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。
: q& c1 C u+ X% H关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
, D, N) I1 D. w/ ]1 工程概况
7 X% e, A% K: f( J9 s3 i
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 R) N! |8 H/ f* M; W
2 量测项目
: Y0 k5 Z; W* \9 p$ y& x
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。
3 R" D/ r% K f8 _
3 量测
# \# k0 B: `# k' K
3.1 洞内观察
; `' Z( h5 p; M% W- b9 `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。
) D; q# l& O0 ?+ M4 _
对开挖的围岩观测包括以下几项：
) ~$ S' g1 Q A" \+ F2 l(1)节理裂隙发育程度及方向；
3 y7 G1 M. x: f# I( k(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
$ m; I$ t, {4 ^& v: @# j(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
/ Q: f, B5 X" W- f(4)是否有底板隆起现象。
. p# W0 D0 c1 r- S' p; Q' N
对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
2 u) q. ^9 s1 g, W+ q* k(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
+ ^) V1 S1 d4 \" G( C$ D
(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
; C2 i! |: ^6 d) g6 O& p' i
(3)钢拱架有无被压变形情况。
4 p: ^( _6 Y; ?2 b# n @# M: a
3.2 地表下沉量测
2 n8 D$ ~) J, Q5 P6 t& x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。
8 h& o( C6 J" Z" q) ^9 Z# L9 H
(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 K& [5 O4 E! C8 y' n) }
(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。
2 j/ a9 E3 m! | ^' U5 F" i& iun=a0-（a基-r后+r前)（1）
! c3 q0 |" }# l
式中un——第n次量测下沉量，mm；
/ C( Q. Z- X4 C4 S G# ^' ?
a０——测点初始标高，mm；
; Q2 U0 C! K U5 n
ａ基——水准基点标高，mm；
3 V, n7 |- D& G2 g( g3 C
r后——第n次量测后视读数，mm；
* D! I {8 @2 }' b$ g
r前——第n次量测前视读数，mm。
1 m8 V/ ]' f4 @: u8 H+ `9 e
3.3 拱顶下沉
& j! y. E( U( b9 H5 n6 `
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。
1 d# A- O* R$ j' D+ L3 Q( O下沉量计算：
* y8 R" H0 m& `# p: ]un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
1 H4 ?+ d! g, T& ~; y, b; H* v
式中un——第n次量测下沉量，mm；
8 Y# t2 k: R x4 Y
a０——测点初始标高，mm；
9 X" T; \- x9 ^; |" k/ G
ａ基——水准基点标高，mm；
; \% z! H2 l4 ^0 `# r2 E) J0 v1 \3 e
r后——第n次量测后视读数，mm；
& C" L+ f$ s6 `) K( G/ b1 \: P G- M
r前——第n次量测前视读数，mm。
% w$ c# {6 r! V" }9 {9 F9 k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
- Y( {7 y. m: |" T: t3.4 周边位移
; Z+ o. T& R2 \* j: \8 } c周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
' a3 r2 v/ b0 X3 j* a- ~4 S" h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。
( Z" D0 c1 Z9 ]% J* l
4 量测数据的处理
% {7 x) g+ C& P) B8 n0 G- Z- i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：
, l+ n& _9 n4 A0 l/ ](ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
7 T. B: a# x* J# n1 u式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
2 |% S0 g2 T' wa——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
5 V b/ g3 s8 }. t+ l: ?
d——基线ij方向的收敛值。
) s7 h0 g# N" b$ I3 f- y6 A4 q; K采用一元非线性回归方程。
5 R/ j q1 n: B: x) |8 k+ x指数方程：
% Z6 ] n% d! B& q- E
u=a(1-e-bt)(4)
; {. J/ t' H. V0 k
当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
# K- I8 y! G2 k3 Z9 f; aa=u２１/(2u1-u2)
- C3 v/ f2 Y9 S- y) Qb=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
3 U# V: @2 l1 y5 S, b2 L7 {8 {
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，
5 e: R" ^# ~% C# S1 @
u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
: ^* n. f ?, w) f" }8 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。
' o3 w# e' ^3 h% _$ a5 e5 ^
施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
* b) |8 i1 r$ G# ^
5 围岩稳定性判别
标准7 }: I0 T! _. l
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。
# {- j+ i/ k) k/ E
(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。
2 p$ L! v6 {' p% r7 |$ [* h) A/ r) D
(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。
" e$ Z: a, o3 h- n(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。
4 e+ n8 i- E/ n X1 g, @9 X
表1规范规定隧道周边允许相对位移值
; m% ?1 d3 W) e+ T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
$ A) v# j" x" x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；
9 ?. W) c& C+ l% M# |5 x
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
( E/ Z* }# Q! u; Y6 工程实例
7 \! m% c: z4 i$ P. a1 Z ?& ^根据表2数据计算如下：
) M' f& }' j6 \( [; Z4 U P第1组数据：
7 b/ T4 Y$ y& W( J
a=332/(2×33-39)=40?33
" x5 N) [& _3 F) \3 p5 ^$ u6 vb=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
; a5 R% u u/ I: d6 W- V3 b2 {u=40?33×(1-e-0?17t)
- t) R; U3 v0 V; \du/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
1 o- R* N# k: e3 t8 {2 D* H, @当t=22 d时，
! B$ v* M8 |( t2 G5 W! _1 Mdu/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
* ~( n9 s% d1 a: E! [ ?3 x; L( {说明地表达到基本稳定。
( [! `5 c9 G$ j0 J
第2组数据：
M _8 z! V5 r* `
a=272/(2×27-32)=33?136
T' {9 H# P; z6 _. ?
b=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
0 C' M9 p0 Z0 {7 _5 z: f
u=33?136×（１-e-0?168t)
2 _# C- V5 q, Qdu/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
" T. M( j2 U; h* X$ G, H( |
当t=20 d时，
8 |! {4 W2 R2 k: {du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
. a6 A4 n) ]8 t) `
说明地表达到基本稳定。
, y, p- `4 v% p, I第3组数据：
, T* L2 Q' e8 d- Z* m7 z1 V
a=21２／（２×21-28)=31?5
9 `' D$ s8 B8 l: }; }0 ]9 Nb=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
! L' K( B; Q1 B! t: q
u=31?5×（１-e-0?11t)
" \: N1 h6 M# H+ z7 \du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
. E8 }" R( g& a9 u, L当t=26 d时，
) M: e5 O+ y X }3 v
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
/ P( P- }% m8 ^3 X说明地表达到基本稳定。
9 r7 x0 s% n; R9 H- Z第4组数据：
( Z. A& S3 o# O7 M' c r% I$ E1 s
a=12２／（２×12-13)=13?9
0 l- \1 H& i5 c. ob=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
' W7 ]# C7 j" b7 b+ ?3 ~
u=13?9×（１-e-0?248t)
. r; }$ g- o; m# a# \du/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
r* ]8 A; O7 m+ Z: b; o当t=12 d时，
/ f- E; _" T# L
du/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
$ }6 c; V' j+ e, C. F5 t) g% a i# ]
说明地表达到基本稳定。
, j9 V# h& _: n) l) L; P2 z
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。
( v b' F% ^. k L) @4 n/ z
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
6 `: R: T* d- @' E# I4 p4 [8 q% X5 K: [
观测项目：地表下沉
6 P6 }! `$ v* A" Q设点里程：lk 27+542?4
$ _4 ?4 `- w: k3 ?表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
# v: {+ ^8 l/ b7 `" S, c4 \, V/ w4 U
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 w' f) [. u" l数据处理：
- ]+ h# {, g0 s2 k" r
a=122/(2×12-16)=18
4 K4 K0 U4 Z( h; H( z+ B1 @' ?5 k5 x
b=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
/ }- M. M( ]" |7 \, m- |+ h
u=18×(1-e-0?11t）
y1 ]9 {2 f/ c
du/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
3 S) m6 X8 [) s, o, d+ r
当t=21 d时，
' p3 l" p+ n% `2 u( z) A% B
du/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
, J6 I& ^6 L# t3 ]) r: h1 A
说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
6 G3 h2 O. p' C a8 x根据表4数据计算如下：
" g# P0 N& p9 P& U6 l! n' {数据处理：
# x L2 ]( i! c7 V+ }. z n+ Sa=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
3 u6 ]- A' {1 ?" s3 w# rb=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
6 B' h J k" {/ P1 N4 t
u=9?04×(1-e-0?218 t)
7 n2 e7 y. G1 n/ R2 ?+ K* a/ L, `du/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
. y' j% H/ _: e8 z3 sd2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
6 c0 s0 G6 v9 x( x! m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。
$ J, V1 u, |& D" j
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
+ y# r" |6 R1 d) N4 s观测项目：拱顶下沉
* k; U* d7 r0 w
设点里程：rk 27+538
& z5 I- S: d ?1 S$ b9 {0 i. r
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
( |( ?) ]. |# z* e( ^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
- [, Q6 u& R, S/ P# [- j
观测项目：周边收敛
9 y, h- C0 `9 d: l
设点里程：rk 27+488?26
& @ ?5 S8 S' ?4 e" ~
观测时间：2001?08-07～2001?09?06
$ u* e9 ]5 m" `; F! Y
表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
) h2 L9 A: J# V- i. M! 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
5 P2 w4 x. I# @8 A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
