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【摘要】在岩体开挖成洞后，洞室周围的岩体发生应力重分布，形成次生应力场；围岩将出现应力降低区，应力升高区和原岩应力区。应力降低区和应力升高区合称为爆破影响区。对隧道进行松动圈检测，可以了解隧道爆破开挖对围岩的影响，可以对系统锚杆的设计长度进行修正，使得锚杆的长度更加合理和经济。本文简要介绍了超声波测试技术及测试成果在实际工程中的应用，供同行借鉴。
【关键词】围岩松动圈；超声波检测；爆破影响范围
1.工程概况
1.1隧道设计概况
鹤上隧道位于福州国际机场高速公路的A3标，起讫桩号为K6+250～K6+700，全长450m，最大埋深为69m。隧道洞身位于半径为1710.00m的平曲线内。是国内罕见的三车道、大断面、小净距隧道，其中最大开挖跨度为16.692m,岩（土）核净宽为5.66m。
1.2 工程概况及水文地质概况
a.地形地貌及地质概况
鹤上隧道属于剥蚀低山丘陵地貌，进口段天然坡脚为16度，出口段天然坡脚为20度。地形起伏较大，植被发育。地层自上而下为第四系残积坡土，底部基岩为侏罗系上统南园组凝灰熔岩，弱风化凝灰熔岩及其风化层。
b.地层
本隧道的地层分别有：坡积亚粘土层、坡积碎石、坡积砂质粘性土（可塑）、坡积砂质粘性土层（硬塑）、砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、弱风华凝灰熔岩、微风化凝灰熔岩。
c、水文地质条件
隧道沿线地下水类型主要为孔隙裂隙水和基岩裂隙水。前者主要赋存于残积坡土层、砂土状强风化层中，地下水随季节变化；后者主要赋存于基岩裂隙和构造裂隙中，含水量极不均匀，沿裂隙构造带补给及排泄，具有承压性。
2.非金属超声波松动圈检测技术原理
声波检测技术的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波。这种波以各种波形在材料和结构内部传播，并由接收仪器接收，通过分析和研究接收和记录下来的波动信号，来确定岩土介质和结构的力学特征，了解其内部缺陷。
超声波检测是利用纵波的波速来检测围岩的性质的,其表达式为：
由波速的表达式可知，弹性介质的性质及种类不同，弹性常数及密度不同，弹性波在介质中的传播速度也不同。围岩由于爆破开挖后，洞室周边的围岩发生应力重分布，出现塑性变形形成非弹性变形区，即应力降低区，也称围岩松动圈范围。松动圈中裂隙较发育，使得围岩的完整性下降，应力降低，密度变小，从而弹性波在此范围内的传播速度将减低。因此可利用弹性波来检测围岩松动圈的位置。
3.声波检测的仪器设备及测试过程
测试采用RSM-SYS5声波检测仪，方法为一发双收的单孔测试方法（图1），利用水耦合。由于解决了耦合问题（用一充气气囊堵塞孔口），使得超声波测试可以成功的应用于隧道的下限孔、平行孔及上限孔的测试。
测试前首先用风或水对钻孔进行清洗，以免测试探头被卡在钻孔里面，之后将探头放入测孔中，并接长水管。连接完毕后，用气囊堵塞孔口，在用气筒对气囊充气，同时用水泵对测孔注水。当测孔内的水充满时，即可测得该点的纵波波速。然后，将气囊放气，将探头移出20cm，充气，注水，进行下一点的测试，直到完成。
4.声波测试结果与分析
根据隧道的工程地质情况和岩体的力学性质，并结合工程的进度，布置的测孔。检测断面见表（1）。测孔的孔径为50mm，孔深为3.3m左右。
鹤上隧道的是从出口往进口开挖，采用的是上下台阶法开挖，在开挖下台阶时又分为内侧和外侧开挖。在2004年12月29日进行YK6+550上导坑开挖，开挖进尺2.7m左右，用炸药5箱半，约132公斤。超挖较为严重，拱腰处超挖达20-35cm。松动圈出现在离孔口1.4m到1.8m的位置。
YK6+550下台阶于2005年2月14号开挖，进尺3米左右，用药2包半，超挖比较严重，达30-50cm。在图中表现出来的波速较其他测孔偏低。松动圈位置出现在1.6m到1.9m左右。
ZK6+390上导坑于2005年2月20日开挖，进尺和用药情况同YK6+550上导坑开挖，爆破效果比YK6+550上导坑开挖时要好，超挖控制在10cm以内。松动圈位置出现在0.8-1.0m左右。
ZK6+390下台阶于2005年4月26日开挖，进尺和用药情况同YK6+550下台阶开挖，爆破效果比YK6+550下导坑开挖时要好，超挖控制在6-8cm左右。松动圈位置出现在0.9-1.3m 左右。
YK6+550和 ZK6+390同属于Ⅳ类围岩，结合爆破开挖和超声波测试的情况可以看出爆破效果的好坏直接影响松动圈的位置。爆破效果好则松动圈比较靠近洞口，爆破效果差，松动圈就离洞口远。换句话说，爆破效果好则围岩受到扰动小。
若松动圈范围内的岩石进一步扩大，将导致隧道破坏，其原因是围岩松动、裂隙扩大造成的。即是松动圈内的岩石进一步软化，受力平衡遭到破坏，自承力降低所致。因而，控制松动圈厚度就是应采用光面爆破，尽量减少对围岩的冲击破坏，要阻止松动圈内岩石的进一步软化，并作好锚喷支护，使围岩一部分恢复到弹性状态，以提高其残余强度，增强隧道稳定性，提高承载能力，阻止围岩变形。
5.结论
由超声波测试可得，鹤上隧道的松动圈位置大约在1.4-1.8m。在鹤上隧道的设计文件中JS3型支护的系统锚杆长度是3m，能够满足工程实际的要求。出现较大的应力，除了施工单位要及时的安设锚杆外，还要求隧道工作者能研究出更加符合隧道实际情况的类型的锚杆。锚杆受力变形稳定的较快，当围岩的扰动较小时，锚杆的轴力变化较小。
【参考文献】
［1］中国公路学会隧道工程分会，山西省交通厅编，2003年全国公路隧道学术会议论文集， 人民交通出版社，2003年9月
［2］张杰 主编，非金属声波测试，中科院武汉岩土力学研究所 ，2001年
［3］福建省交通规划设计院 福州国际机场高速公路一期工程两阶段施工图设计文件2004年1月
［4］李晓红 著，隧道新奥法及其量测技术，科学出版社，2002年1月
【关键词】围岩松动圈；超声波检测；爆破影响范围
1.工程概况
1.1隧道设计概况
鹤上隧道位于福州国际机场高速公路的A3标，起讫桩号为K6+250～K6+700，全长450m，最大埋深为69m。隧道洞身位于半径为1710.00m的平曲线内。是国内罕见的三车道、大断面、小净距隧道，其中最大开挖跨度为16.692m,岩（土）核净宽为5.66m。
1.2 工程概况及水文地质概况
a.地形地貌及地质概况
鹤上隧道属于剥蚀低山丘陵地貌，进口段天然坡脚为16度，出口段天然坡脚为20度。地形起伏较大，植被发育。地层自上而下为第四系残积坡土，底部基岩为侏罗系上统南园组凝灰熔岩，弱风化凝灰熔岩及其风化层。
b.地层
本隧道的地层分别有：坡积亚粘土层、坡积碎石、坡积砂质粘性土（可塑）、坡积砂质粘性土层（硬塑）、砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、弱风华凝灰熔岩、微风化凝灰熔岩。
c、水文地质条件
隧道沿线地下水类型主要为孔隙裂隙水和基岩裂隙水。前者主要赋存于残积坡土层、砂土状强风化层中，地下水随季节变化；后者主要赋存于基岩裂隙和构造裂隙中，含水量极不均匀，沿裂隙构造带补给及排泄，具有承压性。
2.非金属超声波松动圈检测技术原理
声波检测技术的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波。这种波以各种波形在材料和结构内部传播，并由接收仪器接收，通过分析和研究接收和记录下来的波动信号，来确定岩土介质和结构的力学特征，了解其内部缺陷。
超声波检测是利用纵波的波速来检测围岩的性质的,其表达式为：
由波速的表达式可知，弹性介质的性质及种类不同，弹性常数及密度不同，弹性波在介质中的传播速度也不同。围岩由于爆破开挖后，洞室周边的围岩发生应力重分布，出现塑性变形形成非弹性变形区，即应力降低区，也称围岩松动圈范围。松动圈中裂隙较发育，使得围岩的完整性下降，应力降低，密度变小，从而弹性波在此范围内的传播速度将减低。因此可利用弹性波来检测围岩松动圈的位置。
3.声波检测的仪器设备及测试过程
测试采用RSM-SYS5声波检测仪，方法为一发双收的单孔测试方法（图1），利用水耦合。由于解决了耦合问题（用一充气气囊堵塞孔口），使得超声波测试可以成功的应用于隧道的下限孔、平行孔及上限孔的测试。
测试前首先用风或水对钻孔进行清洗，以免测试探头被卡在钻孔里面，之后将探头放入测孔中，并接长水管。连接完毕后，用气囊堵塞孔口，在用气筒对气囊充气，同时用水泵对测孔注水。当测孔内的水充满时，即可测得该点的纵波波速。然后，将气囊放气，将探头移出20cm，充气，注水，进行下一点的测试，直到完成。
4.声波测试结果与分析
根据隧道的工程地质情况和岩体的力学性质，并结合工程的进度，布置的测孔。检测断面见表（1）。测孔的孔径为50mm，孔深为3.3m左右。
鹤上隧道的是从出口往进口开挖，采用的是上下台阶法开挖，在开挖下台阶时又分为内侧和外侧开挖。在2004年12月29日进行YK6+550上导坑开挖，开挖进尺2.7m左右，用炸药5箱半，约132公斤。超挖较为严重，拱腰处超挖达20-35cm。松动圈出现在离孔口1.4m到1.8m的位置。
YK6+550下台阶于2005年2月14号开挖，进尺3米左右，用药2包半，超挖比较严重，达30-50cm。在图中表现出来的波速较其他测孔偏低。松动圈位置出现在1.6m到1.9m左右。
ZK6+390上导坑于2005年2月20日开挖，进尺和用药情况同YK6+550上导坑开挖，爆破效果比YK6+550上导坑开挖时要好，超挖控制在10cm以内。松动圈位置出现在0.8-1.0m左右。
ZK6+390下台阶于2005年4月26日开挖，进尺和用药情况同YK6+550下台阶开挖，爆破效果比YK6+550下导坑开挖时要好，超挖控制在6-8cm左右。松动圈位置出现在0.9-1.3m 左右。
YK6+550和 ZK6+390同属于Ⅳ类围岩，结合爆破开挖和超声波测试的情况可以看出爆破效果的好坏直接影响松动圈的位置。爆破效果好则松动圈比较靠近洞口，爆破效果差，松动圈就离洞口远。换句话说，爆破效果好则围岩受到扰动小。
若松动圈范围内的岩石进一步扩大，将导致隧道破坏，其原因是围岩松动、裂隙扩大造成的。即是松动圈内的岩石进一步软化，受力平衡遭到破坏，自承力降低所致。因而，控制松动圈厚度就是应采用光面爆破，尽量减少对围岩的冲击破坏，要阻止松动圈内岩石的进一步软化，并作好锚喷支护，使围岩一部分恢复到弹性状态，以提高其残余强度，增强隧道稳定性，提高承载能力，阻止围岩变形。
5.结论
由超声波测试可得，鹤上隧道的松动圈位置大约在1.4-1.8m。在鹤上隧道的设计文件中JS3型支护的系统锚杆长度是3m，能够满足工程实际的要求。出现较大的应力，除了施工单位要及时的安设锚杆外，还要求隧道工作者能研究出更加符合隧道实际情况的类型的锚杆。锚杆受力变形稳定的较快，当围岩的扰动较小时，锚杆的轴力变化较小。
【参考文献】
［1］中国公路学会隧道工程分会，山西省交通厅编，2003年全国公路隧道学术会议论文集， 人民交通出版社，2003年9月
［2］张杰 主编，非金属声波测试，中科院武汉岩土力学研究所 ，2001年
［3］福建省交通规划设计院 福州国际机场高速公路一期工程两阶段施工图设计文件2004年1月
［4］李晓红 著，隧道新奥法及其量测技术，科学出版社，2002年1月