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。
$ n4 o3 N: n3 q7 F7 J% @4 h
关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理
1 P2 E1 m* I8 N- F$ D1 工程概况
3 _& J: b1 B7 Y" h8 B
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。
8 F3 V% N6 L( H5 d2 量测项目
1 P9 B- P+ {) j5 x2 m0 }# ^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。
1 i; ]- ^! `9 G2 c
3 量测
6 k: _0 L' k/ \, b" ]
3.1 洞内观察
3 k! k0 j" y# E/ c* a
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。
! |5 Q- S# d; ]
对开挖的围岩观测包括以下几项：
% j* e4 P- h: e(1)节理裂隙发育程度及方向；
) ]1 ?% E8 @8 t( ~* T) j
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
0 `; v/ [, x. l9 ]3 h
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
1 `' X- `9 F1 n1 R" r. O" W- q5 c
(4)是否有底板隆起现象。
! t& L- U" W9 ?9 W0 C4 ~" J7 w$ l
对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
I8 @! }( p& W5 Q) P" k(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
" F" y8 F1 u* V/ l
(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
' l/ h. J& r0 |: [(3)钢拱架有无被压变形情况。
; N; O) G/ @" D- }/ ?2 ~5 `+ t3.2 地表下沉量测
2 \9 M, q% m1 N3 m- V: Y
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。
: l* E7 M/ H$ G3 R5 y1 o4 P2 j
(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。
6 Y# e+ c: @" `& f1 e& C 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。
7 Z C' T/ i8 }) c
un=a0-（a基-r后+r前)（1）
5 [. t* Y& X" \( O* O式中un——第n次量测下沉量，mm；
" A' h0 m1 F7 ]
a０——测点初始标高，mm；
3 B7 X/ J. k9 z f' X4 R: V2 V: o; `
ａ基——水准基点标高，mm；
0 q0 a1 v* a7 B$ v% m$ q1 e
r后——第n次量测后视读数，mm；
! s* O6 W" b$ ?& ]% U& Xr前——第n次量测前视读数，mm。
* q7 y: v* `; z8 e0 j2 `3.3 拱顶下沉
+ |8 m6 |) O! D- c2 a& B3 Z
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。
- z0 m+ [' b/ `4 g. L1 M
下沉量计算：
9 ~9 l! K' q. [+ Iun=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
6 ?' V& z0 g, m0 c式中un——第n次量测下沉量，mm；
1 n$ i! d! X* U- v3 r
a０——测点初始标高，mm；
2 p) O( r( ]7 s1 [& v1 d
ａ基——水准基点标高，mm；
+ |! K5 f# n: j3 }' ~r后——第n次量测后视读数，mm；
/ C5 `- N# J$ e, b4 u8 K0 m
r前——第n次量测前视读数，mm。
9 q+ y( b. u, r6 L/ q" S% F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
4 C& o' S) _% U( {6 w9 W3.4 周边位移
2 a8 C8 ]6 T% P: X, v: j, \
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。
% `3 f" T1 O$ K& V9 v
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。
9 |; |) f6 x9 S* A3 J: b
4 量测数据的处理
/ u) b/ p! c9 H' j; c
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 v2 Q9 r- f7 F; b
(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
* a) i2 X# i% a0 j, E式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
/ s c3 ~6 l: l4 w' Fa——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
& z; a& |$ j- g' r# _d——基线ij方向的收敛值。
5 F$ e2 ~5 d. Q9 }8 E8 D' C, L4 u采用一元非线性回归方程。
# P( ] j' j8 j8 c `
指数方程：
8 d B0 A; ^1 h- J' s nu=a(1-e-bt)(4)
V8 _/ _( j. \当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
+ v" ]: K, Q- d! s/ Y% r( m( ka=u２１/(2u1-u2)
8 l0 i4 E9 k& a8 `2 {b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
x# h0 J& t, ?( X# v1 B7 r* Y$ O
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，
1 {$ \ O! T$ l4 ^1 l9 C* Ju=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３?t2)(6)
4 [6 f1 ~$ C) t5 M; t o
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。
, n5 O9 G7 X6 c# k6 O5 x
施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。
& F: D+ t) @4 N J5 k5 围岩稳定性判别
标准
1 K# O& p! Q/ y# a/ w; _ e! c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。
, i m* ]4 r1 l3 s" C
(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。
9 d7 }0 F8 q8 N, z4 M9 g/ Q
(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。
7 O" x! ~6 s$ W* C(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。
5 s# B" k, }5 l C" E表1规范规定隧道周边允许相对位移值
( Z6 j& L/ v$ j' d: H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
9 ]' m: f8 y" _& b/ ^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；
" p/ u6 d* ~3 Y2 x6 `) v: @
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。
0 [8 a$ c% x6 l
6 工程实例
1 {4 s& Y9 j: I根据表2数据计算如下：
9 X7 y" _$ Z) r4 j第1组数据：
7 o8 C" w, f/ y7 g
a=332/(2×33-39)=40?33
/ a) ~+ M& @8 \9 t5 X) g$ B$ V
b=1/10ln［33/(39-33)］=0?17
/ Q+ G: N+ J# }0 U. T4 b0 c
u=40?33×(1-e-0?17t)
4 o3 h# R$ Z5 _; _) J
du/dt=-40?33×(-0?17)e-0?17t
9 Q4 O" Q, M K" _8 J- x
当t=22 d时，
" f9 H. m: `: T* \. F" o% Zdu/dt=0?14 mm/d＜0?2 mm/d
! r) C5 Y3 b; K3 N说明地表达到基本稳定。
6 k0 c$ s, _6 w' D
第2组数据：
$ N! V& {) b8 X8 F# ~
a=272/(2×27-32)=33?136
* P. q7 }$ q' T q+ m5 {b=1/10ln［27/（32-27)］=0?168
2 p$ `5 A( g: @0 ~1 C
u=33?136×（１-e-0?168t)
% z( \6 R* x5 ^
du/dt=-33?136×(-0?168)e-0?168t
% h6 B W% |+ U' c% l当t=20 d时，
5 ]. G: ?8 ~% F. \; w) C6 E# |du/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
3 n4 `! m$ ? u# f1 J( j4 O8 J说明地表达到基本稳定。
4 U3 ?& [: x* r+ C v7 P/ K
第3组数据：
3 P- ?7 o' i/ |5 w
a=21２／（２×21-28)=31?5
: c8 {7 {0 I7 V, _) w, H
b=1/10ln［21/(28-21)］=0?11
; T) E; ~) s9 Q6 ~9 J7 L* T! R
u=31?5×（１-e-0?11t)
^! D+ E( H4 \' x5 N8 V Z8 h8 |du/dt=-31?5×(-0?11)e-0?11t
+ C* r4 s8 b5 h2 g( ]7 ? X
当t=26 d时，
) {, m9 @+ u; Odu/dt=0?19 mm/d＜0?2 mm/d
6 k. O5 V4 `* ]( A7 ~+ N$ `; I
说明地表达到基本稳定。
: I# P6 q3 |" ]" b w7 I; s$ g第4组数据：
; a% X. `9 g+ a
a=12２／（２×12-13)=13?9
$ T7 m" W: |* Wb=1/10ln［12/(13-12)］=0?248
4 O# v7 U) y+ B3 Y& S3 e1 Su=13?9×（１-e-0?248t)
" g: h5 I- Z' s; i* o; s# l
du/dt=-13?9×(-0?248)e-0?248t
# V5 l3 f4 |$ y. A: ]2 I2 [) t4 r
当t=12 d时，
5 C" O, x+ c {1 |& Odu/dt=0?18 mm/d＜0?2 mm/d
3 d- [1 Y) B' |0 [+ X: p9 n/ Z, }
说明地表达到基本稳定。
: U4 ~4 Y% b- R, [. 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。
; D% R7 X) v' {' Q- N6 S
工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
9 c, O/ N* _% }观测项目：地表下沉
, d1 }* O- X" i$ v% Y8 f
设点里程：lk 27+542?4
0 L" T( L S' l9 q7 n& [表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
6 C5 A4 S. c7 C& L( c- D4 s3 j. Q
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：
0 L) J5 O5 ]$ h0 P
数据处理：
4 o; h7 E+ N9 da=122/(2×12-16)=18
: Z0 \- o. K) t+ Ub=1/10ln［12/(16-12)］=0?11
5 e2 {. W5 k: q% c
u=18×(1-e-0?11t）
9 ~$ \1 I g- K; cdu/dt=-18×(-0?11)e-0?11t
! Q& E; s0 Q# N) T6 q. h当t=21 d时，
% K5 }* P |9 e: w( `* a ndu/dt=0?197 mm/d＜0?2 mm/d
; z) \! y {1 ~& k7 g
说明围岩达到基本稳定，此时可以进行二衬施工。
- |- L! ~" A: m* l9 t根据表4数据计算如下：
) L' Q6 ?/ A$ O9 w1 v* c5 C+ ?数据处理：
( V) S2 }0 g0 [! Ba=8?012/(2×8?01-8?92)=9?04
, Q9 ]( h0 K! s: Kb=1/10ln［8?01/(8?92-8?01)］=0?218
" `/ y+ R' w" H9 P0 S2 ]
u=9?04×(1-e-0?218 t)
3 {; _/ k# F# [6 `* Ddu/dt=-9?04×（-0?218）e-0?218 t
7 k9 [2 B6 m. y1 h# ]4 Gd2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。
( j. |; s3 h( 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。
! I" t: z7 I) t5 H6 z工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
! E1 h, P- n) G r观测项目：拱顶下沉
. r" T2 r8 l1 O" u1 M0 a. {4 E
设点里程：rk 27+538
: H: U9 U" n( R3 z% I/ U' H ^表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
* G1 s. A) t |5 K9 R0 {4 I4 l* y
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
) ?' ~$ S+ R3 y
观测项目：周边收敛
) b# S0 h" b/ z* y
设点里程：rk 27+488?26
- d: \3 L* F& Q0 Q* B/ Q
观测时间：2001?08-07～2001?09?06
3 D, z0 x7 _9 C+ b! P
表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
3 k% H: z/ [& z1 r- v2 h- l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
: {" O+ @# _! q: `) 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
