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。
3 v' H" Y$ F6 V9 Z6 U) h关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
1 w! x5 v: j. z) v i3 {1 工程概况
8 s% o4 f) Z5 `2 _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。
$ `0 ]0 U8 v2 T" ~6 L) p2 量测项目
3 m7 [0 \8 h8 [* }: \1 @* ]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。
' q2 A+ _! B+ b! O
3 量测
: m% C& a4 F5 s+ Z3.1 洞内观察
& G; z( [# ~6 e8 i
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。
; x$ k6 }- f* w- D
对开挖的围岩观测包括以下几项：
. e- u$ f+ ]' [. \
(1)节理裂隙发育程度及方向；
. O: H* R' d7 a' {* g1 v
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
# h$ }9 Z! |8 j7 s6 b- F
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
: K+ [, o4 I: [, z: W: I1 }(4)是否有底板隆起现象。
7 P7 `8 a8 S5 C) Z, ~7 m6 J8 m
对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
' B5 b0 o$ w) I(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
1 W5 \/ a. d H# D1 I0 A) E(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
. s/ Q. Q0 k e% `' T1 o7 ~8 T(3)钢拱架有无被压变形情况。
5 @- e2 H1 }+ p' ~7 D- d3 q2 N1 s3.2 地表下沉量测
7 |- u3 r( I- X& `! Z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。
2 m0 B$ h' G! g
(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。
2 V2 o1 V! ~+ u- }- k. E- U
(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。
' E: ~: K. k# ]: [
un=a0-（a基-r后+r前)（1）
. k. w; F4 R% F7 T" B4 t) R. [% P
式中un——第n次量测下沉量，mm；
4 d" }# i6 p- j+ q2 ta０——测点初始标高，mm；
' y2 m, L2 y* [, z ^( y- n, j
ａ基——水准基点标高，mm；
' O2 C% ?* H6 M V) T( T( ^r后——第n次量测后视读数，mm；
, H! E/ f, E4 [% y% Or前——第n次量测前视读数，mm。
$ l3 x0 J) v# }( q9 G3 `
3.3 拱顶下沉
% K+ |4 y( _$ B8 j
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。
! n G* f' k8 d$ ^8 S
下沉量计算：
?1 m0 D- h* I/ S% ?1 o8 Lun=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
# [& Y. L4 R( Q式中un——第n次量测下沉量，mm；
8 m+ c1 M3 @ b9 U( \- S/ Ta０——测点初始标高，mm；
4 p( j3 ?2 x% |) N l
ａ基——水准基点标高，mm；
4 V4 Q& V- g( o0 ?$ e' Zr后——第n次量测后视读数，mm；
: H6 k7 n; X& u, ]6 fr前——第n次量测前视读数，mm。
5 h* T0 ?" D( ^& u2 t4 E: u1 f# y
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
/ B: Z6 O' I7 R9 T9 z" O1 z
3.4 周边位移
) X) k) D) `4 V2 C7 F0 K周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
9 H+ g0 H% b8 \' s! I J0 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。
. D4 b7 z: O9 ~& ^: w9 f- p4 量测数据的处理
% S+ g1 P$ Z; ?# \* _/ P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：
- p4 Y5 w" Y4 ]4 ?(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
/ E" k" U- C$ O! J. d
式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
4 y1 ]" T- |( Z7 G, _: s. a/ ~
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
- f& N r# n! |) `
d——基线ij方向的收敛值。
* j8 B% M0 v4 U& R8 y f采用一元非线性回归方程。
X* e( t1 Z2 {( z& P; o指数方程：
# w# K/ E. a5 W" i8 `u=a(1-e-bt)(4)
! z6 |; v' }& Y: y% t当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
5 O h. n Q f; U$ `( C7 Ga=u２１/(2u1-u2)
3 b4 l$ b, M G g, H; sb=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
9 f) Z$ V2 y( a% s/ ?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，
9 I, q7 X& `7 B1 Ju=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
1 F+ z3 Z5 s& S8 g' S' r% c0 Q5 m
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。
% I+ n- W! V. b# M施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
& Q R @' |$ _( [& n( N& u1 h ~5 围岩稳定性判别
标准
& @: {7 F0 ^, g5 u! b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。
" ~) K1 S8 E& G+ c X: q6 t
(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。
4 Q, P& I5 `) U( p1 Q0 S+ 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。
% o- D! h( F! O% r% _# O
(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。
( i- ~1 @* }$ ^. I7 u+ A表1规范规定隧道周边允许相对位移值
3 ^5 f9 J1 l2 f7 i/ t+ J/ i Z7 G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
5 w* P/ p- p# ~1 [3 J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；
$ _0 g2 J& k8 H: X6 T6 j8 Y& K+ K②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
) H9 k4 y0 g/ x z" O4 r2 P, I6 工程实例
$ k" ^3 Y: O- @根据表2数据计算如下：
2 ]+ \" {; s$ [+ I; W9 G$ B- ?第1组数据：
. H5 M* M: I5 D+ xa=332/(2×33-39)=40?33
0 T' e4 i1 k3 j
b=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
1 `/ X6 C' `! `/ i* Au=40?33×(1-e-0?17t)
8 d( w/ h: Q& q. v! E s( v
du/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
4 m9 W1 Z8 ?9 C9 K3 r- b
当t=22 d时，
( W* z9 b/ C: {0 Vdu/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
5 r; z6 x g& a6 z- \
说明地表达到基本稳定。
9 `& C' K0 [& D$ P2 L1 A- l第2组数据：
! o6 v- b& k5 Z0 Z' \a=272/(2×27-32)=33?136
2 O; \/ ]- Q. C8 g0 Z6 ~0 |
b=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
; W3 ?" d0 o( u2 \% z
u=33?136×（１-e-0?168t)
" Q3 u2 z2 B% n4 D" A- f/ Pdu/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
% N+ P! w$ F- g& g' m' ?# v当t=20 d时，
) X. F0 t8 m* S: B, D% gdu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
9 q% M1 S/ O) z$ X7 h说明地表达到基本稳定。
9 T9 }+ {# k$ u& j! W第3组数据：
& ?% }! R! ?: w' Ja=21２／（２×21-28)=31?5
1 j% P0 Y- { J
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
2 r5 E' v! `* u9 R* y9 Ru=31?5×（１-e-0?11t)
9 `9 k4 Q7 s% g5 E- S
du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
5 J# z1 T+ S4 Y5 o" f, c
当t=26 d时，
/ h6 o8 X* U$ H; c* [# n3 ]
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
- ]) ]! s4 F* E( N" e
说明地表达到基本稳定。
9 I7 K9 U' B- g3 s! t: s第4组数据：
$ @, f" I4 M7 F* V! F1 {4 i* za=12２／（２×12-13)=13?9
1 D& \; ?7 T' Y' J9 ~# ]b=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
5 J1 P, ^% ~8 z* @6 \* s+ nu=13?9×（１-e-0?248t)
1 b# x& B" _% j5 [$ w" g* o9 B" idu/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
; I: N7 R7 U3 h, f- U" }
当t=12 d时，
5 N3 [6 [- r$ o6 cdu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
- V0 I& T- G* l3 g0 ?' z
说明地表达到基本稳定。
6 Y) h5 Y8 J4 k1 a \4 C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。
8 H& A, o, K) ?2 z: V0 f* C工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
6 O' C' o9 D9 u+ }6 I
观测项目：地表下沉
8 e# |2 k/ y# {$ ]
设点里程：lk 27+542?4
" l6 V: T) Q% s' R# x表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
) p$ Q8 Q$ `7 s, I& s% w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：
' C7 r% _7 G" G
数据处理：
. P. k+ D5 K8 Y3 {
a=122/(2×12-16)=18
* b0 K" j9 B1 }2 m7 s; a8 M
b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
' {3 z9 D. b' T9 G' ]2 ^5 ]- `
u=18×(1-e-0?11t）
! R; d9 M Y5 ]0 Y( l$ }
du/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
' m5 M! t7 E# @当t=21 d时，
0 a0 Y( J: Q' k1 B/ _( O" q
du/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
% _/ b; x- P) o- u3 k; |5 p& P说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
+ k* }( r0 ]6 g* ^5 F7 E& z根据表4数据计算如下：
p% E9 t. j! H# |) X数据处理：
: j2 o+ ^; Q8 l" k! o5 _
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
0 ]- i3 y" }) y8 ~b=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
; j# O I* _+ ?0 D! |7 U5 u- ~. K
u=9?04×(1-e-0?218 t)
+ `7 D- J6 |* }2 d
du/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
6 S9 D2 f" @+ j. ~0 hd2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
9 Z2 w8 z& m/ F, d( F2 s0 k. Z
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。
4 L8 A9 G& C# X& B/ k* D2 Y
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
, k! v+ N8 V9 u. X& Z观测项目：拱顶下沉
) |7 t& Z- O0 A设点里程：rk 27+538
* S( k/ s- s9 B& ]1 X/ S7 G ^, l
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
* p, U# B! |9 `# ^7 i$ x$ E/ S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
" @0 Z4 s: {/ N X) i( R
观测项目：周边收敛
' }) o! H0 @- e3 f: v设点里程：rk 27+488?26
+ n6 I, }2 R7 x% |观测时间：2001?08-07～2001?09?06
9 W2 x9 O8 F" f2 X b/ `表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
( U0 H& K" o, |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
( u$ x) d& M0 E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
