+ F' y表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
' k& ]2 s- v; m8 h2 Y
观测日期〖〗测点编号1〖〗2〖〗3〖〗4高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)2001-06-11〖〗1 876?321〖〗0〖〗1 876?529〖〗0〖〗1 876.758〖〗0〖〗1 876?214〖〗02001-06-12〖〗1 876?318〖〗3〖〗1 876?527〖〗2〖〗1 876?756〖〗2〖〗1 876?213〖〗12001-06-13〖〗1 876?315〖〗6〖〗1 876?525〖〗4〖〗1 876?753〖〗5〖〗1 876?212〖〗22001-06-14〖〗1 876?310〖〗11〖〗1 876?524〖〗5〖〗1 876?751〖〗7〖〗1 876?209〖〗52001-06-15〖〗1 876?308〖〗13〖〗1 876?521〖〗8〖〗1 876?750〖〗8〖〗1 876?208〖〗62001-06.16〖〗1 876?306〖〗15〖〗1 876?520〖〗9〖〗1 876?748〖〗10〖〗1 876?206〖〗82001-06-17〖〗1 876?301〖〗20〖〗1 876?515〖〗14〖〗1 876?743〖〗15〖〗1 876?205〖〗92001-06-18〖〗1 876?298〖〗23〖〗1 876?511〖〗18〖〗1 876?741〖〗17〖〗1 876?203〖〗112001-06-19〖〗1 876?294〖〗27〖〗1 876?508〖〗21〖〗1 876?739〖〗19〖〗1 876?202〖〗122001-06-20〖〗1 876?288〖〗33〖〗1 876?502〖〗27〖〗1 876?737〖〗21〖〗1 876?202〖〗122001-06-21〖〗1 876?286〖〗35〖〗1 876?501〖〗28〖〗1 876?736〖〗22〖〗1 876?202〖〗122001-06-22〖〗1 876?285〖〗36〖〗1 876?501〖〗28〖〗1 876?735〖〗23〖〗1 876?202〖〗122001-06-23〖〗1 876?285〖〗36〖〗1 876?501〖〗28〖〗1 876?734〖〗24〖〗1 876?202〖〗122001-06-24〖〗1 876?285〖〗36〖〗1 876?500〖〗29〖〗1 876?733〖〗25〖〗1 876?202〖〗122001-06-25〖〗1 876?284〖〗37〖〗1 876?500〖〗29〖〗1 876?733〖〗25〖〗1 876?202〖〗122001-06-26〖〗1.876?284〖〗37〖〗1 876?499〖〗30〖〗1 876?732〖〗26〖〗1 876?202〖〗122001-06-27〖〗1 876?284〖〗37〖〗1 876?499〖〗30〖〗1 876?732〖〗26〖〗1 876?201〖〗132001-06-28〖〗1 876?283〖〗38〖〗1 876?498〖〗31〖〗1 876?731〖〗27〖〗1 876?201〖〗132001-06-29〖〗1 876?283〖〗38〖〗1 876?498〖〗31〖〗1 876?731〖〗27〖〗1 876?201〖〗132001-06-30〖〗1 876?282〖〗39〖〗1 876?497〖〗32〖〗1 876?730〖〗28〖〗1 876?201〖〗132001-07-01〖〗1 876?282〖〗39〖〗1 876?497〖〗32〖〗1 876?730〖〗28〖〗1 876?201〖〗132001-07-02〖〗1 876?282〖〗39〖〗1 876?497〖〗32〖〗1 876?729〖〗29〖〗1 876?201〖〗132001-07-03〖〗1 876?281〖〗40〖〗1 876?497〖〗32〖〗1 876?729〖〗29〖〗1 876?201〖〗13根据表3数据计算如下：
; ~ R7 E- H1 q5 _7 ]; i8 p" ~数据处理：
5 X! N" X$ n7 |- F9 [a=122/(2×12-16)=18
9 ]' j+ i b- G1 N! a" r& A7 O
b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
0 I. K# W# G& ]! A
u=18×(1-e-0?11t）
" Y2 q" f9 N: I6 O; S& T6 I+ X2 y
du/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
$ D) P* L3 G$ L+ D% N当t=21 d时，
; d$ v% b! W1 W0 n/ j7 l, jdu/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
* \8 p% B; e* p0 U2 z& [说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
2 @* i2 V, ~# z! J! F' J
根据表4数据计算如下：
& O" m% M6 M* q4 \5 }' B' J3 A
数据处理：
% R( A4 m8 D* z. q+ U& Y* s
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
& h, F b) E3 r$ j$ K9 J6 f/ [b=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
3 W" K1 N. K! |' P
u=9?04×(1-e-0?218 t)
* V7 Q" @1 ?* u
du/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
- X: q! f6 s$ }6 p0 md2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
% x# w8 D# ?9 Z& I* T4 A
当t=11 d时，du/dt=0?179 mm/d＜0?2 mm/d说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
8 O. J( [7 M/ }
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
2 H4 G5 ]9 k: x" o
观测项目：拱顶下沉
5 T5 M4 ^# A6 y' f5 F- r设点里程：rk 27+538
/ Q n5 f/ r$ q0 ?2 Q
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
) n& p/ O% T* q5 t
观测日期〖〗测点编号1〖〗2〖〗3〖〗4高程〖〗下沉量〖〗高程〖〗下沉量〖〗高程〖〗下沉量〖〗高程〖〗下沉量(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)2001-06-18〖〗1 865?693〖〗02001-06-19〖〗1 865?690〖〗32001-06-20〖〗1 865?687〖〗62001-06-21〖〗1 865?685〖〗82001-06-22〖〗1 865?684〖〗92001-06-23〖〗1 865?684〖〗92001-06-24〖〗1 865?683〖〗102001-06-25〖〗1 865?682〖〗112001-06-26〖〗1 865?682〖〗112001-06-27〖〗1 865?681〖〗122001-06-28〖〗1 865?681〖〗122001-06-29〖〗1 865?680〖〗132001-06-30〖〗1 865?680〖〗132001-07-01〖〗1 865?679〖〗142001-07-02〖〗1 865?679〖〗142001-07-03〖〗1 865?679〖〗142001-07-04〖〗1 865?678〖〗152001-07-05〖〗1 865?677〖〗162001-07-06〖〗1 876?677〖〗162001-07-07〖〗1 865?677〖〗162001-07-08〖〗1 865?677〖〗162001-07-09〖〗1 865?677〖〗162001-07-010〖〗1 865?677〖〗16工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
( t( y0 ^/ a. z/ W1 Y# N; B3 b
观测项目：周边收敛
5 P- Y8 `+ J$ W# L7 ^! g. B t设点里程：rk 27+488?26
3 A& F# z' g2 I# s* ~: _0 Z* j观测时间：2001?08-07～2001?09?06
3 C! i/ b( W( m- G: \表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
& E7 A$ m; m* R5 I0 o& Y
量测时间〖〗第1 d〖〗第5 d〖〗第10 d〖〗第15 d〖〗第20 d〖〗第25 d〖〗第30 d径向位移(mm)〖〗0〖〗5?21〖〗7?98〖〗8?01〖〗8?30〖〗8?85〖〗8?927结论
]- s `( @( G7 k- H
围岩量测技术在老鸦峡2#隧道的应用，量测反馈的信息正确地指导了隧道施工，使工程顺利通过洞口采空区段及大卵石砂土填充且无胶结的ⅰ类围岩段，保证了在施工过程中没有发生一起塌方事故，对隧道的安全质量进度提供了坚实的基础和有力的保障。
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
