围岩量测的方法

围岩量测的方法
2007年10月22日星期一 10:21
1、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
2 量测项目
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 量测
3.1 洞内观察
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。

对开挖的围岩观测包括以下几项：
(1)节理裂隙发育程度及方向；
(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；
(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；
(4)是否有底板隆起现象。

对初期支护段围岩观测主要有以下几项：
(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；
(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；
(3)钢拱架有无被压变形情况。

3.2 地表下沉量测
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。

(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)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。

un=a0-（a基-r后+r前)（1）
式中un——第n次量测下沉量，mm；
a０——测点初始标高，mm；
ａ基——水准基点标高，mm；
r后——第n次量测后视读数，mm；
r前——第n次量测前视读数，mm。

3.3 拱顶下沉
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。

下沉量计算：
un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)
式中un——第n次量测下沉量，mm；
a０——测点初始标高，mm；
ａ基——水准基点标高，mm；
r后——第n次量测后视读数，mm；
r前——第n次量测前视读数，mm。

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
3.4 周边位移
周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。

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。

4 量测数据的处理
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：
(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)
式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；
a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；
d——基线ij方向的收敛值。

采用一元非线性回归方程。

指数方程：
u=a(1-e-bt)(4)
当量测时间t１=t2时，则解得回归系数
a=u２１/(2u1-u2)
b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)
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，
u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３ t2)(6)
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。

施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。

5 围岩稳定性判别标准
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。

(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)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。

(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。

表1规范规定隧道周边允许相对位移值
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
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；
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

6 工程实例
根据表2数据计算如下：
第1组数据：
a=332/(2×33-39)=40 33
b=1/10ln［33/(39-33)］=0 17
u=40 33×(1-e-0 17t)
du/dt=-40 33×(-0 17)e-0 17t
当t=22 d时，
du/dt=0 14 mm/d＜0 2 mm/d
说明地表达到基本稳定。

第2组数据：
a=272/(2×27-32)=33 136
b=1/10ln［27/（32-27)］=0 168
u=33 136×（１-e-0 168t)
du/dt=-33 136×(-0 168)e-0 168t
当t=20 d时，
du/dt=0 19 mm/d＜0 2 mm/d
说明地表达到基本稳定。

第3组数据：
a=21２／（２×21-28)=31 5
b=1/10ln［21/(28-21)］=0 11
u=31 5×（１-e-0 11t)
du/dt=-31 5×(-0 11)e-0 11t
当t=26 d时，
du/dt=0 19 mm/d＜0 2 mm/d
说明地表达到基本稳定。

第4组数据：
a=12２／（２×12-13)=13 9
b=1/10ln［12/(13-12)］=0 248
u=13 9×（１-e-0 248t)
du/dt=-13 9×(-0 248)e-0 248t
当t=12 d时，
du/dt=0 18 mm/d＜0 2 mm/d
说明地表达到基本稳定。

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。

工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线
观测项目：地表下沉
设点里程：lk 27+542 4
表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况
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：
数据处理：
a=122/(2×12-16)=18
b=1/10ln［12/(16-12)］=0 11
u=18×(1-e-0 11t）
du/dt=-18×(-0 11)e-0 11t
当t=21 d时，
du/dt=0 197 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。

根据表4数据计算如下：
数据处理：
a=8 012/(2×8 01-8 92)=9 04
b=1/10ln［8 01/(8 92-8 01)］=0 218
u=9 04×(1-e-0 218 t)
du/dt=-9 04×（-0 218）e-0 218 t
d2u/d2 t＜0表明围岩趋于稳定，支护是安全的。

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。

工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道右线
观测项目：拱顶下沉
设点里程：rk 27+538
表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况
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
观测项目：周边收敛
设点里程：rk 27+488 26
观测时间：2001 08-07～2001 09 06
表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况
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
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。

参考文献
［1］刘玉珠主编土木工程测量广州：华南理工大学出版社，2001。