隧道掌子面五分钟判岩 日本丸東製作所 SH-70 软岩针式贯入仪

1. 软弱围岩隧道，最怕判断滞后

软弱围岩隧道的掌子面，最怕的往往不是岩体本身软，而是判断滞后。一个循环开挖到位，支护参数要在一个班次内定下来；室内单轴压缩试验从取样、运输、制样到出报告，通常要两三天。等报告出来，掌子面已经往前走了两米，收敛变形也开始加速。

现场常见的替法有两种，各有短板。回弹仪在低强度软岩上，回弹值经常落在标尺下端，软弱面还会被冲击压出凹坑，同一面测十次能散出七八个值；点荷载试验需要从掌子面取块，泥岩、炭质页岩一敲就碎，很难加工出符合要求的试件。二者都跳不出 “取样 — 加工 — 试验" 的链条。

针贯入试验换了思路：不测整块岩体的破坏，只测一根细针压入 10 mm 所需的力，把 “软" 这个定性描述，变成有单位的数字。

2. 一根 0.84 mm 的针，把强度读出来

日本丸東製作所（株式会社丸東製作所，东京都江东区白河 2-15-4）的 SH-70 软岩针式贯入仪，整机最大直径 40 mm、全长 285 mm、重约 700 g，可以插在工具袋侧兜带上掌子面。它不用电、不用气，测力靠内部螺旋弹簧，贯入力刻度 10～100 N、最小分度 10 N；贯入量量程 10 mm、最小分度 1 mm；弹簧压缩量由最大指示环锁定，压完抬手，指针仍停在峰值，一个人就能完成 “压 — 读 — 记"。

贯入针按土木学会《软岩的调查・试验指针》配置，等效于 JIS S 3008 的 2 号棉线针，直径 0.84 mm、针身长约 54.5 mm，装入夹头后露出 10 mm。露出长度固定这一点很关键：它保证每次试验的针入面积一致，不同人、不同时间测出的数据才有可比性。

3. NP 值怎么读：两个截止条件

操作只有三步：清面、垂直压入、读数。

把测点表面的松动碎屑、泥膜清掉，露出原状岩面；针尖垂直岩面，双手扶正机身，匀速压入。这时会出现两种情况：

软的一档，针顺利压到 10 mm，读贯入力。例如 10 mm 时力值为 50 N，针贯入梯度 NP = 50 N / 10 mm = 5 N/mm。

硬的一档，针还没到 10 mm，力已经到 100 N 满量程。此时读贯入深度，例如 100 N 时只压进 5 mm，NP = 100 N / 5 mm = 20 N/mm。

NP 的单位是 N/mm，含义是 “每压入 1 毫米所需的力"。这个指标与单轴压缩强度有统计相关性，机身印有 NP—qu 相关图：NP 为 5 N/mm 时对应约 2.0 MPa，NP 为 20 N/mm 时对应约 7.5 MPa。

需要提醒的是，机载相关图与《指针》分类表并非同一批统计样本。按《指针》，NP 约 1.5、2.9、4.9 N/mm 是极软弱、软弱、中硬质、硬质的分界，对应单轴强度约 0.5、1.5、3.5 MPa；同一 NP 值在两套资料里换算出的 qu 可以差出一档。现场应把机载图当 “快速参照"，真正用于设计取值的关系式，要用本地区、本岩性的配对数据重新标定。

4. 一个循环怎么布点

掌子面不是一个平面。爆破后有突起、有凹槽、有出水点，还有一层爆破扰动的松弛壳。布点要绕开三类位置：明显松动的浮石、裂隙密集带和泥化夹层、积水或渗水点。前两类测出来偏低，第三类会因含水率升高而系统性低估。

建议每个开挖循环在掌子面布 5 至 9 个点，按上、中、下、左、右分布，覆盖不同岩性区和结构面两侧；每个点测 3 次，取中位数。记录的不只是 NP，还要记岩性、风化程度、含水状态、距结构面的距离、测点位置草图。单看一个数没有意义，看的是同一循环内 NP 的空间分布和离散程度。

判读上，NP 中位数低于 1.5 N/mm 属极软弱，开挖进尺要压下来，超前支护和初期支护刚度要跟上；1.5 至 2.9 N/mm 属软弱，重点看拱顶和边墙的变形速率；2.9 至 4.9 N/mm 属中硬质，可按常规台阶法组织；超过 4.9 N/mm，针往往压不到 10 mm，这时读 100 N 对应的深度，NP 仍可算，但要注意针的弯曲。

5. 它的边界在哪里

第一，量程边界。100 N 满量程、10 mm 满量程，决定 NP 的可靠区间大致在 1 至 10 N/mm。低于 1 N/mm 时，10 N 的最小分度已把相对误差放到 10% 以上；高于 10 N/mm 时，多数情况针到不了 10 mm，只能靠 “100 N 对应深度" 折算，深度读数误差会被放大。

第二，针的强度边界。0.84 mm 的针在硬质岩、硬夹层、结核处容易弯曲甚至折断。压的时候手感突然变硬，不要加力硬顶，换点重测；针弯了必须换，弯针的针尖投影面积变了，数据不能用。备用针藏在握把内腔，现场换针只需松开夹头。

第三，表面状态边界。针只压入 10 mm，测的是表层。掌子面爆破松弛壳、泥膜、干湿交替造成的软化层，都会让读数偏低。清面不到位，测出来的不是岩体，是岩粉。

6. 把 “经验" 变成可追溯的记录

这套方法真正的价值，不在于单点精度有多高，而在于把掌子面判岩从 “敲一敲、看一看" 变成有测点、有读数、有日期的记录。同一条隧道，第 100 个循环和第 300 个循环的掌子面数据可以横向对比；换一个班组、换一个技术员，判据不漂移。日本学者冈田滋等在 1985 年《土と基礎》上发表的隧道周围软岩强度推定研究，用的就是这套针贯入思路，说明它在隧道场景里已经跑了近四十年，不是新概念。

对施工单位来说，SH-70 更像一把 “现场刻度尺"：它替代不了室内单轴试验，但可以在试验报告出来之前，先把支护决策的风险压下去。