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。
% X9 @* L" F1 }8 R: W: L
关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
, |+ I* ?- |5 P1 p3 Q( R* w+ B7 c1 工程概况
: H' D3 e( z0 Z; o% u* m7 T$ O/ l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。
( V* Y& f5 q4 K: I/ s+ {2 量测项目
8 s; I3 S' t' \3 [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。
; f" }0 x9 n1 A7 x9 d' D
3 量测
/ ?+ |1 ^. w; E3 L! G5 w3.1 洞内观察
6 f* |8 d* L, Q( g" o" s9 N( O
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。
& { G" h9 a2 b H. a% Q对开挖的围岩观测包括以下几项：
6 K3 d. S1 k, J7 X(1)节理裂隙发育程度及方向；
) ~ e- `! V/ p- b( f/ J(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
1 Q9 Y+ h" d$ ]# s. ?$ a$ ^8 t9 C(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
- r4 s$ Z6 {$ t' w+ h
(4)是否有底板隆起现象。
1 \" w; @* S5 Z+ c$ U对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
+ k0 a) Z' s1 v9 B& J& B* |(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
3 I l* u" b- H# {, u8 m w# w) w2 _(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
. C6 A8 ~ g d
(3)钢拱架有无被压变形情况。
. p3 a0 n) t9 \3.2 地表下沉量测
; C" v* H j5 q. a" J
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。
+ i/ z2 Q; I% }% e4 s, [, d+ n
(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。
( a1 }: [% k7 j8 B
(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。
" Y3 A1 e8 |# G. Z4 Q; P) mun=a0-（a基-r后+r前)（1）
Z: A4 C1 O0 \' m& T( b1 J+ W4 H式中un——第n次量测下沉量，mm；
2 P+ M, M# A; g, z( f3 e
a０——测点初始标高，mm；
. Q" i' r( U- t
ａ基——水准基点标高，mm；
' y6 u' h. k& S% H x
r后——第n次量测后视读数，mm；
) a7 K' U% n w
r前——第n次量测前视读数，mm。
/ p4 e1 \+ @8 a. K0 a3 E8 |3.3 拱顶下沉
& n: S! D1 s# k; X+ t2 Z# Y) m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。
2 S9 N1 j5 f A下沉量计算：
8 d) q T2 Q' |) ^" d- Z
un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
- G2 r0 A; d" R) s& i式中un——第n次量测下沉量，mm；
' ` w4 b r: ~! e: A$ v0 D
a０——测点初始标高，mm；
5 r6 L4 }9 W8 U1 \% F' q& l& J2 Dａ基——水准基点标高，mm；
7 Z6 j" {# ~2 f Z8 r9 Z* X- j) Xr后——第n次量测后视读数，mm；
3 y) u7 L N( u# p6 s. A
r前——第n次量测前视读数，mm。
9 P: p) ~# n; X- n- J
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
( U' p8 g: z( D1 J9 H3 a1 p g3.4 周边位移
& }5 p* V) A' Y# l+ |2 K; k; a+ u
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
' S# l9 Y/ \: W- M/ B y
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。
3 n% \* d7 \6 U8 R: D
4 量测数据的处理
. u+ H' f' J* y1 z9 L
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：
5 @+ _) F3 W1 S% \( }(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
1 R, y% ?$ n2 Q: l式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
7 I, d" O9 I* [& p; r. c7 c
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
% ]5 c$ H d! w! X" q0 t
d——基线ij方向的收敛值。
: `, v: L- g% e! Q C
采用一元非线性回归方程。
+ e# I: @* {! r7 u
指数方程：
) K% \' x8 z5 x3 Z9 q
u=a(1-e-bt)(4)
& o; T! l9 k5 ? l当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
/ Y( N4 a% R% `, p
a=u２１/(2u1-u2)
k- p7 M6 [5 i; w3 b) x0 N5 F* v
b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
0 w' x5 [& E N; r# z, d5 a
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，
; g" R. U/ x( G( Lu=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
0 I0 Q- Y/ q+ b8 r/ x& q
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。
4 o+ \ q7 a' P$ o$ [; j施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
" S7 t. K; v" \7 T8 i7 x5 围岩稳定性判别
标准
1 p8 ~0 i3 w2 [) T$ E# O+ _5 X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。
; B3 T: t( h/ S2 x/ v8 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。
. n4 B. x' N. s: D0 X(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。
+ E9 u6 o6 Y# m+ w
(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。
# Q" i& D4 v" S+ l$ b9 P! t- a; h
表1规范规定隧道周边允许相对位移值
# F5 g$ K. Q5 U: j" o5 w! O
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
) O! k- N* \2 N8 i) |
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；
4 |; i5 u9 b2 V
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
, k5 Y7 { a* s' n# @" ?+ V9 k6 工程实例
8 b/ J4 h- z5 O: J/ E6 L- t/ n根据表2数据计算如下：
; o' v" T o" X: I# a3 T
第1组数据：
7 x+ e6 S. s ] Y4 K/ T( P: _7 C6 V
a=332/(2×33-39)=40?33
5 T( e+ u! D; P+ K2 d; cb=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
4 H: T3 k* D+ X" d3 [2 g# Tu=40?33×(1-e-0?17t)
7 |- [1 P3 ^. O8 M' Idu/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
! e. L" H7 W X/ T8 B' H
当t=22 d时，
; h, |. a; Y3 n R. \; x& k* x& P. `
du/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
$ v8 m- v% ]) _' Y& i说明地表达到基本稳定。
$ i7 q0 k# k% }8 E第2组数据：
/ j) x' N4 @6 F. o& @5 Q8 ra=272/(2×27-32)=33?136
) s4 R( d; O# h; }" d7 X) P$ Yb=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
$ I* e3 x5 X; t5 P0 f
u=33?136×（１-e-0?168t)
3 {! z$ ^8 c% `8 A! v% ~du/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
' h P& y+ c& D* N$ x; O5 }5 L, I
当t=20 d时，
h0 B' x6 m: |! g4 ydu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
5 [5 t3 x& [8 `$ x& }& W
说明地表达到基本稳定。
+ R' P) y# Y6 [! L9 K
第3组数据：
# b3 x: ]% ^) g
a=21２／（２×21-28)=31?5
; @" s2 q6 I! C; P
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
, G: S& ~2 K) Y: \7 nu=31?5×（１-e-0?11t)
+ ], X- }$ h2 T
du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
& J( u. F. p) t7 |, \当t=26 d时，
0 H8 {# [5 t8 S. a9 [. _1 x
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
# T" e! X. i' p* G3 q1 U
说明地表达到基本稳定。
7 L+ U+ p# d, @- }. B9 z: r6 B第4组数据：
- o: a6 {; a+ @& [8 ya=12２／（２×12-13)=13?9
; {6 O* Z3 G2 D1 z& jb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
% k4 `3 U4 R" } d) ~- z1 ?u=13?9×（１-e-0?248t)
3 v, N% x5 a9 v: P' q4 C) n
du/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
8 {, X" {# g3 G: c/ D. }
当t=12 d时，
. f) x, K/ F6 G$ R# Q( s1 o7 sdu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
2 a6 a+ ~. ?) E0 y1 C
说明地表达到基本稳定。
, U: f' h6 x2 a N4 _* p5 b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。
5 m) n9 L% q# V" x; m& W) G工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
- @) X4 K" C, g9 F
观测项目：地表下沉
* s/ G' ?% W! h- n% j7 m! |9 V设点里程：lk 27+542?4
% J/ X0 L b3 i/ S% T表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
$ I6 |) ^" C4 @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：
3 Q; j9 m9 a t) d7 M
数据处理：
8 s( ]) l+ f9 \# d( P m8 ma=122/(2×12-16)=18
2 E4 U6 T" q; I$ @# x0 V% m' L
b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
: E. _3 |6 a* R7 W6 R; \u=18×(1-e-0?11t）
& j8 o" h4 H' l9 h- w- s
du/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
& _8 t- L8 J5 v当t=21 d时，
* j/ Y+ J) k' t2 G; u- kdu/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
) ^% ]# m9 c& D7 k' e: {说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
- y" S1 F0 }6 g$ x: C根据表4数据计算如下：
" T% k7 s1 Y$ |4 C+ }7 M数据处理：
' |9 p; ?3 ?2 {) Q+ ]! W
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
0 C% l* m( s7 Ib=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
' l. ^% F( Y: K2 |, i
u=9?04×(1-e-0?218 t)
3 l6 N6 m I. e3 a" O F
du/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
+ B+ ]3 f8 P+ j X" gd2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
7 N# }0 B) {! ~* T* n& o) h1 f
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。
) K& [0 Q6 t6 r# _# l工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
: _5 P$ z+ n% n3 t G" A. y
观测项目：拱顶下沉
0 P: m0 C7 Z" H7 @设点里程：rk 27+538
6 m# F, A3 b d8 N% v( |
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
7 K, x9 N" h( D( b" y4 q
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 w3 e0 r, r1 w/ p5 w) i观测项目：周边收敛
, {* ]: \5 c3 B8 J: ?* p5 s* m设点里程：rk 27+488?26
4 x; {- S/ j7 Z; u0 D' ]观测时间：2001?08-07～2001?09?06
( m6 I, d# Y7 ^$ d% o9 x/ ^: X表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
+ W. u* |. T4 T
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
' v& b" T" C3 D) ^0 ]7 X! i5 w
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
