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。
5 O! c' u* g3 l- w) r关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
8 t. b$ h' C5 u1 工程概况
5 I4 C1 ~ W' P z5 C+ `
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。
+ {$ j2 [6 Q# y. [! `- u' p
2 量测项目
- V: ^+ S# ]. @3 o6 y; k. E. ?
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。
+ g% f8 ^ j3 Q+ j0 [3 量测
* n8 t, M/ \5 n/ s8 q; L. {5 t3.1 洞内观察
6 K9 W& s1 I. s% F2 v, q! H$ L" ]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。
" V2 @$ K: E* z8 r5 x, t4 M对开挖的围岩观测包括以下几项：
- f* l+ k! C" c$ j
(1)节理裂隙发育程度及方向；
6 g% P+ x [, \& U0 T {1 D3 Q; y
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
5 D5 T; `7 B; T# L# y
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
; s1 l+ h! y g( ]) i
(4)是否有底板隆起现象。
% `7 t! X9 `5 g5 j
对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
' q8 v S" T0 {' T* x( Z; f& n
(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
# L* L4 U% W, f# m/ ~(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
/ j: u# A+ |2 }4 U/ [( A* ?(3)钢拱架有无被压变形情况。
0 K6 s; [- l# U! \. W; F. h
3.2 地表下沉量测
* h1 @2 o5 @( _% ]6 y" D0 i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。
$ U# h$ U% V! t6 D& b% Y
(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。
; c0 Z( n8 N/ 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。
# P* q- u! d( S! z% hun=a0-（a基-r后+r前)（1）
. a5 h6 Z$ z: v4 ^式中un——第n次量测下沉量，mm；
& } _0 I% e' I
a０——测点初始标高，mm；
' g$ ]3 r! t2 q5 T* g Hａ基——水准基点标高，mm；
+ R1 e4 O7 h P* `r后——第n次量测后视读数，mm；
9 e$ F" ?; O+ p+ [1 i# o
r前——第n次量测前视读数，mm。
7 V; K) e) S; e4 h" O2 f/ j4 a
3.3 拱顶下沉
% ]9 d1 a6 E! K0 n. p: W6 I$ 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。
: q. v: t# U2 c6 n" `& u
下沉量计算：
. j$ m* l7 `2 g3 C8 `0 m
un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
% a$ `) x& w, ~ h. R, _
式中un——第n次量测下沉量，mm；
$ F- h8 L4 o: X( X, i; j- Q
a０——测点初始标高，mm；
. S& F2 ]! e9 Xａ基——水准基点标高，mm；
% k8 {8 s2 X" K# b0 m( a; W
r后——第n次量测后视读数，mm；
, E5 Y+ {6 E: |% M+ F( @
r前——第n次量测前视读数，mm。
1 U! E& }0 ]/ a6 T" U' p$ h; B: ?
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
0 x; C. S- L2 [: N0 x( d' Y
3.4 周边位移
7 [- V1 l) m+ [0 [- m
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
0 i9 \7 G9 N8 u; y+ |# b" X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。
" l& r9 H5 f( l0 f+ K. g% [9 u" f6 e4 量测数据的处理
2 V: n2 u' ^! x7 h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：
! \3 {( ]3 ^ e1 I9 }(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
8 A4 H# w; l8 y) J v式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
0 T" c8 w" o5 p! k! D, a& V
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
% N$ U& h4 V/ `$ ]d——基线ij方向的收敛值。
* z/ ?& S" x" j, U采用一元非线性回归方程。
; ^9 U: R7 h9 r
指数方程：
j |& U* D6 G8 Pu=a(1-e-bt)(4)
/ t8 D- T9 z1 M8 I: l. `
当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
+ e) e# }4 h* F" k& ma=u２１/(2u1-u2)
3 M9 Q5 z5 z7 T# Gb=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
, C3 |/ I/ k6 C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，
n: b8 m$ i' B# R* U# wu=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
* k( X" m* Q; [8 X0 ]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。
- P T# Y8 _$ A: Z
施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
7 e6 C" o0 i$ v/ d4 N' H# ?- G5 围岩稳定性判别
标准
. B: S- d. |/ k! G9 V# v: g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。
8 n/ t: ]- h, t6 v5 g(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。
5 D# U$ U O* o
(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。
5 z/ B8 U, ?4 a/ l! T
(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。
. }1 E$ o8 J# D4 U% N# |
表1规范规定隧道周边允许相对位移值
% \! r( }! L5 R* N* z I5 D
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
. r7 O. A- Y" O( w( \1 ~/ 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；
: B# z" Y! @$ J5 @. f$ ]: Z
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
- L6 W: S" _: C$ ]" Y
6 工程实例
* ]2 B3 t/ m; \: C% i根据表2数据计算如下：
6 G. R A6 _; Y& I
第1组数据：
; T3 z' z) j& v
a=332/(2×33-39)=40?33
7 f& h0 t; I' K6 l
b=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
3 l# R# g6 I, u( a- f2 cu=40?33×(1-e-0?17t)
M7 m" ]% z6 s3 U% tdu/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
, L7 F6 {5 N; L& k$ g当t=22 d时，
; v2 U: X# ]# {8 F# ]8 m2 }
du/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
' O. l! y, c$ Q说明地表达到基本稳定。
+ c2 R h& K: b: d9 k
第2组数据：
9 Q$ b" s4 O8 [" R F: @
a=272/(2×27-32)=33?136
- X3 @0 E5 [! |% c( gb=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
/ z- z' P0 D8 C4 z3 t
u=33?136×（１-e-0?168t)
+ Z3 ?: o) x' E& F* q" `. }du/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
9 M, m( {1 ]- Y1 G0 ^3 |$ ]
当t=20 d时，
/ k3 L% @# s0 q& x ~9 y) ?
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
. X- F" \ S H" d说明地表达到基本稳定。
! v8 o/ e2 c& A' c! N8 t/ y! \- w第3组数据：
- B3 ~( {$ d5 W
a=21２／（２×21-28)=31?5
$ t8 d- W% S/ y3 `! w! x( l
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
! ~, Y: l, b! b! O
u=31?5×（１-e-0?11t)
0 Y5 l( W: K" ?! o
du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
. j" ~8 A' l, ^2 a7 ~3 l2 g' Q9 c3 M, m当t=26 d时，
2 n! N! T0 b, @4 f/ Y
du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
! W, b. i6 R% G9 r4 K7 Q7 v4 v
说明地表达到基本稳定。
6 |. T; U; m7 G# _, }; x
第4组数据：
8 @ W6 j2 a$ E* r/ k) d
a=12２／（２×12-13)=13?9
# L% q; ^- F% p9 C& Bb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
+ w! X7 @% D$ S" Ju=13?9×（１-e-0?248t)
5 d7 Y8 v) [! c7 e- V h4 |. gdu/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
% h! a% C" k/ S' h' P当t=12 d时，
" L* w# h# _8 Qdu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
- O8 P( z/ E) ~
说明地表达到基本稳定。
% }2 _+ e4 s- o M' a
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。
: j! ]( b9 ?( G. H% G* T) V
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
; y# d: R0 Y9 m# I观测项目：地表下沉
: x- o( R) N- d
设点里程：lk 27+542?4
8 E; o; `$ Y( k) h
表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
* T( B3 C5 V ?8 A6 }& ~% Y
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：
( i2 D8 n4 m! k, J
数据处理：
+ U8 g, Z8 M' p5 E. p' C5 J6 t& {+ f3 I$ ^a=122/(2×12-16)=18
% \ n/ b+ F& s) Tb=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
5 ?; R- x, [& v0 a. d: Z3 B8 [2 b/ `
u=18×(1-e-0?11t）
5 d3 i, F2 @' Y' ~/ T$ pdu/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
8 H% W; S+ b+ `- d3 B
当t=21 d时，
8 A5 B6 M+ S6 o m9 u1 J) L
du/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
3 {2 f }3 \, Y2 S
说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
" Y3 X: O) k) I% S* n根据表4数据计算如下：
; C2 s. M6 k, H8 J _6 w5 N" F
数据处理：
% o R; n: V7 P) Y! e+ Y& n0 E
a=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
; S* {, X+ F c& {: q, {b=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
. m8 y4 R& J _7 f Du=9?04×(1-e-0?218 t)
- h% c) z0 B* y9 @6 I0 pdu/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
0 n( W P Q( z) H# P
d2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
" w7 E+ S) P& N$ e0 |9 s# K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。
. b, q1 U$ v: R: B
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
2 A' _5 O. j' Q1 E. w7 ]8 S: s8 t
观测项目：拱顶下沉
/ a6 i. @, \% B9 ?- z设点里程：rk 27+538
9 N3 p8 i9 d' b5 d1 U8 _
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
: t, K" H0 E3 n, Q6 U- t
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
! r6 y6 V4 M$ ]. F4 j
观测项目：周边收敛
( `% y9 r5 E! J8 l
设点里程：rk 27+488?26
* r7 _+ U3 T8 O' y+ i+ l1 G8 b# \) F观测时间：2001?08-07～2001?09?06
F4 S( \. r# T$ J- }/ g* X! `3 S1 O表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
4 }; ?3 K8 A7 W* W; ]( 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
" _* k/ b: y6 X
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
