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。
4 G7 _ a9 x( O9 O$ |关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
J2 u- v7 @" I. O+ E7 m$ P2 g/ R1 工程概况
! Y4 W1 `$ O# G6 M$ y# [- p
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。
+ b& K2 @2 M( h# A# H9 y& L1 h/ d2 量测项目
" E9 i- H3 C* z, k! i' ?/ U
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。
" L3 A6 I( _& h2 L4 H- H$ @3 量测
] A4 n; Y* b( E2 h8 j' j3.1 洞内观察
" e! ~" Q2 l. P; I- F
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; z% W9 @/ N( }5 J对开挖的围岩观测包括以下几项：
/ M: F; l. B" r(1)节理裂隙发育程度及方向；
9 ~7 `. K/ c% n; C/ s* n
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
- l- Z- b5 c, P! ~
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
% Q4 Z j: Y# V" I5 Y! ]8 m* k% ]5 K(4)是否有底板隆起现象。
+ K5 i# g7 ~% W+ J1 D5 E对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
) }& I8 i! p. T5 }
(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
$ q+ w6 n5 [* H& | \(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
8 N- I( q8 ?1 p1 \. U# k" Q M! ?(3)钢拱架有无被压变形情况。
6 }+ B8 _2 ?3 f' X
3.2 地表下沉量测
, c9 }& i, x4 x4 d
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。
/ ^9 i: o/ P+ @(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。
! i- ~+ ?* Q/ W* _7 }! @% 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。
* G/ R9 [7 U4 Z$ j9 i+ X2 n
un=a0-（a基-r后+r前)（1）
: y$ C7 U) ^" _5 b! f+ d
式中un——第n次量测下沉量，mm；
' I, a% O& c* y C; z' q
a０——测点初始标高，mm；
7 Q, R( ^- t. Y8 l/ y8 u: ?
ａ基——水准基点标高，mm；
; A2 F& M) K8 Sr后——第n次量测后视读数，mm；
( p. n4 i. N$ ?$ C% }* ~! Ir前——第n次量测前视读数，mm。
) j" K: C, ]8 R& W( ]
3.3 拱顶下沉
e0 k# @) H, e4 t* J+ w2 K6 s
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。
$ c% W& p1 @9 O5 P5 i$ ^下沉量计算：
4 b- h- O. \- K) h% c9 L
un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
# i- _; {1 r0 d( b, U! I4 o4 K
式中un——第n次量测下沉量，mm；
2 s5 I( H) O, i6 G1 t5 e
a０——测点初始标高，mm；
* d; P( l5 M/ v" D7 L7 e( t) q
ａ基——水准基点标高，mm；
. B7 [# @) c7 \1 ^, k i/ ?; rr后——第n次量测后视读数，mm；
/ \9 |: e% D, \- S8 d# T
r前——第n次量测前视读数，mm。
4 v5 h1 y9 X z( R) i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
2 |2 u8 o4 k' r3.4 周边位移
2 [" f8 ^. [- s" t+ t
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
8 U- m2 ]( w& B: t$ 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。
! o* S [ k( v0 M g9 Q; Q G
4 量测数据的处理
) C7 ?/ C: G# w: V, C( o7 L: k9 J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+ H0 [0 ]; P* e
(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
. x2 R3 T0 `: U( b, H2 A+ {式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
- j+ i6 W, g/ _/ n
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
: X$ y7 W8 E) c; y! m' l
d——基线ij方向的收敛值。
2 V- l/ O0 u8 u3 w
采用一元非线性回归方程。
; \' G o% R6 l: D' u. P指数方程：
- x! X+ V2 C3 y/ G( ^; n" S4 Cu=a(1-e-bt)(4)
8 k1 p' z. y* ]) L" O* u* t
当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
+ ]+ n: b; E. S1 I' r+ pa=u２１/(2u1-u2)
9 I9 i* T; r, a% h. g6 i
b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
* q! h; G5 J( `+ g! `& e. `
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，
( _/ [4 f8 j- ]u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
; T( F9 U( n# ^. t, p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。
. F* ?% x' p& H7 m
施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
/ @, |. { Y) O+ y
5 围岩稳定性判别
标准
& h3 I0 Z6 Z/ V6 @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。
& q! Q: ^- ?1 B
(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。
8 h' K; `$ m8 b5 s3 H
(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。
9 r3 f/ v2 n6 y1 ~1 k$ \- u
(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。
) E, E. X, B9 G/ l7 d! W表1规范规定隧道周边允许相对位移值
1 O6 T! a- P& d s
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
: q3 F! S. B6 |5 b+ v4 f: ?; q
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；
* G" {$ x, g7 b6 n. y②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
+ J! \6 ]; m4 B& E2 S7 r
6 工程实例
# N- V! ?0 I" a( P; k" ~根据表2数据计算如下：
+ S: S! l$ ] u C第1组数据：
; ~+ [1 [; ~, y. k( R+ ~a=332/(2×33-39)=40?33
$ h3 f7 r' R" m2 V# R8 \7 c* ]" Sb=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
( s, `; K8 I9 R& e; h! J
u=40?33×(1-e-0?17t)
* t: E4 U' m0 |. s- G2 ~$ Ldu/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
0 ?9 m; T$ y; P/ o1 [5 `: J
当t=22 d时，
' J+ d) O# K& t) i; ldu/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
. r' C& j; G+ z, G1 N: c说明地表达到基本稳定。
: i) |: Y" [' E4 ?; @, I第2组数据：
6 e6 a9 b- @# ]8 w" o' c
a=272/(2×27-32)=33?136
% A+ d4 [8 Z6 L$ }' f
b=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
( `' s6 n- q8 _" `- i' X
u=33?136×（１-e-0?168t)
: q \! ]+ w4 D" v+ `) |: Mdu/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
]4 L+ Q0 P, H当t=20 d时，
6 ~6 q0 D: t7 H: n/ g
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
. B6 k' l2 f5 o1 z! ]- P
说明地表达到基本稳定。
, ]( S5 G/ d j; D4 @1 o7 \( _3 S第3组数据：
0 M% d& u% [# T" l) a% k3 Ca=21２／（２×21-28)=31?5
0 N0 q; q* ^; o; X% ^b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
+ j5 ~) t1 }; |5 J. Q( Q9 E* A
u=31?5×（１-e-0?11t)
$ g- I, L1 F H- f2 m# ^du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
! S; V7 P& R, y: ? s# e当t=26 d时，
+ V3 d& f0 w; C8 d% t; P4 |) Fdu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
4 U% W+ f) a, f- Q
说明地表达到基本稳定。
+ x. o* H# [# T9 _第4组数据：
$ s: i3 t0 p# @$ H
a=12２／（２×12-13)=13?9
( z. Z! x' Y% u ]0 zb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
& g3 t8 [* g! x$ U3 v1 o% V1 S7 P3 ~u=13?9×（１-e-0?248t)
& h( X4 h0 p3 w7 D `2 C7 C+ W
du/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
3 _) N7 @! F- [: h- Q- e& @' B2 J当t=12 d时，
( Y) f3 E! B) v2 u, U4 Jdu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
# k+ J$ P# J% i/ V" R4 a
说明地表达到基本稳定。
9 h% J, b2 |4 |1 j% c) `. y% d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。
* i9 \" @! L% _! r/ y工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
6 l2 h6 `4 H) d, s7 w
观测项目：地表下沉
) C+ d1 l3 C! [; `
设点里程：lk 27+542?4
& e* k1 Z& N$ z0 _. G表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
. J7 q( X; `% L4 M7 P) @
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：
' G# O6 Y: t6 ?7 X数据处理：
7 w3 L! k. n6 V& {a=122/(2×12-16)=18
+ o) {7 P+ f7 E8 H: N
b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
( G, E+ ]$ E' `; O, \7 Q' ]
u=18×(1-e-0?11t）
. t8 x! y, R( V$ ?) d! e' vdu/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
/ [) H% m$ q- M
当t=21 d时，
6 R( N4 R5 z. K8 i3 z2 \/ B2 a [du/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
' k7 k, [/ G, z( \; q说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
" L. ] V1 K. ? ?! R根据表4数据计算如下：
# [1 n$ \! G( j+ O* }/ \3 }数据处理：
6 @0 \8 j6 T* K' x8 b
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
# z- h/ L( x* q+ m
b=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
3 s* _8 r$ s# c) E
u=9?04×(1-e-0?218 t)
' l: Y: t2 p7 B5 t
du/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
* } ?: P$ l; Id2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
+ s: _, @3 Z9 W+ O. L+ v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。
, V7 g* X8 I- ~; W工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
% H2 Z( J& @+ z9 U% I) {观测项目：拱顶下沉
$ Q1 T5 C- V2 _6 B$ W7 B. f设点里程：rk 27+538
/ b' f' c' n) Q% l! D; Z& t% D
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
) z" {" K8 m; y9 k2 W
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
4 C2 X3 a+ J6 p! J观测项目：周边收敛
6 a8 r# c/ s- W h; s' X1 B
设点里程：rk 27+488?26
* k g1 d0 b9 ]% M N" d观测时间：2001?08-07～2001?09?06
+ S( M$ H) Y9 v, C3 u4 E8 I: ?表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
/ L- a, W: b" Q5 L: J0 i' e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
4 v' |0 t$ K* B5 P# a7 ^
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
