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。
; @1 g/ m" M6 \
关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
& D, B+ H+ v6 K3 L& g1 g1 工程概况
! }4 M/ X9 J. ~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。
# A; n5 l Q; C$ l% D2 量测项目
6 h# F3 e! i& Z: h
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。
& X5 T5 R9 Q6 p* u
3 量测
# m7 c0 ~! w& Y7 U9 S- b# }3.1 洞内观察
* \: N$ T4 P+ m$ N
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。
' s, ]& Q: v5 @8 ^) `; ?! k对开挖的围岩观测包括以下几项：
" S$ ]- f. m* w) U, D& f(1)节理裂隙发育程度及方向；
* [+ U" G2 J/ C2 i3 L2 S
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
$ Z$ K2 r: _ [% ?) s
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
0 d/ V) c. B+ @$ t4 }(4)是否有底板隆起现象。
$ A2 U& o0 Y! I( r) _
对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
3 O% C! A- a7 ]/ ^+ _
(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
( H8 K5 w5 k: _2 E/ E: l) f8 l& ?(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
/ A, I5 ?# d0 i4 U
(3)钢拱架有无被压变形情况。
2 m4 E2 J( X" f1 X( P1 T
3.2 地表下沉量测
, {; w4 b; T5 b* w$ x9 ~; n' g
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。
" F) H8 Q5 }7 G8 L9 Z9 n: 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。
* j4 a) T, }3 v2 y(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。
; t$ I% ~- {$ [
un=a0-（a基-r后+r前)（1）
. ?4 D& N( Z$ @# y5 z' W5 S式中un——第n次量测下沉量，mm；
& \. D+ { G+ da０——测点初始标高，mm；
" K! ^, B1 V( i; K8 m! Cａ基——水准基点标高，mm；
0 ^! K+ R0 V0 gr后——第n次量测后视读数，mm；
" q W$ n- j. C( i; A( t6 `( d% gr前——第n次量测前视读数，mm。
! h6 E+ V# w2 k/ X* m0 I3.3 拱顶下沉
- j9 H& B% M2 T* |. Y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。
, b+ h2 H/ E# O8 A* n; f( v
下沉量计算：
7 F# x8 n2 q" W4 t+ bun=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
$ v8 D& ~& Q" B4 V6 {. v
式中un——第n次量测下沉量，mm；
1 N& J& c: P7 X8 f4 l9 P1 E
a０——测点初始标高，mm；
4 w1 M6 B! T3 K3 F1 G& G
ａ基——水准基点标高，mm；
+ d* [( Q: |( Ir后——第n次量测后视读数，mm；
1 J2 J o3 Q7 B$ ?. e: P6 A, or前——第n次量测前视读数，mm。
# j* F0 M7 P% P' w+ R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
$ g9 d& Z# @. I* x4 y3 b _- c3.4 周边位移
; z; d0 }6 J" n* S( k, G9 i2 `
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
! S2 z7 o- ?6 g- `6 }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。
2 K* z# u$ H9 o' V9 |' J4 量测数据的处理
2 \9 L# D* r# _' q. ]% q( R/ P4 _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：
, F. g) o. c4 ?" ]* L(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
5 P- J, l- f: \& _: N6 V; x式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
1 T4 g2 x; X! La——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
1 B$ v' N. i: }d——基线ij方向的收敛值。
F4 ~6 P7 w; d7 B; r& Q7 V3 B+ y
采用一元非线性回归方程。
4 e6 V) b: Z3 i; E8 B) E, ]指数方程：
/ |1 T; Q! D, ]: J6 R
u=a(1-e-bt)(4)
9 H$ M' w( p3 I% O当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
6 A E; ~! y' B; ?8 K7 g; b+ p% ia=u２１/(2u1-u2)
1 X J; [5 E$ ib=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
2 B( i9 I. l1 `3 m! T; _
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，
6 }9 O: Z9 m7 }+ Y7 H
u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
8 C. }% T, P# c. ^2 D+ D. ~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。
9 O5 r- u( A$ k J9 j0 H
施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
; o9 T9 Q# o5 }8 }6 }' t1 m
5 围岩稳定性判别
标准0 S, {0 I; r8 `
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。
: w. @/ Y9 R# J/ `7 p(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。
" ^ K. U; [3 W$ {
(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。
6 v+ W, F i. t* I* @; U5 e3 `, b
(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。
2 R# X7 d; R$ B `6 F1 l
表1规范规定隧道周边允许相对位移值
, ~0 x2 H- _! b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
# ]1 e# F$ i# E: E4 ]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；
6 b: a! v5 @* V) C" I' |
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
% c6 u! }8 [0 G( v' W5 p0 Z/ S& s, v
6 工程实例
" h9 N& d9 i i% m: J" _- Q& T4 V
根据表2数据计算如下：
z% g' f3 }0 |9 B% S7 ^第1组数据：
2 V) Y. f' o; M. h4 ~* _a=332/(2×33-39)=40?33
' k) w" J' x; h/ n a- y
b=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
8 R0 A: L& D+ H1 x) ju=40?33×(1-e-0?17t)
, Y1 s* Q* W3 x8 ]6 s6 Q0 Ldu/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
3 V2 J- }$ P" ?& N R) u2 Q( b
当t=22 d时，
$ u# \* p) q. P, V3 y7 l
du/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
7 q2 p, `' j6 o- |
说明地表达到基本稳定。
1 }/ v# V A2 S2 H. E4 y
第2组数据：
7 b5 H" D' c, `9 P2 x; l, Fa=272/(2×27-32)=33?136
. ?$ B! _) n, l6 n& N z. Z) h7 Fb=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
- c5 [0 `. g0 Y u- M1 Z
u=33?136×（１-e-0?168t)
# _/ d* T& |" V) _+ Zdu/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
8 s. ^5 u8 j* B0 l# V
当t=20 d时，
% ^% x7 O, z4 t
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
# A5 V) V# e6 C( `% O
说明地表达到基本稳定。
) d% ^) [# D3 `) @- P$ E
第3组数据：
& f/ I* L2 `: \5 F6 C8 |1 wa=21２／（２×21-28)=31?5
0 {3 l; d D% a# k9 U+ C7 S0 A
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
/ R3 D* F$ k Z* O- S* Bu=31?5×（１-e-0?11t)
9 j6 H6 y+ v1 c# u# U9 n
du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
* T: D, t3 L$ B; ~6 K& \3 c当t=26 d时，
' l6 A5 ^. V/ ]& A' }
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
K$ u4 f6 J4 U9 i说明地表达到基本稳定。
* q% R; N7 b8 x6 K+ q第4组数据：
_) V& h0 V b; {
a=12２／（２×12-13)=13?9
# H, Y4 ]9 R+ l9 Jb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
0 {# m0 s: F0 B8 c! d# Hu=13?9×（１-e-0?248t)
9 R2 o2 W( i' q- P) B: b+ b
du/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
; u# Q2 \# X% S; ^7 ~当t=12 d时，
. Z B1 }, J( }+ edu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
; u: Z% u7 K! W+ v0 S, u说明地表达到基本稳定。
1 m E7 H+ n6 P/ h6 m; Q
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 J9 ~& A1 x/ W' h$ [0 {6 M
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
3 V7 r* ?7 l& q+ ]
观测项目：地表下沉
$ r# s2 J) f- L+ b/ ]6 k设点里程：lk 27+542?4
- O1 b+ H, w$ b; p" ^
表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
! n% N1 @: b9 p5 I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：
- N$ b+ c: R0 Y6 J数据处理：
d) }$ G4 O! B9 H9 D
a=122/(2×12-16)=18
% r+ l8 Y) U8 h# F/ l1 }b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
' g5 w0 I7 G! b0 Su=18×(1-e-0?11t）
: P% q9 ~3 j! c4 X( [du/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
# j$ j- L$ }7 f& |2 Q( _
当t=21 d时，
' {& ~$ `9 ~, x7 H
du/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
' t) ?% F2 Y w3 ^8 [
说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
% s9 [" p- K/ z4 w$ i
根据表4数据计算如下：
; N/ K7 |$ ~ }0 p/ p9 X数据处理：
0 [9 }" m! R+ u. [
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
3 ], C/ Q9 `* `! }# ?, p
b=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
/ K9 J$ T+ y! U: R3 w/ ?) i
u=9?04×(1-e-0?218 t)
# r" W+ q3 ]5 s& R# k; s odu/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
/ F0 E# D7 {. g- c$ ~+ @d2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
7 t) Z# z: t* c! U _) c3 D- S
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。
; T# T$ ]0 b W# ^9 s/ H0 ?工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
/ s0 r% |/ F/ V! `% l, y# O7 E9 E观测项目：拱顶下沉
9 y) _/ L; U1 q5 p% X1 d& Z! |
设点里程：rk 27+538
0 h* P. ^8 M; v6 q% S表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
a% J, v" k8 G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
5 Q5 ~: [7 z4 {/ }9 S4 B
观测项目：周边收敛
3 v3 y1 }" W3 g$ i; m* X6 e- P; E
设点里程：rk 27+488?26
" i2 L8 g& Z u1 h) m
观测时间：2001?08-07～2001?09?06
$ c; f$ x2 n! v+ M H/ S- D% |% n表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
- r: t, k. m+ t) P6 l2 X. Z" ^
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
- L- g$ _$ r6 D5 E, R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
