隧道工程施工安全风险控制技术课件

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1、隧道工程施工安全风险控制技术隧道工程施工安全风险控制技术中铁隧道集团副总工程师中铁隧道集团副总工程师中铁隧道集团副总工程师中铁隧道集团副总工程师 汪纲领汪纲领汪纲领汪纲领隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的基础理论。隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的基础理论。隧道施工的基本工法与辅助工法。隧道施工的基本工法与辅助工法。隧道超前地质预报技术。隧道超前地质预报技术。 信息化施工与动态反馈设计。信息化施工与动态反馈设计。隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术。n n随着交通运输、水利水电、城市地铁和地下空间开发利用，隧道施工技术也取得了长足的进步，隧道

2、工程的规模和数量都有了较大增长。目前，中国是世界上隧道最多的国家，是地质最复杂的国家，也是今后隧道发展最快的国家。n n随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地质难题随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地质难题: :n n超浅埋隧道的结构稳定与地面限沉问题；超浅埋隧道的结构稳定与地面限沉问题；n n极深埋隧道的岩爆和高应力下隧道结构大变形问题；极深埋隧道的岩爆和高应力下隧道结构大变形问题；n n隧道穿过特殊地质地段隧道穿过特殊地质地段（如岩溶洞穴、岩爆、瓦斯、膨胀性围岩、如岩溶洞穴、岩爆、瓦斯、膨胀性围岩、冻结层、第四季沉积砂土等地段冻结层、第四季沉积砂土等地段）时也往往会遇到许多复杂的

3、工时也往往会遇到许多复杂的工程地质问题，给工程带来很大的困难。程地质问题，给工程带来很大的困难。n n就隧道工程而言就隧道工程而言，若对地质条件有足够深度的了，若对地质条件有足够深度的了解，对可能发生的地质灾害能够适时预报，通过解，对可能发生的地质灾害能够适时预报，通过动态设计与合理的施工技术措施，对隧道施工安动态设计与合理的施工技术措施，对隧道施工安全风险是可以进行有效控制的。全风险是可以进行有效控制的。n n就地质工程而言就地质工程而言，对于地质条件的预测及地质灾害的预报，对于地质条件的预测及地质灾害的预报问题一直困扰着工程建设者，往往成为大型工程项目的重问题一直困扰着工程建设者，往往成为

4、大型工程项目的重难点问题。难点问题。n n地质灾害常常导致隧道建设严重受挫。即使工程规模较小，地质灾害常常导致隧道建设严重受挫。即使工程规模较小，若地质条件差，施工技术措施不当，也会变成相当困难的若地质条件差，施工技术措施不当，也会变成相当困难的工程。工程。n n地质条件具有复杂性、特殊性和不确定性，由于勘察手段地质条件具有复杂性、特殊性和不确定性，由于勘察手段的局限性，使得勘察成果往往不能满足施工方案对地质条的局限性，使得勘察成果往往不能满足施工方案对地质条件的需求。为了避免在工程施工过程中由于地质条件突变件的需求。为了避免在工程施工过程中由于地质条件突变而形成地质灾害，将超前地质预报工作纳

5、入工序进行管理而形成地质灾害，将超前地质预报工作纳入工序进行管理十分必要。十分必要。n n就施工技术措施而言就施工技术措施而言，技术方案、工序管理与工艺控制是，技术方案、工序管理与工艺控制是技术管理的三大基本问题。技术方案不合理，工艺控制不技术管理的三大基本问题。技术方案不合理，工艺控制不到位，工序管理不正确往往直接导致重大安全风险甚至造到位，工序管理不正确往往直接导致重大安全风险甚至造成项目失败。成项目失败。n n大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧、理念错误大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧、理念错误固然是主要原因，但在方案实施中对关键工序、工艺某些固然是主要原因，但在方案实施中

6、对关键工序、工艺某些重要环节与细节的控制失误往往是重要因素。重要环节与细节的控制失误往往是重要因素。n n从理念到实践，从超前地质预报到方案设计，从工艺控制从理念到实践，从超前地质预报到方案设计，从工艺控制到工序管理，从监控量测到动态反馈设计与信息化施工等，到工序管理，从监控量测到动态反馈设计与信息化施工等，这些都是比较成熟的隧道工程施工安全风险控制技术。接这些都是比较成熟的隧道工程施工安全风险控制技术。接下我想就以上问题与各位同行进行探讨，不当之处请批评下我想就以上问题与各位同行进行探讨，不当之处请批评指正。指正。第一部分第一部分隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的隧道工程洞室支护、结构设

7、计和工法选择的基础理论基础理论n n第一章第一章第一章第一章 围岩压力围岩压力围岩压力围岩压力n n一、围岩压力的定义与内涵一、围岩压力的定义与内涵一、围岩压力的定义与内涵一、围岩压力的定义与内涵n n周围岩体作用于隧道和地下洞室衬砌或支护上的周围岩体作用于隧道和地下洞室衬砌或支护上的荷载，也称地层压力。荷载，也称地层压力。n n围岩压力是开挖隧道后围岩压力是开挖隧道后围岩变形和应力重新分布围岩变形和应力重新分布的一种物理现象。人的一种物理现象。人们从开挖洞室后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象，们从开挖洞室后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象，逐步认识到围岩压力的存在

8、。逐步认识到围岩压力的存在。n n影响围岩压力的因素影响围岩压力的因素: :n n洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深，洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深，以及时间因素和施工方法等。以及时间因素和施工方法等。n n一次应力一次应力 ( (初始应力初始应力) )状态状态: :n n洞室开挖前，岩体处在相对静止状态，其中任何一点的岩洞室开挖前，岩体处在相对静止状态，其中任何一点的岩土都受到周围地层的挤压而处于应力平衡状态。土都受到周围地层的挤压而处于应力平衡状态。n n二次应力状态二次应力状态: :n n洞室开挖以后，解除了部分围岩的约束，原始的应力平衡洞室开挖以后，

9、解除了部分围岩的约束，原始的应力平衡和稳定状态被破坏，围岩中出现了应力的重分布，围岩向和稳定状态被破坏，围岩中出现了应力的重分布，围岩向洞室内部空间变形，并力图达到新的平衡。洞室内部空间变形，并力图达到新的平衡。n n二、隧道开挖后围岩应力状态的三个区域二、隧道开挖后围岩应力状态的三个区域n n1 1、应力降低区、应力降低区n n在松软围岩中，岩体的强度很小，不能承受开挖后急剧增在松软围岩中，岩体的强度很小，不能承受开挖后急剧增大的洞室周边应力而产生塑性变形，沿坑道周边围岩应力大的洞室周边应力而产生塑性变形，沿坑道周边围岩应力松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力向围岩深部转松弛而形成一个应力

10、降低了的区域，高应力向围岩深部转移。扰动了的岩体向坑道内变形，如果变形超过一定数值移。扰动了的岩体向坑道内变形，如果变形超过一定数值就会出现围岩失稳和坍塌。就会出现围岩失稳和坍塌。n n在坚硬而完整的围岩中，由于岩体强度大，坑道周边未达在坚硬而完整的围岩中，由于岩体强度大，坑道周边未达到开裂和坍塌，故无应力降低区，这种洞室往往是自稳的。到开裂和坍塌，故无应力降低区，这种洞室往往是自稳的。n n2 2、应力升高区、应力升高区n n围围岩岩深深部部应应力力升升高高的的区区域域，但但其其强强度度尚尚未未被被破破坏坏，相相当当于于一一个个承承载载环环。坑坑道道上上方方形形成成承承载载拱拱，承承受受上上

11、覆覆地地层层的的自自重重，并将荷载向两侧地层传递。此即并将荷载向两侧地层传递。此即围岩的成拱作用围岩的成拱作用。n n3 3、初始应力区、初始应力区n n距离坑道较远的岩体所受开挖的影响较小，仍处于初始的距离坑道较远的岩体所受开挖的影响较小，仍处于初始的一次应力状态。一次应力状态。n n三、围岩压力的分类三、围岩压力的分类三、围岩压力的分类三、围岩压力的分类n n1 1、松动压力、松动压力n n松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力。松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力。岩体可以由于节理裂隙或岩石强度破坏而引起松动，直至岩体可以由于节理裂隙或岩石强度破坏而引起松动，直至坑

12、道的顶部和侧部产生坍落。坑道的顶部和侧部产生坍落。n n2 2、形变压力、形变压力n n定义：定义：围岩变形受到支护约束而产生的压力围岩变形受到支护约束而产生的压力。n n形变压力除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有形变压力除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有关。柔性支护可产生一定位移而使形变压力减小，宜大力关。柔性支护可产生一定位移而使形变压力减小，宜大力推广。但初期支护必须足够强，否则须及时施做衬砌，以推广。但初期支护必须足够强，否则须及时施做衬砌，以免围岩位移过大而形成免围岩位移过大而形成松动压力松动压力，不利于结构受力和稳定。，不利于结构受力和稳定。n n松动压力和形变压力

13、经常同时存在。但以地质条件、支护松动压力和形变压力经常同时存在。但以地质条件、支护类型和施工方法等不同而以某一种为主。类型和施工方法等不同而以某一种为主。n n在松散地层中采用现浇混凝土衬砌而回填不密实时，通常在松散地层中采用现浇混凝土衬砌而回填不密实时，通常以松动压力为主；而及时作的柔性喷锚支护则以形变压力以松动压力为主；而及时作的柔性喷锚支护则以形变压力为主。形变压力常随时间推移而逐渐加大，最终才趋于稳为主。形变压力常随时间推移而逐渐加大，最终才趋于稳定。定。n n说明：在膨胀地层中，还会产生水和化学作用引起岩土体积膨胀的说明：在膨胀地层中，还会产生水和化学作用引起岩土体积膨胀的膨胀压力膨

14、胀压力，这也是形变压力的一种。在脆性岩层中，因坑道开挖，使围岩原先的高压力这也是形变压力的一种。在脆性岩层中，因坑道开挖，使围岩原先的高压力突然释放引起突然释放引起岩爆岩爆而产生的冲击压力，则属松动压力范畴。而产生的冲击压力，则属松动压力范畴。n n四、围岩压力的现行理论四、围岩压力的现行理论四、围岩压力的现行理论四、围岩压力的现行理论n n1 1、岩土柱理论、岩土柱理论n n开挖坑道以后，由于支护或拱圈向坑道内部位移，引起其开挖坑道以后，由于支护或拱圈向坑道内部位移，引起其顶部上覆岩土柱的下沉，两侧地层对柱体产生与下沉反向顶部上覆岩土柱的下沉，两侧地层对柱体产生与下沉反向的摩擦力，故的摩擦力

15、，故上覆岩层重量减去岩土柱两侧的摩擦力上覆岩层重量减去岩土柱两侧的摩擦力即为即为围岩压力围岩压力。n n铁路行业的方法：铁路行业的方法：拱顶土柱的下沉，将带动两侧三棱体下滑，由三角拱顶土柱的下沉，将带动两侧三棱体下滑，由三角楔体的平衡条件求出与土柱间的摩阻力，楔体的平衡条件求出与土柱间的摩阻力，土柱重量减去此摩阻力土柱重量减去此摩阻力即为即为土体竖直压力。该理论多用于浅埋隧道，但也可推广用于深埋隧道。土体竖直压力。该理论多用于浅埋隧道，但也可推广用于深埋隧道。当隧道埋置极浅或遇软土层时，土柱两边的摩阻力接近于零，故围岩当隧道埋置极浅或遇软土层时，土柱两边的摩阻力接近于零，故围岩压力直接为土柱全

16、重。压力直接为土柱全重。n n2 2、压力拱理论、压力拱理论n n对埋置较深的隧道，顶部岩体失去稳定，产生坍塌而形成对埋置较深的隧道，顶部岩体失去稳定，产生坍塌而形成不延向地表不延向地表的局部破裂区。该区内的岩体自重即洞室支护的局部破裂区。该区内的岩体自重即洞室支护上的荷载。破裂区上部边界线有抛物线、椭圆、半圆和三上的荷载。破裂区上部边界线有抛物线、椭圆、半圆和三角形等不同假定，如角形等不同假定，如科默雷尔岩体破碎理论科默雷尔岩体破碎理论等。等。n n5050年代初期，曾广泛采用普氏地压理论，假定岩体为松散体，其压力拱承受年代初期，曾广泛采用普氏地压理论，假定岩体为松散体，其压力拱承受上覆土柱

17、的全部均布重量，根据散粒材料不能承受拉应力，即弯矩为零的条上覆土柱的全部均布重量，根据散粒材料不能承受拉应力，即弯矩为零的条件，得到拱形为抛物线，其矢高：件，得到拱形为抛物线，其矢高：h hb b/f /fn n( (b b为压力拱跨度之半，为压力拱跨度之半，f f为岩层坚固系数为岩层坚固系数) )。塌落拱岩体重量即为竖直地层压力。塌落拱岩体重量即为竖直地层压力。n n3 3、弹塑性理论、弹塑性理论n n利用弹塑性理论可求出沿洞室周边地层内产生塑性区的范利用弹塑性理论可求出沿洞室周边地层内产生塑性区的范围。设置衬砌后，利用地下结构与地层的位移协调条件，围。设置衬砌后，利用地下结构与地层的位移协

18、调条件，可求得塑性区半径和围岩压力值。可求得塑性区半径和围岩压力值。n n4 4、极限平衡理论、极限平衡理论n n岩体内有各种各样的结构面。开挖坑道后，洞周的围岩出岩体内有各种各样的结构面。开挖坑道后，洞周的围岩出现与整个岩体相脱离的岩块。它的自重对衬砌产生压力。现与整个岩体相脱离的岩块。它的自重对衬砌产生压力。故用地质分析法时，需先查明断层、节理和软弱夹层的分故用地质分析法时，需先查明断层、节理和软弱夹层的分布情况及其组合。当分离体由数组平行节理面组成时，可布情况及其组合。当分离体由数组平行节理面组成时，可用裂隙岩石的极限平衡理论计算；当节理呈随机分布时，用裂隙岩石的极限平衡理论计算；当节理

19、呈随机分布时，可用块体力学理论计算。可用块体力学理论计算。n n5 5、数值解法、数值解法n n除简单边界条件的圆形洞室有较严格的解析解以外，对其他断面形状除简单边界条件的圆形洞室有较严格的解析解以外，对其他断面形状的洞室可采用有限元法或其他数值方法计算弹性、弹塑性或粘弹与粘的洞室可采用有限元法或其他数值方法计算弹性、弹塑性或粘弹与粘（弹）塑性的围岩压力值。（弹）塑性的围岩压力值。n n如已给出垂直压力，则侧向压力可视具体情况采用主动、静止和被动如已给出垂直压力，则侧向压力可视具体情况采用主动、静止和被动抗力等理论进行计算。如底部地层较差而承载力不好，处于极限状态，抗力等理论进行计算。如底部地

20、层较差而承载力不好，处于极限状态，产生塑流，岩土将向洞室底部隆起；或遇膨胀地层时，均需要考虑底产生塑流，岩土将向洞室底部隆起；或遇膨胀地层时，均需要考虑底部围岩的隆起压力。部围岩的隆起压力。五、小结五、小结五、小结五、小结n n 由于地层初始压力和岩土参数不易准确测定，上述各种地压理论，由于地层初始压力和岩土参数不易准确测定，上述各种地压理论，实际应用时会受到一定限制，因此目前还较多地采用实际应用时会受到一定限制，因此目前还较多地采用工程类比法工程类比法。n n 长期以来，人们都想通过量测作用在隧道上的围岩压力及围岩和衬长期以来，人们都想通过量测作用在隧道上的围岩压力及围岩和衬砌的变形，得出可

21、靠的围岩压力分布和数值。如以洞径位移量测为主砌的变形，得出可靠的围岩压力分布和数值。如以洞径位移量测为主的收敛的收敛约束法，强调在施工期间进行量测，并反馈信息指导设计，约束法，强调在施工期间进行量测，并反馈信息指导设计，称为称为现场监控法现场监控法。n n 依靠实测来求得围岩压力值是当前的发展方向。依靠实测来求得围岩压力值是当前的发展方向。围岩性质千变万化，围岩性质千变万化，支护形式多种多样，施工方法各不相同，故应支护形式多种多样，施工方法各不相同，故应综合经验、理论和实测综合经验、理论和实测的成果的成果，针对不同情况，采用不同的理论和方法。，针对不同情况，采用不同的理论和方法。n n第二章第

22、二章第二章第二章 岩体力学理论岩体力学理论岩体力学理论岩体力学理论n n1 1、关于岩体力学、关于岩体力学n n岩岩体体力力学学是是力力学学的的一一个个分分支支学学科科，它它是是研研究究岩岩体体在在各各种种力力场场作作用用下下变变形形与与破破坏坏规规律律的的理理论论及及其其实实际际应应用用的的科科学学，属属于于应应用用型型基基础础学学科科。是是力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。力学、地质学与工程学之间的一门边缘学科。n n岩岩体体力力学学主主要要研研究究经经过过变变形形和和破破坏坏的的岩岩体体在在地地应应力力条条件件改改变变时时产产生生再再变变形形和和再再破破坏坏的的力力学学规规律律的的

23、学学科科。其其研研究究目目的的是是运运用用岩岩体体的的力力学学规规律律合合理理地地利利用用岩岩体体，预预测测、预预报报岩岩体体工工程程中中出出现现或或可可能能出出现现的的灾灾害害，并并拟定防治措施。拟定防治措施。n n2 2、岩体力学研究的基本问题、岩体力学研究的基本问题n n岩体结构，特别是结构面的地质规律；岩体中应力，包括岩体结构，特别是结构面的地质规律；岩体中应力，包括地应力及工程建设引起的地应力及工程建设引起的二次应力二次应力；岩体变形规律；岩体；岩体变形规律；岩体破坏机制及强度理论；岩体水力学理论。破坏机制及强度理论；岩体水力学理论。n n3 3、岩体力学研究的主要工程问题、岩体力学

24、研究的主要工程问题n n岩体上各种工程地基的变形、破坏；岩体边坡的变形、破岩体上各种工程地基的变形、破坏；岩体边坡的变形、破坏；地下工程的围岩变形、破坏、开挖和支护；岩体改造坏；地下工程的围岩变形、破坏、开挖和支护；岩体改造方案及技术。方案及技术。第三章第三章 新奥法原理新奥法原理n n新奥法属于新奥法属于应用岩体力学的理论应用岩体力学的理论，通过对隧道围，通过对隧道围岩变形的量测、监控，采用新型的支护结构，尽岩变形的量测、监控，采用新型的支护结构，尽量利用围岩自承能力指导隧道设计和施工的方法。量利用围岩自承能力指导隧道设计和施工的方法。n n新奥法的三大要素：新奥法的三大要素：喷混凝土、锚杆

25、与量测。喷混凝土、锚杆与量测。n n在开挖面附近及时施作密贴于围岩的薄层柔性喷锚支护，在开挖面附近及时施作密贴于围岩的薄层柔性喷锚支护，以便控制围岩的变形和应力释放，从而在以便控制围岩的变形和应力释放，从而在支护和围岩的共支护和围岩的共同变形同变形过程中，调整围岩应力重分布而达到新的平衡，以过程中，调整围岩应力重分布而达到新的平衡，以求最大限度地保持围岩的固有强度和利用其自承能力。求最大限度地保持围岩的固有强度和利用其自承能力。n n新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整力学方法新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整力学方法，其，其目的在于促使围岩能够形成环状承载结构，故一般应目的在于促使围岩

26、能够形成环状承载结构，故一般应及时及时修筑仰拱，使断面闭合成环修筑仰拱，使断面闭合成环。它适用于各种不同的地质条。它适用于各种不同的地质条件，在软弱围岩中更为有效。件，在软弱围岩中更为有效。n n一、支护机理一、支护机理一、支护机理一、支护机理n n着着眼眼于于洞洞室室开开挖挖后后形形成成塑塑性性区区的的二二次次应应力力重重分分布布，而而不不拘拘泥泥于于传传统统的的荷荷载载观观念念；它它主主要要不不是是建建立立在在对对于于坍坍落落拱拱的的“ “支撑概念支撑概念” ”上，而是建立在对围岩的上，而是建立在对围岩的“ “加固概念加固概念” ”上。上。n n在在合合理理的的临临界界限限度度内内，它它所

27、所需需要要的的表表面面支支护护抗抗力力P Pi i是是与与围围岩岩塑塑性性区区半半径径R R、洞洞室室周周边边位位移移u ur r、以以及及围围岩岩的的内内聚聚力力 、内内摩摩擦擦角角 等等参参数数成成反反比，而支护能提供的比，而支护能提供的抗力则与其刚度成正比。抗力则与其刚度成正比。图1：隧道围岩应力再分布和支护抗力之间的关系示意图n n围围岩岩特特征征曲曲线线11若若不不允允许许围围岩岩壁壁面面位位移移发发展展，洞洞壁壁径径向向压压应应力力非非常常大大；而而若若允允许许位位移移发发展展，则则径径向向压压应应力力减减小小，当当位位移移达达到到某某一一数数值值时时，围围岩岩径径向向压压应应力力

28、，也也就就是是支支护护抗抗力力，为为最最小小( (P Pi) i)。如如果果接接近近开开挖挖面面修修筑支护，则位移筑支护，则位移u ur r较小。较小。n n支支护护特特性性曲曲线线22随随着着u ur r的的增增加加，P Pi i也也增增加加，并并在在与与曲曲线线1 1的的交交点点处处取取得得应应力力稳稳定定，此此时时的的径径向向压压应应力力为为P P（，1 1）。如如果果修修筑筑刚刚性性更更大大的支护，如曲线的支护，如曲线3 3所示，径向压应力增大如图中的所示，径向压应力增大如图中的P(P(，2)2)。n n新新奥奥法法就就是是根根据据上上述述理理由由，接接近近开开挖挖面面适适时时施施作作

29、密密贴贴围围岩岩的的薄薄层层柔柔性性支支护护的的。如如果果施施作作支支护护时时间间过过迟迟，则则使使围围岩岩位位移移过过大大而而产产生生塌塌落落荷荷载载。如图中斜线阴影部分，也使径向压应力如图中斜线阴影部分，也使径向压应力P(P(，3)3)增大，如曲线增大，如曲线4 4所示。所示。n n曲曲线线5 5表表示示，由由于于围围岩岩应应力力重重分分布布和和衬衬砌砌之之间间相相互互作作用用而而存存在在的的四四个个显著的特征阶段。显著的特征阶段。n n第第阶段：阶段：围岩不受支护的约束而能够向洞室内自由位移的时期。围岩不受支护的约束而能够向洞室内自由位移的时期。n n第第阶阶段段：施施作作一一次次支支护

30、护，由由于于支支护护抗抗力力而而使使变变形形速速度度减减小小，并并且且这这个抗力还和支护的刚度有关。个抗力还和支护的刚度有关。n n第第阶段：阶段：由于施作了仰拱，支护刚度变大而使变形速度越来越小。由于施作了仰拱，支护刚度变大而使变形速度越来越小。n n第第阶段：阶段：当仰拱完全受力时，变形基本停止。当仰拱完全受力时，变形基本停止。n n二、新奥法的基本要点二、新奥法的基本要点二、新奥法的基本要点二、新奥法的基本要点n n1 1、洞洞室室开开挖挖后后，应应使使围围岩岩自自身身承承担担主主要要的的支支护护作作用用，而而衬衬砌砌只只是是对对围围岩岩进进行行加加固固，使使成成为为一一个个整整体体而而

31、共共同同发发生生作作用用。因因此此，须须最最大大限限度度地地保保持持围围岩岩的的固固有有强强度度，以以发发挥挥围围岩的自承能力。岩的自承能力。n n方方法法：及及时时喷喷混混凝凝土土封封闭闭岩岩壁壁，就就能能有有效效地地防防止止围围岩岩松松弛弛，而而不不使使其其强强度度大大幅幅度度降降低低，同同时时也也不不存存在在因因顶顶替替支支撑撑而而使使围围岩岩变变形形松松弛弛。总总之之，使围岩经常处于使围岩经常处于三轴应力约束状态三轴应力约束状态最为理想。最为理想。n n2 2、预预计计围围岩岩有有较较大大变变形形和和松松弛弛时时，应应对对开开挖挖面面施施作作保保护护层，而且层，而且应在恰当的时候敷设，

32、过早或过迟均不利。应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。n n方方法法：支支护护刚刚度度不不能能太太大大或或太太小小，又又必必须须是是能能与与围围岩岩密密贴贴，而而要要做做成成薄薄层层柔柔性性，允允许许有有一一定定变变形形，以以使使围围岩岩释释放放应应力力时时起起卸卸载载作作用用，尽尽量量不不使使其其有有弯弯矩矩破破坏坏的的可可能能。与与传传统统支支护护不不同同，其其不不是是因因受受弯弯矩矩而而是是受受压压剪剪作作用用破破坏坏的的。由由于于混混凝凝土土的的抗抗压压和和抗抗剪剪强强度度比比抗抗拉拉和和抗抗弯弯强强度度大大得多，从而具有更高的承载能力。得多，从而具有更高的承载能力。n n一一次次支

33、支护护的的位位移移收收敛敛后后，可可在在其其光光滑滑的的表表面面上上敷敷设设高高质质量量的的防防水水层层，并并修修筑筑为为提提高高安安全全度度的的二二次次支支护护。前前后后两两次次支支护护与与围围岩岩之之间间都都只只有有径径向力作用。向力作用。n n3 3、衬衬砌砌需需要要加加强强的的区区段段，不不是是增增大大混混凝凝土土的的厚厚度度，而而是是增增加加钢钢筋筋网网、钢钢支支撑撑和和锚锚杆杆，使使隧隧道道全全长长范范围围采采用用大大致致相相同同的的开开挖挖断断面面。此此外外，因因为为新新奥奥法法不不在在坑坑道道内内架架设设杆杆件件支支撑撑，空空间间宽宽敞敞，从从而而提提高高了了安安全全性性和和作

34、业效率。作业效率。n n4 4、为为正正确确掌掌握握和和评评价价围围岩岩与与支支护护的的时时间间特特性性，可可在在现现场场进进行行量量测测。量量测测内内容容为为衬衬砌砌内内应应力力、围围岩岩与与衬衬砌砌间间的的接接触触应应力力以以及及围围岩岩的的变变位位，据据以以确确定定围围岩岩的的稳稳定定时时间间、变变形形速速度度和和围围岩岩分分类类等等重重要要参参数数，以以适适应应地质变化及时变更设计和施工方法。地质变化及时变更设计和施工方法。n n监监控控量量测测是是新新奥奥法法的的基基本本特特征征，量量测测的的重重点点是是围围岩岩和和支支护护的的力力学学特特征征随随时时间间的的变变化化动动态态。衬衬砌

35、砌的的做做法法和和施施作作时时间间是是依依据据围围岩岩变变位位量量测测决决定定的。的。n n5 5、隧隧道道支支护护在在力力学学上上可可看看作作厚厚壁壁圆圆筒筒。它它是是由由围围岩岩支支承承环环和和支支护护环环组组成成的的结结构构，且且两两者者存存在在共共同同作作用用。结结构构只只有有在在闭闭合合后后才才能能在在力力学学上上起结构作用，所以除坚硬岩层外，起结构作用，所以除坚硬岩层外，敷设仰拱使支护闭合是特别重要的。敷设仰拱使支护闭合是特别重要的。n n围围岩岩的的动动态态主主要要取取决决于于支支护护环环的的闭闭合合时时间间。当当上上半半断断面面超超前前掘掘进进过过多多时时，就就相相应应地地推推

36、迟迟了了它它的的闭闭合合时时间间，在在隧隧道道纵纵向向形形成成悬悬臂臂梁梁的的状状态态而而产生大弯曲的不良影响。产生大弯曲的不良影响。n n同同样样道道理理，为为防防止止应应力力集集中中引引起起围围岩岩破破坏坏，断断面面应应尽尽量量做做成成无无角角隅隅，最好采用圆形断面。最好采用圆形断面。n n6 6、时间效应：、时间效应：受开挖和支护等施工方法的影响，它对结构的安全性受开挖和支护等施工方法的影响，它对结构的安全性起着决定的作用。考虑掘进循环周期、仰拱闭合时间、拱部导坑的长起着决定的作用。考虑掘进循环周期、仰拱闭合时间、拱部导坑的长度以及支护强度等变化因素，把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。

37、度以及支护强度等变化因素，把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。n n从应力重分布角度去考虑，全断面一次开挖是最有利的；分部开挖会从应力重分布角度去考虑，全断面一次开挖是最有利的；分部开挖会使应力反复分布而造成围岩受损。使应力反复分布而造成围岩受损。n n7 7、岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。、岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。小结n n新新奥奥法法的的支支护护结结构构至至今今仍仍处处于于经经验验设设计计的的阶阶段段，它它的的前前提提是是要要科科学学地地进进行行围围岩岩分分类类，并并根根据据已已经经修修建建的的类类似似工工程程经经验验，提提出出支支护护设设计计参参数数或标

38、准设计模式。或标准设计模式。n n现现场场监监控控设设计计，一一般般分分成成预预先先设设计计阶阶段段和和最最后后设设计计阶阶段段，后后者者是是根根据据现场监控量测数据，经分析比较或计算后，最后提出设计。现场监控量测数据，经分析比较或计算后，最后提出设计。n n理理论论解解析析和和有有限限元元数数值值计计算算，至至今今还还不不能能得得出出充充分分可可靠靠和和满满意意的的结结果果，必须由上述两种方法即必须由上述两种方法即经验和量测经验和量测加以验证。加以验证。n n三、新奥法的施工和量测三、新奥法的施工和量测三、新奥法的施工和量测三、新奥法的施工和量测n n新奥法的施工作业必须根据事前的调查决定下

39、列四个问题：新奥法的施工作业必须根据事前的调查决定下列四个问题：n n 开挖方法；开挖方法；n n 支护布置及进行支护的最适宜时机；支护布置及进行支护的最适宜时机；n n 是否设置仰拱及设置的时间和方法；是否设置仰拱及设置的时间和方法；n n 是否采用辅助施工方法及其种类等。是否采用辅助施工方法及其种类等。n n采采用用新新奥奥法法施施工工的的绝绝大大多多数数工工程程均均采采用用各各种种断断面面分分割割法法（台台阶阶法法）进进行行开开挖挖，其其次次是是采采用用全全断断面面法法。新新奥奥法法要要求求保保证证光光面面爆爆破破的的质质量量，避避免免凹凹凸凸不不平平而而引引起起应应力力集集中中和和减减

40、少少超超挖挖，从从而而节节约约为为填填平平表表面面所所需需的的大量混凝土。大量混凝土。n n新奥法的量测十分重要。新奥法的量测十分重要。n n在制定现场量测计划时，要根据隧道及地下工程的规模、地质资料、在制定现场量测计划时，要根据隧道及地下工程的规模、地质资料、各量测项目的作用，考虑工点所需解决的问题针对性地制定量测计划，各量测项目的作用，考虑工点所需解决的问题针对性地制定量测计划，选择合理的量测项目和方法。同时还必须考虑采用切实可靠的手段和选择合理的量测项目和方法。同时还必须考虑采用切实可靠的手段和仪器，保证量测工作准确安全，并尽可能不妨碍施工。仪器，保证量测工作准确安全，并尽可能不妨碍施工

41、。n n在在应应力力应应变变、接接触触应应力力、位位移移等等三三大大类类量量测测项项目目中中，新新奥奥法法应应以以位位移移的量测为主的量测为主。n n四、新奥法的适用性四、新奥法的适用性四、新奥法的适用性四、新奥法的适用性n n实实践践证证明明，新新奥奥法法的的适适用用性性很很广广，我我国国已已在在亚亚粘粘土土和和黄黄土土隧隧道道施施工工中中取得成功。但在下列情况下，一般都应采取适当的取得成功。但在下列情况下，一般都应采取适当的辅助措施辅助措施才能施工：才能施工：n n1 1、涌水量大的地层；、涌水量大的地层；n n2 2、因涌水产生流沙现象的地层；、因涌水产生流沙现象的地层；n n3 3、围

42、岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难的场合；、围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难的场合；n n4 4、开挖面不能自稳的围岩。、开挖面不能自稳的围岩。第四章第四章 隧道围岩变形与支护的机理分析隧道围岩变形与支护的机理分析n n隧道开挖前是处于三维应力状态的，隧道开挖后形成了新的隧道开挖前是处于三维应力状态的，隧道开挖后形成了新的空间，出现了临空面，围岩向洞内移动，应力进行重新调空间，出现了临空面，围岩向洞内移动，应力进行重新调整，从而形成了整，从而形成了二次应力二次应力。n n 如果如果围岩的强度高于二次应力围岩的强度高于二次应力，则围岩是稳定的；，则围岩是稳定的；n n 如果如果围岩的强度低于二次

43、应力围岩的强度低于二次应力，则必须进行支护，以保证，则必须进行支护，以保证围岩的稳定。围岩的稳定。n n对于第二种情况，如果不对围岩进行适时支护，围岩就会发生破坏。对于第二种情况，如果不对围岩进行适时支护，围岩就会发生破坏。n n围围岩岩的的破破坏坏是是从从围围岩岩表表面面开开始始的的，逐逐渐渐向向深深部部开开展展，依依次次形形成成塑塑性性软软化化区区、塑塑性性强强化化区区和和弹弹性性区区。塑塑性性强强化化区区和和弹弹性性区区是是围围岩岩承承载载的的主主体体，塑性软化区是我们要支护的对象塑性软化区是我们要支护的对象。n n通通过过对对软软化化区区进进行行支支护护，一一方方面面可可以以提提高高其

44、其强强度度，有有利利于于其其自自身身的的稳稳定定，另另一一方方面面软软化化区区围围岩岩再再对对塑塑性性强强化化区区的的围围岩岩实实施施作作用用，增增大大了了强强化化区区岩岩压压，使使强强化化区区围围岩岩的的承承载载力力得得到到提提高高。所所以以通通过过支支护护或或加加固固软软化化区区围围岩岩，可可以以提提高高强强化化区区围围岩岩的的强强度度，围围岩岩的的自自承承能能力力得得以以充充分分发发挥，实现深部围岩的稳定，并使其成为主要承载区。挥，实现深部围岩的稳定，并使其成为主要承载区。n n除除了了对对软软化化区区围围岩岩的的加加固固措措施施外外，在在矿矿山山法法施施工工隧隧道道时时一一般般采采用用

45、光光面面爆爆破破进进行行开开挖挖，目目的的是是减减轻轻爆爆破破对对围围岩岩的的震震动动，尽尽可可能能保保持持其其原原始始状状态态。在在稳稳定定性性差差的的围围岩岩中中施施工工隧隧道道时时，常常采采用用预预支支护护方方法法，使使破破碎碎围围岩在隧道开挖前即得到强化。岩在隧道开挖前即得到强化。n n 浅浅部部支支护护、光光面面爆爆破破和和预预支支护护等等措措施施都都是是工工程程施施工工中中常常用用的的技技术术手手段段，其其目目的的都都是是在在施施工工时时尽尽可可能能“ “基基本本维维持持围围岩岩原原始始状状态态” ”，保保持持原原有强度，从而保证围岩的稳定。有强度，从而保证围岩的稳定。第五章第五章

46、 隧道围岩的平衡稳定性问题隧道围岩的平衡稳定性问题n n 按按照照控控制制论论理理解解：一一般般地地说说，任任何何一一个个力力学学系系统统、物物理理系系统统以以及及工工程技术中的某些系统都有平衡稳定性问题。程技术中的某些系统都有平衡稳定性问题。n n 工工程程施施工工安安全全的的本本质质内内涵涵：从从一一种种稳稳定定平平衡衡状状态态（施施工工前前）到到另另一一种种稳稳定定平平衡衡状状态态（工工程程竣竣工工），过过程程有有n n个个工工序序，如如果果每每一一个个工工序序及及工序转换都能实现稳定平衡，则整个工程施工过程是安全的。工序转换都能实现稳定平衡，则整个工程施工过程是安全的。n n 简简例例

47、说说明明稳稳定定平平衡衡问问题题：当当球球体体处处于于图图2 2状状态态时时，外外力力使使球球体体偏偏离离原原始始位位置置，但但球球体体无无法法自自行行恢恢复复到到原原始始状状态态，则则球球体体处处于于不不稳稳定定平平衡衡状状态态；当当球球体体处处于于图图3 3状状态态时时，外外力力使使球球体体偏偏离离原原始始位位置置，而而球球体体能能自自行恢复到原始状态，则球体处于稳定平衡状态。行恢复到原始状态，则球体处于稳定平衡状态。图图2.不稳定平衡不稳定平衡 图图3.稳定平衡稳定平衡n n根据经典力学分析，如果任一时刻作用于结构系统的力（合力）都是根据经典力学分析，如果任一时刻作用于结构系统的力（合力

48、）都是相互平衡的，稳定的平衡结构系统就能够实现持久的平衡。如使用中相互平衡的，稳定的平衡结构系统就能够实现持久的平衡。如使用中的桥梁、隧道结构等；如果结构平衡系统一旦丧失其稳定性，其平衡的桥梁、隧道结构等；如果结构平衡系统一旦丧失其稳定性，其平衡状态就经不起外力干扰，可能随即发生破坏。如桥梁、隧道结构破坏；状态就经不起外力干扰，可能随即发生破坏。如桥梁、隧道结构破坏；所以不稳定平衡系统是不能长期存在的。所以不稳定平衡系统是不能长期存在的。n n 安全风险多发生在施工过程中，尤其在工序转换过程中。在地下工安全风险多发生在施工过程中，尤其在工序转换过程中。在地下工程施工中，程施工中，不但要注意结构

49、的受力平衡，还要注意环境的水土平衡。不但要注意结构的受力平衡，还要注意环境的水土平衡。n n 对于隧道工程，可应用平衡概念处理设计问题，如果周围相关环境对于隧道工程，可应用平衡概念处理设计问题，如果周围相关环境处于稳定平衡状态，则隧道工程建设就较容易；如果周围相关环境处处于稳定平衡状态，则隧道工程建设就较容易；如果周围相关环境处于不稳定平衡状态，则隧道工程建设就较难甚至非常难。于不稳定平衡状态，则隧道工程建设就较难甚至非常难。n n对于后者，可采用对于后者，可采用绕避不稳定平衡体绕避不稳定平衡体或压低延长隧道使之处于稳定平或压低延长隧道使之处于稳定平衡状态，否则只能采用工程措施使隧道与周围相关

50、环境共同作用符合衡状态，否则只能采用工程措施使隧道与周围相关环境共同作用符合力学规律力学规律即施工过程中即施工过程中每步序或使用过程中每时段每步序或使用过程中每时段，隧道围岩和，隧道围岩和支护系统都必须满足三维力学平衡、变形协调与稳定。支护系统都必须满足三维力学平衡、变形协调与稳定。第六章第六章 隧道预支护原理隧道预支护原理n n一、理论与理念的统一性一、理论与理念的统一性一、理论与理念的统一性一、理论与理念的统一性n n各各种种隧隧道道设设计计理理论论和和工工法法存存在在内内在在联联系系和和统统一一性性，如如围围岩岩与与支支护护系系统统共共同同作作用用理理论论是是许许多多工工法法的的共共同同

51、理理论论基基础础，根根据据围围岩岩实实际际情情况况进进行行设设计与施工的理念对任何施工设计理论、工法都具有指导意义。计与施工的理念对任何施工设计理论、工法都具有指导意义。n n以以不不同同设设计计理理论论为为基基础础的的各各种种隧隧道道工工法法，其其核核心心都都是是一一致致的的，即即隧隧道道围围岩岩与与支支护护共共同同作作用用要要达达到到足足够够强强大大，形形成成稳稳定定平平衡衡体体系系，实实现现“ “基基本本维持围岩原始状态维持围岩原始状态” ”，从而达到，从而达到“ “充分发挥围岩的自承能力充分发挥围岩的自承能力” ”的目的。的目的。图图图图4 4 各种隧道设计理论和工法比较各种隧道设计理

52、论和工法比较各种隧道设计理论和工法比较各种隧道设计理论和工法比较n n二、二、二、二、“ “围岩围岩围岩围岩支护支护支护支护” ”体系体系体系体系n n预预支支护护原原理理是是以以现现有有设设计计理理论论为为基基础础并并结结合合各各种种工工法法的的优优点点，阐阐述述了了隧隧道道围围岩岩极极限限自自承承力力PmaxPmax、支支护护抗抗力力T T和和围围岩岩原原始始内内力力P0P0三三者者之之间间的的力力学学关关系系，真真实实反反映映隧隧道道“ “围围岩岩支支护护” ”结结构构体体系系在在开开挖挖与与支支护护（含含预预支支护护）施施作作过过程程中中的的互互动动过过程程和和相相互作用。互作用。n

53、n预预支支护护原原理理解解释释了了各各种种设设计计理理论论及及其其工工法法的的统统一一性性和和适适用用性性问问题题。建建立立预预支支护护原原理理的的完完整整理理论论体体系系将将有有助助于于解解决决隧隧道道设设计计算方法的合理选用和施工方案的合理制定。计计算方法的合理选用和施工方案的合理制定。n n1 1、力学模型、力学模型、力学模型、力学模型n n隧隧道道开开挖挖形形成成新新的的临临空空面面，导导致致洞洞周周围围岩岩在在径径向向产产生生应应力力释释放放，而而远远离离隧隧道道地地层层的的应应力力状状态态并并不不发发生生变变化化。不不失失一一般般性性，考考虑虑均均匀匀初初始始地地应应力力场场，用用

54、P0P0表表示示初初始始地地应应力力，如如图图5 5所所示示。从从静静力力学学的的原原理理可可知知，P0P0由由“ “围岩支护围岩支护” ”结构体系的承载力来平衡。结构体系的承载力来平衡。n n定义定义围岩预支护力围岩预支护力F F等于等于“ “围岩支护围岩支护” ”结构体系的承载力结构体系的承载力，即：，即：n nF=T+Pmax (1)F=T+Pmax (1)n n式中：式中：F F为预支护力；为预支护力；T T为支护抗力；为支护抗力；PmaxPmax为围岩极限自承能力。为围岩极限自承能力。n n 上述等式说明：上述等式说明：隧道预支护力不只是支护结构对围岩的作用力，它隧道预支护力不只是支

55、护结构对围岩的作用力，它是由围岩结构的极限自承能力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力是由围岩结构的极限自承能力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力共同组成的。共同组成的。围岩结构的自承能力可以通过预支护措施和通过采取合围岩结构的自承能力可以通过预支护措施和通过采取合理开挖措施得到维持。（理开挖措施得到维持。（关键词：共同与相互关键词：共同与相互）n n当当预预支支护护力力大大于于使使围围岩岩发发生生过过大大变变形形或或破破坏坏的的力力时时，隧隧道道围围岩岩就就处处于于稳定平衡状态，称之为隧道预支护原理。稳定平衡状态，称之为隧道预支护原理。n n根根据据围围岩岩稳稳定定的的一一般般原原理理，地地应

56、应力力是是使使围围岩岩发发生生变变形形和和破破坏坏的的根根本本动动力力，使使围围岩岩失失稳稳的的“ “力力源源” ”，因因此此，隧隧道道预预支支护护原原理理可可进进一一步步表表述述为为：预预支支护护力力F F要要始始终终保保持持大大于于隧隧道道施施工工前前保保持持原原始始岩岩体体稳稳定定平平衡衡的的原原始始内力内力P0P0，使围岩处于稳定平衡状态的条件，使围岩处于稳定平衡状态的条件，即：即：n nFP0 (2)FP0 (2)n n 对对于于围围岩岩好好的的隧隧道道，开开挖挖后后围围岩岩发发生生了了变变形形，极极限限承承载载能能力力下下降降，经经过过一一段段时时间间后后围围岩岩内内部部结结构构调

57、调整整完完毕毕，变变形形收收敛敛，围围岩岩极极限限承承载载能能力力虽虽然然发发生生了了下下降降但但还还是是大大于于P0P0，预预支支护护力力也也大大于于P0P0，即即FP0FP0，围围岩处于稳定平衡状态。岩处于稳定平衡状态。n n 对对于于围围岩岩差差的的隧隧道道，开开挖挖后后围围岩岩处处于于加加速速变变形形阶阶段段，在在较较短短时时间间内内围围岩岩极极限限自自承承能能力力就就急急剧剧下下降降并并小小于于P0P0，如如果果来来不不及及施施加加支支护护，预预支支护护力力等等于于极极限限自自承承能能力力，预预支支护护力力也也小小于于P0P0，即即FP0FP0FP0，围围岩岩处处于于稳稳定定平平衡状

58、态。衡状态。n n 更更具具有有广广泛泛意意义义的的是是处处于于这这两两种种极极端端情情况况之之间间的的围围岩岩，隧隧道道开开挖挖后后围围岩岩变变形形过过程程可可以以分分为为两两个个阶阶段段，一一个个是是形形变变压压力力阶阶段段，另另一一个个是是松松弛压力阶段弛压力阶段。n n在在形形变变压压力力阶阶段段，围围岩岩极极限限自自承承能能力力下下降降但但还还是是大大于于P0P0，围围岩岩发发挥挥的的自自承承力力随随变变形形增增大大而而增增大大，围围岩岩的的自自承承能能力力得得到到了了发发挥挥，所所以以隧隧道道开开挖挖完完成成初初期期，要要允允许许围围岩岩发发生生一一定定的的变变形形，应应及及时时采

59、采用用柔柔性性支支护护，若若采采用用高高刚刚度度的的支支护护结结构构限限制制围围岩岩变变形形，支支护护结结构构将将承承受受较较大大的的载载荷荷。如如果果支支护护刚刚度度过过小小或或支支护护时时机机过过晚晚，围围岩岩变变形形发发展展到到松松弛弛压压力力阶阶段段时时，围围岩岩进进入入松松弛弛状状态态，其其极极限限自自承承能能力力迅迅速速下下降降并并小小于于P0P0，预预支支护护力力也也小于小于P0P0，即，即FP0FP0FP0，既既允允许许围围岩岩有有一一定定的的变变形形又又给给围围岩岩提提供供了了一一定定的的支支护护抗抗力力。柔柔性性支支护护主主要要通通过过锚锚喷喷支支护护来来实实现现，根根据据

60、实实际际情情况况可可采采用用锚锚喷网、锚喷架、锚喷架网喷网、锚喷架、锚喷架网等多种组合形式。等多种组合形式。n n由由（图图8 8）可可以以看看出出，理理想想的的锚锚喷喷支支护护设设计计就就是是对对应应于于D D点点的的支支护护抗抗力力PminPmin，这这时时维维持持围围岩岩的的稳稳定定抗抗力力最最小小。通通常常支支护护设设计计应应有有一一定定的的安安全全储储备备，支支护护特特性曲线在性曲线在C C点处与围岩特征曲线相交。点处与围岩特征曲线相交。图图8 8围岩位移支护特性曲线围岩位移支护特性曲线n n新奥法：新奥法：通过合理的支护方法与适当的支护时机，使支护特性曲线在接近通过合理的支护方法与

61、适当的支护时机，使支护特性曲线在接近PminPmin处与围处与围岩特性曲线相交，取得平衡，以充分发挥围岩的自承能力。岩特性曲线相交，取得平衡，以充分发挥围岩的自承能力。n n矿山法：矿山法：施工采用传统支架法支护，由于不能提供连续的支护抗力或无法选择适当的施工采用传统支架法支护，由于不能提供连续的支护抗力或无法选择适当的支护时机，导致不能在接近支护时机，导致不能在接近P Pminmin处提供适宜的支护抗力。处提供适宜的支护抗力。图图9 9块状围岩锚喷支护原理示意图块状围岩锚喷支护原理示意图n n（1 1）砂浆；（）砂浆；（2 2）锚杆；（）锚杆；（3 3）块体潜在坍塌方向；）块体潜在坍塌方向；

62、1 1、2 2、3 3为潜在块体坍落次序为潜在块体坍落次序五、工法选择的合理性问题五、工法选择的合理性问题n n在隧道施工中，每一种工法都不是万能的，都有其各自的适用条件，必须根在隧道施工中，每一种工法都不是万能的，都有其各自的适用条件，必须根据围岩类别及环境条件选用不同的工法。即使是同一级围岩，由于所处地质据围岩类别及环境条件选用不同的工法。即使是同一级围岩，由于所处地质环境不同，岩体完整程度也不会完全相同，选用工法也有差别。无论选用何环境不同，岩体完整程度也不会完全相同，选用工法也有差别。无论选用何种工法，目标只有一个，就是要用最经济的手段维持隧道围岩的稳定，确保种工法，目标只有一个，就是

63、要用最经济的手段维持隧道围岩的稳定，确保施工安全。施工安全。n n工法选择的基本原则：工法选择的基本原则：n n预支护原理的正确运用，充分发挥围岩的自承能力和基本维持围岩的原始状预支护原理的正确运用，充分发挥围岩的自承能力和基本维持围岩的原始状态，预防和控制特殊地质隧道因态，预防和控制特殊地质隧道因局部失稳引发整体失稳，使隧道开挖扰动最局部失稳引发整体失稳，使隧道开挖扰动最小。小。n n1 1、核心理念与系统概念、核心理念与系统概念n n核核心心理理念念：不不论论哪哪种种情情况况，预预支支护护力力都都要要足足够够大大，才才能能“基基本本维维持持围围岩岩原原始始状状态态”。使使围围岩岩与与支支护

64、护系系统统共共同同作作用用形形成成三三维维应应力力平平衡衡状状态态，从从而而达达到到“充充分发挥围岩自承能力分发挥围岩自承能力”的目的。的目的。n n完完整整围围岩岩：围围岩岩的的承承载载能能力力可可以以保保持持洞洞室室的的稳稳定定。对对于于这这类类围围岩岩，要要允允许许围岩发生一定的变形，可不进行支护或仅提供弱支护即可。围岩发生一定的变形，可不进行支护或仅提供弱支护即可。n n一一般般围围岩岩：采采取取适适时时支支护护措措施施。因因为为开开挖挖后后围围岩岩不不会会立立即即松松弛弛垮垮塌塌，岩岩压压还还处处于于形形变变压压力力阶阶段段，允允许许围围岩岩发发生生一一定定的的变变形形是是必必要要的

65、的。但但应应控控制制变变形形过过大大，防防止止岩岩压压转转化化为为松松弛弛压压力力，这这样样支支护护抗抗力力增增大大而而不不经经济济，故故选选择择支支护护时时机非常重要。机非常重要。n n破破碎碎围围岩岩：采采取取超超前前支支护护措措施施。因因为为洞洞室室开开挖挖后后围围岩岩会会很很快快会会进进入入松松弛弛状状态，所以只有预先强化围岩，才能保证开挖过程中围岩的稳定。态，所以只有预先强化围岩，才能保证开挖过程中围岩的稳定。n n2 2、实现方法与路径、实现方法与路径n n新奥法的理论核心是充分发挥围岩的自承能力，这一理念从力学角度提新奥法的理论核心是充分发挥围岩的自承能力，这一理念从力学角度提出

66、了保持围岩稳定的基本思路。出了保持围岩稳定的基本思路。决定围岩稳定性的关键是围岩与支护系决定围岩稳定性的关键是围岩与支护系统共同作用达到稳定平衡，从这一概念出发，引导我们去寻找解决问题统共同作用达到稳定平衡，从这一概念出发，引导我们去寻找解决问题的方法。的方法。n n因为因为“平衡与形变是可以计量的平衡与形变是可以计量的”，这也就为我们采用量测手段来控制，这也就为我们采用量测手段来控制支护时间提供了可能。解决支护时间提供了可能。解决“适时支护适时支护”问题，通过现场监控量测是实问题，通过现场监控量测是实现路径。现路径。n n3 3、严防局部失稳引发整体失稳、严防局部失稳引发整体失稳n n处处理

67、理特特殊殊地地质质隧隧道道围围岩岩稳稳定定性性问问题题，应应树树立立“ “预预防防为为主主，避避免免现现状状处处理理” ”的的理理念念。条条件件许许可可应应尽尽量量强强化化围围岩岩，施施工工中中灵灵活活应应用用断断面面分分割割法法进进行行开开挖挖，及及时时形形成成空空间间闭闭合合的的支支护护系系统统，严严控控隧隧道道围围岩岩局局部部破破坏坏或或失失稳稳引发隧道整体失稳问题。引发隧道整体失稳问题。n n4 4、开挖最小扰动原则、开挖最小扰动原则n n土质或软弱松散围岩隧道：施工中常采用断面分割法，这些工法基本土质或软弱松散围岩隧道：施工中常采用断面分割法，这些工法基本无需或只需少量爆破，常采用机

68、械和人工开挖施工，扰动一般较小。无需或只需少量爆破，常采用机械和人工开挖施工，扰动一般较小。n n石质隧道：施工中多采用爆破法，开挖最小扰动原则要求：一是用最石质隧道：施工中多采用爆破法，开挖最小扰动原则要求：一是用最有效的方法将隧道断面内的有效的方法将隧道断面内的岩石适度破碎岩石适度破碎，并将，并将碎石适度抛掷碎石适度抛掷；二是；二是降低爆破对围岩的扰动，降低爆破对围岩的扰动，最大限度地维持围岩原始状态最大限度地维持围岩原始状态，以有利于隧，以有利于隧道的长期稳定。采取技术成熟的控制爆破方法，可以实现上述目标。道的长期稳定。采取技术成熟的控制爆破方法，可以实现上述目标。n n5 5、工法的合

69、理性概述、工法的合理性概述n n在在隧隧道道施施工工中中，合合理理的的施施工工方方法法应应与与地地质质条条件件、环环境境条条件件相相协协调调，支支护护参参数数与与支支护护时时机机应应符符合合安安全全、经经济济原原则则，开开挖挖方方法法满满足足最最小小扰扰动动原原则则；同同时时符符合合“ “预预支支护护原原理理的的正正确确运运用用” ”、“ “充充分分发发挥挥围围岩岩的的自自承承能能力力和和基基本本维维持持围围岩岩的的原原始始状状态态” ”，过过程程管管理理“ “严严防防特特殊殊地地质质隧隧道道局局部部失失稳稳引引发发整整体体失失稳稳” ”，灵灵活活选选用用辅辅助助工工法，确保与基本工法的匹配性

70、。法，确保与基本工法的匹配性。n n 从从理理论论上上讲讲，好好的的工工法法就就应应该该可可以以复复制制，但但所所有有边边界界条条件件相相同同却却是是一一个个小小概概率率事事件件。特特别别是是结结构构受受力力复复杂杂或或不不良良地地质质与与结结构构耦耦合合复复杂杂的的情情况况，这这种种情情况况若若简简单单复复制制有有时时却却是是致致命命的的，往往往往会会造造成成结结构构出出现现问问题题甚甚至至灾灾难难。到到目目前前为为止，隧道及地下工程施工仍然是安全风险最突出的领域之一。止，隧道及地下工程施工仍然是安全风险最突出的领域之一。第二部分第二部分隧道施工的基本工法与辅助工法隧道施工的基本工法与辅助工

71、法n n在隧道工程施工中，最为重要的是选择合理的施工方法。在隧道工程施工中，最为重要的是选择合理的施工方法。工法选择是否合理，工法选择是否合理，与隧道工程建设的工期、安全、质量、投资及环境影响有直接关系。与隧道工程建设的工期、安全、质量、投资及环境影响有直接关系。n n工法选择的依据，主要是工程地质及水文地质条件、施工条件、隧道埋置深工法选择的依据，主要是工程地质及水文地质条件、施工条件、隧道埋置深度、断面尺寸大小、隧道长度、结构类型等，以施工安全为前提，以工程质度、断面尺寸大小、隧道长度、结构类型等，以施工安全为前提，以工程质量为核心，结合隧道的使用功能，施工技术水平、施工机械装备、工期要求

72、量为核心，结合隧道的使用功能，施工技术水平、施工机械装备、工期要求和经济可行性等因素综合考虑研究选用。就目前而言，隧道施工方法大致有和经济可行性等因素综合考虑研究选用。就目前而言，隧道施工方法大致有盾构法（盾构法（TBMTBM法）、沉管法与矿山法（新奥法、浅埋暗挖法）。法）、沉管法与矿山法（新奥法、浅埋暗挖法）。n n以隧道施工安全作为基本问题，下面仅就采用矿山法施工的隧道进行讨论。以隧道施工安全作为基本问题，下面仅就采用矿山法施工的隧道进行讨论。第一章第一章 隧道施工的基本工法隧道施工的基本工法n n工法定义：工法定义：工艺方法和工程方法工艺方法和工程方法。以工程为对象，工艺为核心，运用。以

73、工程为对象，工艺为核心，运用系统工程原理，把先进的技术和科学管理结合起来，经工程实践形成系统工程原理，把先进的技术和科学管理结合起来，经工程实践形成的综合配套的施工方法。的综合配套的施工方法。n n一、按破岩方法分一、按破岩方法分n n1 1、爆破法施工。、爆破法施工。n n2 2、非爆法施工。、非爆法施工。n n二、按开挖方法分二、按开挖方法分n n1 1、明挖法。、明挖法。n n2 2、暗挖法。、暗挖法。n n全断面开挖法全断面开挖法n n全断面开挖法，是指按设计开挖断面一次开挖成型的方法。全断面开全断面开挖法，是指按设计开挖断面一次开挖成型的方法。全断面开挖法主要适用于挖法主要适用于、级

74、硬岩地层。浅埋、偏压和洞口地段不适宜采级硬岩地层。浅埋、偏压和洞口地段不适宜采用全断面法开挖。用全断面法开挖。n n全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少、干扰少，便于施工组织和管理。由于开挖提高施工速度，且工序少、干扰少，便于施工组织和管理。由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此要面积较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此要求施工应具有较强的开挖、出碴、运输及支护能力。求施工应具有较强的开挖、出碴、运输及支护能力。n n全断面开挖法钻爆效率高，采

75、用深孔爆破可加快掘进速度，且爆破对全断面开挖法钻爆效率高，采用深孔爆破可加快掘进速度，且爆破对围岩的振动次数较少，有利于围岩稳定。由于每次深孔爆破震动较大，围岩的振动次数较少，有利于围岩稳定。由于每次深孔爆破震动较大，因此要求进行精心的钻爆设计和严格控制爆破作业。因此要求进行精心的钻爆设计和严格控制爆破作业。n n两台阶法。两台阶法。n n主要适用于主要适用于级软岩和级软岩和级围岩，洞口、偏压、浅埋段硬岩地层宜采级围岩，洞口、偏压、浅埋段硬岩地层宜采用两台阶法开挖。将断面分成上下两个台阶开挖，台阶长度一般控制用两台阶法开挖。将断面分成上下两个台阶开挖，台阶长度一般控制在在1 11.51.5倍洞

76、径（倍洞径（D D）以内。原则是尽快跟进下半断面，尽早施作初）以内。原则是尽快跟进下半断面，尽早施作初期支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导期支护形成封闭结构；若地层较差，为了稳定工作面，也可辅以小导管超前支护等措施。管超前支护等措施。n n上台阶临时封闭正台阶法上台阶临时封闭正台阶法n n主要适用于主要适用于IVIV级偏弱和级偏弱和级围岩，根据施工现场的实际情况灵活调整级围岩，根据施工现场的实际情况灵活调整台阶长度。施工中坚持台阶长度。施工中坚持“ “弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” ”的原则，严格控制开挖进尺，严格控制周边

77、眼装药量，减少爆破对围的原则，严格控制开挖进尺，严格控制周边眼装药量，减少爆破对围岩的扰动，及时进行监控量测，确保施工的安全进行。岩的扰动，及时进行监控量测，确保施工的安全进行。n n正台阶环形开挖法正台阶环形开挖法n n适用于较差的适用于较差的、级软岩及级软岩及V V级围岩，也可用于洞口段、偏压段、浅级围岩，也可用于洞口段、偏压段、浅埋段等。上台阶环形开挖预留核心土，实施中依具体地质条件采用不同埋段等。上台阶环形开挖预留核心土，实施中依具体地质条件采用不同的辅助工法。的辅助工法。n nCDCD工法工法n n适用于适用于级围岩，依具体地质条件结合辅助工法采用。施工中坚持级围岩，依具体地质条件结

78、合辅助工法采用。施工中坚持“ “弱弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” ”的原则。的原则。n nCRDCRD工法工法n n适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土组成的适用于特别破碎的岩石、碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土组成的级围岩和软塑状粘性土、潮湿的粉细砂组成的级围岩和软塑状粘性土、潮湿的粉细砂组成的级围岩及较差围岩中级围岩及较差围岩中的洞口段、偏压段、浅埋段等地质条件。实施中依具体地质条件采用的洞口段、偏压段、浅埋段等地质条件。实施中依具体地质条件采用不同的辅助工法。不同的辅助工法。n n此法适用于浅埋软岩的大跨或特大跨隧道，它具有台阶

79、法及侧壁导坑此法适用于浅埋软岩的大跨或特大跨隧道，它具有台阶法及侧壁导坑法的优点，与侧壁导坑法相比较具有较快的施工速度；同时，本法通法的优点，与侧壁导坑法相比较具有较快的施工速度；同时，本法通过中墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系，能非常过中墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系，能非常有效地控制拱部下沉与收敛。此法最适用于上软下硬或半软半硬的地有效地控制拱部下沉与收敛。此法最适用于上软下硬或半软半硬的地层，一旦下部围岩变硬，马上可以转化为上台阶法施工，半软半硬地层，一旦下部围岩变硬，马上可以转化为上台阶法施工，半软半硬地层转化为层转化为CDCD法施工，施工方法比较灵活

80、。法施工，施工方法比较灵活。n n单侧壁导坑正台阶法单侧壁导坑正台阶法n n在围岩压力大、岩层产状平缓、松软或不稳定含水地层中修筑跨度大、在围岩压力大、岩层产状平缓、松软或不稳定含水地层中修筑跨度大、扁平率低、地表沉降要求严的隧道时采用，与双侧壁导坑法相比，导扁平率低、地表沉降要求严的隧道时采用，与双侧壁导坑法相比，导坑宽度较大，开挖时临时支撑较少，施工干扰小。坑宽度较大，开挖时临时支撑较少，施工干扰小。n n双侧壁导坑法（眼睛工法）。双侧壁导坑法（眼睛工法）。n n适用于可采用人工或人工配合小型机械开挖的适用于可采用人工或人工配合小型机械开挖的级围岩地层、不稳定级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段

81、、偏压段、洞口段以及充填性溶洞等地质条件。实施中岩体和浅埋段、偏压段、洞口段以及充填性溶洞等地质条件。实施中依具体地质条件采用不同的辅助工法。几种工法优缺点比较见下表：依具体地质条件采用不同的辅助工法。几种工法优缺点比较见下表：项目CD法双侧壁导坑法CRD法工法的安全性较安全安全安全施工技术难度较高高高施工机械类型中、小型小型小型施工工序较多多多工程造价较高高高掌子面的稳定性较好好好地表沉陷较小小小周边收敛控制较好好好适用范围地质条件较差、安全要求高跨度大、安全要求高地质条件差、安全要求高 几种工法优缺点比较几种工法优缺点比较 表表2隧道及地下工程主要开挖方法隧道及地下工程主要开挖方法隧道及地

82、下工程主要开挖方法隧道及地下工程主要开挖方法 表表表表3 3施工方法示意图重要指标比较适用条件沉降工期防水初支拆除量造价全断面法、级硬岩地层，浅埋、偏压、洞口段不适宜。一般最短好无低正台阶法级软围岩偏弱和级围岩。一般短好无低上台阶临时封闭正台阶法IV级围岩偏弱和级围岩；浅埋、偏压、洞口段。一般短好小低正台阶环形开挖法级软岩及V级围岩，浅埋、偏压、洞口段。一般短好无低单侧壁导坑正台阶法围岩压力大、产状平缓、松软或不稳定含水地层；较大较短好小低CD工法适用于级围岩；浅埋、偏压、洞口段。较大较短好小偏高CRD工法组分复杂的级围岩及软塑状粘性土、粉细砂组成的级围岩。较小长好大高双侧壁导坑法（眼睛工法）

83、级围岩，浅埋、偏压、洞口段以及充填性溶洞等地质条件。大长效果差大高中洞法小洞室，连续使用可扩成大洞室。小长效果差大较高偏洞法小洞室，连续使用可扩成大洞室。大长效果差大高第二章第二章 隧道施工的辅助工法隧道施工的辅助工法n n隧道施工中常常遭遇一些特殊地质条件，所谓特殊地质，一般包括：隧道施工中常常遭遇一些特殊地质条件，所谓特殊地质，一般包括：软弱含软弱含水地层、挤压与膨胀性地层、断层破碎带及岩溶发育地层、高压水、高岩压水地层、挤压与膨胀性地层、断层破碎带及岩溶发育地层、高压水、高岩压及高地热地层、浅覆盖及偏压地段、煤系地层或采空区地段、含有害气体地及高地热地层、浅覆盖及偏压地段、煤系地层或采空

84、区地段、含有害气体地层层等等。在上述特殊地质条件下修建隧道工程，首先应选择合理的基本工法，等等。在上述特殊地质条件下修建隧道工程，首先应选择合理的基本工法，其次再根据本项目特殊的地质条件采用相适应的辅助工法。辅助工法选用是其次再根据本项目特殊的地质条件采用相适应的辅助工法。辅助工法选用是否得当，往往决定着项目的成败。否得当，往往决定着项目的成败。n n一、辅助工法选用原则一、辅助工法选用原则一、辅助工法选用原则一、辅助工法选用原则n n在特殊地质条件下选用辅助工法，原则是：在特殊地质条件下选用辅助工法，原则是：约束空间，适时支护约束空间，适时支护约束空间，适时支护约束空间，适时支护。n n正正

85、确确运运用用预预支支护护原原理理，充充分分发发挥挥围围岩岩的的自自承承能能力力，尽尽力力维维持持围围岩岩的的原原始始状状态态，预预防防和和控控制制隧隧道道支支护护结结构构由由于于局局部部失失稳稳而而引引发发整整体体失失稳稳问问题题（关键词：（关键词：要控制处理，不要现状处理要控制处理，不要现状处理）。）。n n缩缩小小开开挖挖断断面面以以减减少少扰扰动动、预预支支护护以以防防止止拱拱顶顶围围岩岩松松动动、支支护护结结构构尽尽早早闭闭合合以以抑抑制制变变形形、强强化化基基脚脚以以增增加加承承载载能能力力、妥妥善善处处理理地地下下水水以以免免岩岩体体弱弱化化等等。以以上上讲讲的的这这些些，集集中中

86、起起来来就就是是“ “管管超超前前，严严注注浆浆，短短开开挖挖，强强支支护护，快快封封闭闭，早早成成环环，勤勤量量测测，速速反反馈馈，防防治治水水，弱弱爆爆破破，少少扰动，控沉降扰动，控沉降” ”这这3636个字，概述如下：个字，概述如下：n n二、确保开挖面稳定二、确保开挖面稳定二、确保开挖面稳定二、确保开挖面稳定n n1 1、拱拱顶顶稳稳定定对对策策：预预支支护护措措施施（管管棚棚钢钢架架超超前前支支护护、超超前前小小导导管管注注浆浆支护、钢插板法等）。支护、钢插板法等）。n n2 2、掌掌子子面面稳稳定定对对策策：环环形形开开挖挖预预留留核核心心土土、喷喷射射混混凝凝土土封封闭闭掌掌子子

87、面面（喷喷射射早早强强混混凝凝土土，厚厚度度宜宜为为5 510cm10cm）、临临时时仰仰拱拱或或临临时时支支护护、开开挖挖面锚栓（土钉）、地层改良等。面锚栓（土钉）、地层改良等。n n三、确保支护结构稳定三、确保支护结构稳定三、确保支护结构稳定三、确保支护结构稳定n n1 1、提高岩体强度：地层改良或小导管周边注浆及围岩深孔注浆。、提高岩体强度：地层改良或小导管周边注浆及围岩深孔注浆。n n2 2、增增加加支支护护强强度度：地地层层改改良良、扩扩大大基基脚脚、锁锁脚脚锚锚杆杆或或锁锁脚脚锚锚管管、纵纵向向联联梁梁、微微形形基基桩桩、加加厚厚混混凝凝土土喷喷层层、补补强强锚锚杆杆( (加加长长

88、或或加加密密) )、重重型型钢钢肋肋（增增加加支支护护刚刚度度）、临临时时仰仰拱拱、加加强强支支撑撑( (双双层层支支撑撑或或外外加加支支撑撑) )、反压法、构件支撑法等。反压法、构件支撑法等。n n三、地下水处理三、地下水处理n n1 1、排排水水工工法法：钻钻孔孔排排水水或或导导坑坑排排水水、深深井井抽抽水水、强强制制排排放放（控控制制排排放）。放）。n n2 2、止止水水工工法法：止止水水注注浆浆( (水水泥泥浆浆、化化学学浆浆包包括括水水玻玻璃璃系系、树树脂脂注注浆等浆等) )。n n3 3、止、排并用工法。、止、排并用工法。第三章第三章 隧道破坏模式及常用辅助工法隧道破坏模式及常用辅

89、助工法n n在在特特殊殊地地质质条条件件下下修修建建隧隧道道，按按照照软软弱弱地地层层、断断层层破破碎碎带带、卵卵砾砾石石地地层层与与砂砂、泥泥质质地地层层分分类类，依依照照隧隧道道可可能能出出现现的的破破坏坏模模式式，通通常常采采用用的的辅助工法如下表：辅助工法如下表：隧道破坏模式及常用辅助工法隧道破坏模式及常用辅助工法隧道破坏模式及常用辅助工法隧道破坏模式及常用辅助工法 表表1-11-1类类 别别地层地层可能破坏模式可能破坏模式处理对策处理对策(辅助工法辅助工法)石质石质隧道隧道软弱地层拱顶崩坍管棚注浆、超前小导管注浆、钢插板法等。开挖面失稳环形开挖、开挖面倾斜、喷砼封闭、开挖面锚栓、临时

90、仰拱、地层改良(注水泥浆或化学浆)。沉降或挤压变形地层改良、扩大基脚、锁脚锚杆或锁脚锚管、纵向联梁、微形基桩、加厚砼喷层、补强锚杆(加长或加密)、重型钢肋、临时仰拱、加强支撑(双层支撑或外加支撑)、反压法、构件支撑法等。断层破碎带拱顶崩坍同软弱地层开挖面失稳同软弱地层沉降或挤压变形同软弱地层涌水现象钻孔排水或导坑排水、深井抽水、止水注浆(包括水玻璃系、树脂注浆)卵卵砾砾石石地地 层层隧隧道道卵砾石地层拱顶崩坍管棚注浆、超前小导管注浆等。开挖面失稳环形开挖留核心土、开挖面倾斜、喷砼封闭、临时仰拱、地层改良(水泥浆或化学浆)等。渗(涌)水现象钻孔排水、深井抽水、止水注浆(包括水泥浆或化学浆) 、强

91、制排放。砂、泥地层拱顶崩坍管棚注浆、超前小导管注浆、钢插板法等。开挖面滑坍侧壁崩坍环形开挖留核心土、开挖面倾斜、喷砼封闭、临时仰拱、反压法、地层改良(水泥浆或化学浆)等。渗(涌)水现象水平旋喷桩加固其它同卵砾石地层沉降或挤压变形地层改良(包括注超微细水泥浆)、扩大基脚、锁脚锚杆或锁脚锚管、纵向联梁、微形基桩、加厚砼喷层(包括喷钢纤维砼)、补强锚杆(加长或加密)、重形钢肋、临时仰拱、加强支撑(双层支撑或外加支撑)、反压法、构件支撑法等。第四章第四章 问题讨论问题讨论n n1 1、理理论论上上讲讲，针针对对某某个个特特定定的的地地质质条条件件，隧隧道道施施工工的的基基本本工工法法与与辅辅助助工工法

92、法应应该有一个最佳组合。该有一个最佳组合。n n只只要要地地质质条条件件明明确确，工工法法选选择择得得当当，工工序序安安排排合合理理，现现代代隧隧道道施施工工技技术术可可以以解解决决隧隧道道施施工工的的安安全全问问题题。但但事事实实并并非非如如此此，就就目目前前而而言言，隧隧道道工工程程仍仍然然是是建筑施工行业安全风险最大的工程。建筑施工行业安全风险最大的工程。n n技技术术方方案案、工工序序管管理理与与工工艺艺控控制制是是技技术术管管理理的的三三大大基基本本问问题题，而而问问题题往往往往不不在在技技术术方方案案上上。工工艺艺控控制制不不到到位位，工工序序管管理理不不合合理理往往往往直直接接造

93、造成成方方案案失失败败。大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧，理念错误是主要原因。大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧，理念错误是主要原因。n n2 2、在在隧隧道道施施工工中中，时时间间与与空空间间是是一一对对矛矛盾盾。一一般般说说来来，当当空空间间效效应应解解决决后后隧隧道道施施工工的的安安全全问问题题就就一一劳劳永永逸逸地地解解决决了了，但但做做任任何何工工作作都都需需要要时时间间，往往往往是是在在锁锁定定空空间间之之前前时时间间效效应应就就发发生生了了作作用用，坍坍方方也也就就形形成了。成了。n n“ “适适时时支支护护，约约束束空空间间” ”是是解解决决这这对对矛矛盾盾的的一

94、一个个基基本本原原则则。一一般般地地讲讲，辅辅助助工工法法提提供供了了一一个个可可供供选选择择的的宽宽泛泛范范围围，选选择择的的依依据据是是时时间间效效应应，这也说明了监控量测工作的重要性。这也说明了监控量测工作的重要性。 隧道施工：隧道施工：隧道施工：隧道施工：安全主题安全主题 约束条件束条件空空间时间行行为施工安全施工安全效率效率n n3 3、对对于于环环境境要要求求比比较较高高的的浅浅埋埋隧隧道道（如如城城市市地地铁铁隧隧道道），如如果果条条件件允允许许也也可可采采取取地地表表注注浆浆加加固固、旋旋喷喷桩桩加加固固等等措措施施。若若地地面面有有一一般般基基础础的的楼楼房房或或城城市市交交

95、通通主主干干道道的的，可可用用管管棚棚加加固固隧隧道道拱拱部部地地层层，根根据据不不同同情情况况采采用用长长管管棚棚、短短管管棚棚或或两两者者联联合合使使用用，用用以以抵抵抗抗拱拱顶顶地地层层的的下下沉沉量；量；n n4 4、水水是是促促使使工工程程地地质质条条件件迅迅速速恶恶化化的的一一个个主主要要原原因因。在在城城市市地地铁铁隧隧道道施施工工中中，止止、排排工工法法的的选选用用有有许许多多限限制制性性条条件件，实实施施中中应应慎慎重重对对待待。冻冻结结法法是是在在洞洞周周土土层层中中降降温温，形形成成一一个个封封闭闭的的具具有有一一定定强强度度和和稳稳定定性性的的冻冻土土帷帷幕幕，然然后后

96、在在冻冻土土帷帷幕幕保保护护下下进进行行隧隧道道开开挖挖、支支护护与与衬衬砌砌。然然而而，解解决决冻冻胀胀、融融沉沉问问题题本本身身就就非非常常困困难难。在在施施工工排排水水管管理理方方面面，现现场场少少有有重重视视，水水流流长长期期浸浸泡泡拱拱脚脚也也是是造造成成隧隧道道支支护护结结构构失稳的一个重要原因。失稳的一个重要原因。n n排水型隧道排水型隧道- -山岭隧道的山岭隧道的必然选择必然选择：禁排与限排问题。：禁排与限排问题。n n全全过过程程全全工工序序治治水水理理念念: :分分区区、隔隔断断、集集中中、封封堵堵，深深浅浅结合，先浅后深。结合，先浅后深。n n5 5、关于隧道安全、关于隧

97、道安全“ “六达标六达标” ”问题问题n n“ “六六达达标标” ”的的要要求求过过于于简简单单化化，有有些些情情况况与与设设计计原原则则显显然然不不符符。在在级级围围岩岩中中，台台阶阶法法以以及及三三台台阶阶临临时时仰仰拱拱法法用用得得最最多多，这这两两种种工工法法在在铁铁路路隧隧道道施施工工中中比比较较普普遍遍，若若辅辅助助工工法法的的工工艺艺质质量量控控制制的的好好，是是能能保保证证隧隧道道安安全全的的。限限制制掌掌子子面面与与二二衬衬的的距距离离是是不不可可行行的的。二二衬衬与与掌掌子子面面的的距距离离，必必须须大大致致有有100100米米左左右右才才能能保保证证防防、排排水水及及二二

98、衬衬施施工工的的工工序序安安排排。几几个个连连续续工工序序为为：喷喷射射混混凝凝土土初初支支整整平平防防水水排排水水系系统统施施工工钢钢筋筋绑绑扎扎浇浇注注二二衬衬混混凝凝土土。各各个个工工序序都都有有不不同同的的设设备备以以及及不不同同工工种种的的工工人人，都都需需要要有有一一定定的的活活动动空空间间。除除非非你你按按单单工工序安排作业，否则很难避免与隧道开挖工序干扰。序安排作业，否则很难避免与隧道开挖工序干扰。n n有两个问题必须明确：有两个问题必须明确：n n“ “达达标标” ”不不能能够够确确保保隧隧道道施施工工安安全全，也也就就是是说说，它它不不是是确确保保隧隧道道施施工工安安全全的

99、的充分条件。充分条件。n n“ “达标达标” ”是有条件限制的，否则会带来新的不安全问题。是有条件限制的，否则会带来新的不安全问题。n n6 6、关于围岩级别的修正问题、关于围岩级别的修正问题n n准准确确判判定定围围岩岩级级别别是是决决策策隧隧道道施施工工方方案案的的基基础础，根根据据岩岩石石的的坚坚硬硬程程度度和和岩岩体体的的完完整整程程度度这这两两个个基基本本指指标标，铁铁路路隧隧道道设设计计规规范范将将围围岩岩基基本本分分级级定定为六个级别。大致情况为：为六个级别。大致情况为：n n级级围围岩岩：岩岩石石的的单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度RcRc60MPa60MPa，岩岩块块整整体体

100、厚厚度度H H1.0m1.0m；n n级级围围岩岩：岩岩石石的的单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度：硬硬质质岩岩RcRc30MPa30MPa，软软质质岩岩Rc30MPaRc30MPa，岩岩石石整整体体厚厚度度：硬硬质质岩岩0.5m0.5mH1.0mH1.0m，软软质质岩岩H H1.0m1.0m；n n级级围围岩岩：岩岩石石的的单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度：硬硬质质岩岩RcRc30MPa30MPa，软软质质岩岩Rc=5Rc=5 30MPa30MPa， 岩岩 石石 整整 体体 厚厚 度度 ： 硬硬 质质 岩岩 H=0.1H=0.1 0.5m0.5m， 软软 质质 岩岩 0.5m0.5mH1.0m

101、H1.0m；n n级级围围岩岩：岩岩石石的的单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度：硬硬质质岩岩RcRc30MPa30MPa，软软质质岩岩Rc5Rc530MPa30MPa，岩岩石石整整体体厚厚度度：硬硬质质岩岩呈呈碎碎石石状状，软软质质岩岩H=0.1H=0.10.5m0.5m；n n级级围围岩岩：软软岩岩岩岩体体破破碎碎至至极极破破碎碎，土土体体一一般般为为第第四四系系坚坚硬硬、硬硬塑塑粘粘性土，稍密及以上的碎石土、卵石土、园砾土、角砾土、粉土；性土，稍密及以上的碎石土、卵石土、园砾土、角砾土、粉土；n n级级围围岩岩：岩岩体体呈呈粉粉末末、泥泥土土状状断断层层带带，土土体体为为软软塑塑粘粘性性土土

102、、饱饱和和的的粉土、砂类土。粉土、砂类土。n n以以上上的的分分级级，叫叫做做围围岩岩的的基基本本分分级级。在在影影响响工工程程岩岩体体稳稳定定性性的的诸诸多多因因素素中中，岩岩石石坚坚硬硬程程度度和和岩岩体体完完整整程程度度只只反反映映了了岩岩体体质质量量的的基基本本特特征征，但但它它不不是是影影响响岩岩体体稳稳定定性性的的全全部部重重要要因因素素。当当隧隧道道围围岩岩存存在在地地下下水水、高高初初始始应应力力、不不利利的的软软弱弱结结构构层层面面等等情情况况时时，其其稳稳定定性性就就要要大大打打折折扣扣。因因此此，地地下下水水、较较高高的的初初始应力以及软弱夹层都是围岩分级的修正因素。始应

103、力以及软弱夹层都是围岩分级的修正因素。n n（1 1）地下水对围岩级别的修正）地下水对围岩级别的修正n n地地下下水水是是影影响响岩岩体体稳稳定定性性的的重重要要因因素素。水水的的作作用用主主要要表表现现为为溶溶蚀蚀岩岩石石和和结结构构面面中中易易溶溶胶胶结结物物质质，会会使使岩岩石石软软化化、疏疏松松，充充填填物物泥泥化化，强强度度降降低低。水水对对围围岩岩级级别别的的影影响响，不不仅仅与与水水的的赋赋存存状状态态有有关关，还还与与岩岩石石性性质质和和围围岩岩完完整整性性有有关关。岩岩石石越越致致密密，强强度度越越高高，完完整整性性越越好好，则则水水的的影影响响越越小小。反反之之，水水的的不

104、不利利影影响响越越大大。地地下下水水状状态态的的分分级级按按1-21-2表表确确定定，地地下下水水对对围围岩岩级级别别的的修修正正按按表表1-31-3进行。进行。地下水状态的分级表地下水状态的分级表地下水状态的分级表地下水状态的分级表 表表表表1-21-2级别状态渗水量1干燥或湿润102偶有渗水1025w3经常渗水25125地下水影响对围岩级别的修正表地下水影响对围岩级别的修正表地下水影响对围岩级别的修正表地下水影响对围岩级别的修正表 表表表表1-31-3级别123n n（2 2）初始地应力对围岩级别的修正）初始地应力对围岩级别的修正n n在在天天然然状状态态下下存存在在于于岩岩体体内内部部的

105、的应应力力，称称之之为为初初始始地地应应力力。围围岩岩初初始始地地应应力力场场的的影影响响，既既反反映映了了隧隧道道埋埋深深的的影影响响，也也反反映映了了岩岩石石强强度度的的影影响响。高高初初始始应应力力是是产产生生岩岩爆爆和和岩岩芯芯饼饼化化的的共共同同条条件件。一一定定的的初初始始应应力力值值对对不不同同岩岩性性的的岩岩体体稳稳定定性性影影响响程程度度是是不不一一样样的的。为为此此，用用岩岩石石单单轴轴饱饱和和抗抗压压强强度度（RcRc）与与最最大大主主应应力力（maxmax）的的比比值值，作作为为评评价价岩岩爆爆和和岩岩芯芯饼饼化化发发生生的的条条件件，进进而而评评价价初初始始应应力力对

106、对工工程程岩岩体体稳稳定定性性的的指指标标。初始地应力对围岩级别的修正按表初始地应力对围岩级别的修正按表1-41-4进行。进行。初始地应力影响对围岩级别的修正表初始地应力影响对围岩级别的修正表初始地应力影响对围岩级别的修正表初始地应力影响对围岩级别的修正表 表表表表1-41-4Rc/max4或47或注：围岩岩体为较破碎的极硬岩、较完整的硬岩时，定为级；围岩岩体为完整的较软岩、较完整的软硬互层时，定为级；围岩岩体为破碎的极硬岩、较破碎及破碎的硬岩时，定为级；围岩岩体为完整及较完整软岩、较完整及较破碎的较软岩时，定为级。n n（3 3）软弱结构面影响对围岩级别的修正）软弱结构面影响对围岩级别的修正

107、n n软弱结构面是指成层岩体的泥化层面，一组很发育的裂隙，次生泥化夹层、软弱结构面是指成层岩体的泥化层面，一组很发育的裂隙，次生泥化夹层、断层泥、糜棱岩的小断层等。软弱结构面是影响地下工程岩体稳定的一个重断层泥、糜棱岩的小断层等。软弱结构面是影响地下工程岩体稳定的一个重要因素。要因素。n n对对、级围岩，当洞轴线与主要断层或软弱夹层的夹角小于级围岩，当洞轴线与主要断层或软弱夹层的夹角小于3030时，时，应降低一级；应降低一级；n n隧道洞深埋藏较浅，应根据围岩受地面的影响情况进行围岩级别修正。围隧道洞深埋藏较浅，应根据围岩受地面的影响情况进行围岩级别修正。围岩仅受地表影响时，应较相应围岩降低岩

108、仅受地表影响时，应较相应围岩降低1-21-2级；级；n n洞口段应将围岩级别降低一级考虑，其长度应不小于洞口段应将围岩级别降低一级考虑，其长度应不小于1 1倍洞跨；倍洞跨；n n围岩级别较低地段应向围岩级别较高地段延伸围岩级别较低地段应向围岩级别较高地段延伸5 51010米；米；n n对对、级围岩，岩石一般受地质构造影响严重，风化破碎，基础易产级围岩，岩石一般受地质构造影响严重，风化破碎，基础易产生沉陷；土质则承载力低，稳定性较差，开挖后易产生隆起等变形，所以均生沉陷；土质则承载力低，稳定性较差，开挖后易产生隆起等变形，所以均应考虑采用临时仰拱措施。应考虑采用临时仰拱措施。n n7 7、隧道结

109、构受力的独立性问题、隧道结构受力的独立性问题n n隧隧道道结结构构受受力力独独立立性性概概念念：独独立立式式隧隧道道由由于于距距离离较较大大，两两个个洞洞体体施施工工后后围围岩岩形形成成的的二二次次应应力力场场不不存存在在叠叠加加现现象象，因因此此可可以以视视为为两两个个独独立立的的隧隧道道分分别别研研究究其其稳稳定定性性。而而连连拱拱隧隧道道、小小净净距距隧隧道道的的两两个个洞洞体体相相距距很很近近，隧隧道道开开挖挖后后围围岩岩的的二二次次应应力力场场相相互互叠叠加加。由由于于隧隧道道施施工工步步骤骤繁繁复复，围围岩岩多多次次扰扰动动，导导致致衬衬砌砌结结构构内内力力分分布布更更为为复复杂杂

110、。由由此此可可见见，与与独独立立式式隧隧道道相相比比连连拱拱隧隧道道、小小净净距距隧隧道道两两个个洞洞体体围围岩岩之之间间存存在在强强烈烈的的相相互互影影响响（特特别别是是连连拱拱隧隧道道），这这导导致致衬衬砌砌受受力力复复杂杂、稳稳定定性性变变差差，因因此此在在隧隧道道断断面面设设计计与与施施工工技技术术方方面面如如何何采采取取措措施施，增增强强连连拱拱隧隧道道、小小净净距距隧隧道道两两个个洞洞体体围围岩岩和和衬衬砌砌受受力力的的独独立立性性，减减小小相相互互影影响响是是实实现现围围岩岩稳稳定定的的重重要要思思路路。鉴鉴于于次次，连连拱拱隧隧道道、小小净净距距隧隧道道要要充充分分考考虑虑二二

111、次次应应力力场场的的相相互互叠叠加加效效应应，从从永永久久与与临临时时支支护护结结构构设设计计、基基本本工工法法与与辅辅助助工法的选择、工艺与工法的选择、工艺与工序顺序工序顺序安排、监控内容与监控方法等综合采取措施。安排、监控内容与监控方法等综合采取措施。n n8 8、关于锚喷支护结构体系、关于锚喷支护结构体系n n（1 1）围岩的松动圈理论）围岩的松动圈理论n n锚锚杆杆支支护护发发展展至至今今已已有有百百年年历历史史。对对于于这这种种支支护护形形式式，各各行行业业所所采采用用的的锚锚杆杆长长度度各各不不一一样样，矿矿井井巷巷道道断断面面一一般般较较小小，锚锚杆杆长长度度有有1.00m1.0

112、0m，1 150m50m，1 180m80m，甚甚至至还还有有3 320m20m的的，铁铁路路、公公路路隧隧道道断断面面较较大大，长长度度均均大大于于2 250m50m。采采用用不不同同长长度度的的锚锚杆杆是是因因为为确确定定锚锚杆杆长长度度的的理理论论各各不不相相同同，采采用用了了不不同同的的设设计计理理念念。隧隧道道开开挖挖后后，围围岩岩应应力力重重分分布布，围围岩岩应应力力大大于于岩岩体体强强度度将将产产生生围围岩岩破破裂裂与与变变形形，其其破破裂裂范范围围称称之之为为松松动圈动圈。 n n松动圈的厚度值是围岩应力与围岩强度的复杂函数：松动圈的厚度值是围岩应力与围岩强度的复杂函数：n n

113、LpLpf(P,R)f(P,R)n nP P围岩应力，围岩应力，R R围岩强度围岩强度n n围岩松动圈分为三大类：围岩松动圈分为三大类：n n当当LpLpO O400mm400mm时，称为小松动圈，围岩稳定、碎涨变形较小，时，称为小松动圈，围岩稳定、碎涨变形较小，一般采用局部锚杆支护或喷砼；一般采用局部锚杆支护或喷砼；n n当当LpLp4004001500mm1500mm（1000mm1000mm）时，称中松动圈，围岩中等稳）时，称中松动圈，围岩中等稳定、碎涨变形比较明显，必须进行锚喷或锚喷网支护，锚杆采用定、碎涨变形比较明显，必须进行锚喷或锚喷网支护，锚杆采用悬吊悬吊理论理论设计；设计；n

114、n当当LpLpl500mml500mm（1000mm1000mm）时，称大松动圈，围岩不稳定）时，称大松动圈，围岩不稳定( (俗称软俗称软岩岩) )，需要用，需要用组合拱理论组合拱理论进行支护设计。进行支护设计。n n（2 2）锚杆的作用）锚杆的作用n n锚锚杆杆的的悬悬吊吊作作用用：锚锚杆杆穿穿过过软软弱弱、松松动动、不不稳稳定定的的岩岩体体，锚锚固固在在深深层层稳稳定定的的岩岩体体上上，提提供供足足够够的的拉拉力力，克克服服滑滑落落岩岩体体的的自自重重和和下下滑滑力力，防止洞壁滑移、塌落。防止洞壁滑移、塌落。n n挤挤压压加加固固作作用用：锚锚杆杆受受力力后后，在在周周围围一一定定范范围围

115、内内形形成成压压缩缩区区。将将锚锚杆杆以以适适当当的的方方式式排排列列，使使相相邻邻锚锚杆杆各各自自形形成成的的压压缩缩区区相相互互重重叠叠形形成成压压缩缩带带。压压缩缩带带内内的的松松动动地地层层通通过过锚锚杆杆加加固固，整整体体性性增增强强，承承载载能能力力提提高。高。n n组合梁组合梁( (拱拱) )作用：作用：锚杆插入地层内一定深度后，在锚固力作用下的锚杆插入地层内一定深度后，在锚固力作用下的地层间相互挤压，层间摩阻力增大，内应力和挠度大为减小，相当于地层间相互挤压，层间摩阻力增大，内应力和挠度大为减小，相当于将简单叠合的数层梁将简单叠合的数层梁( (拱拱) )变成组合梁变成组合梁(

116、(拱拱) )。组合梁组合梁( (拱拱) )的抗弯刚度和强的抗弯刚度和强度大为提高，从而增强了地层的承载能力。度大为提高，从而增强了地层的承载能力。锚杆提供的锚固力愈大，锚杆提供的锚固力愈大，作用愈明显。作用愈明显。n n锚杆长度：锚杆按照设计、能有效发挥其作用时所需的总长度。按锚杆长度：锚杆按照设计、能有效发挥其作用时所需的总长度。按悬吊作用设计时，是锚固长度、加固长度和外露长度之和。按组合梁悬吊作用设计时，是锚固长度、加固长度和外露长度之和。按组合梁( (拱拱) )作用设计时，是作用设计时，是1.21.2倍组合梁倍组合梁( (拱拱) )的高度和外露长度之和。实际取的高度和外露长度之和。实际取

117、值时，还应考虑开挖轮廓线不平整而增加的附加长度。值时，还应考虑开挖轮廓线不平整而增加的附加长度。n n锚锚固固长长度度：锚锚杆杆锚锚入入稳稳定定地地层层中中的的长长度度，可可按按经经验验选选取取或或按按计计算算选选取取。按按经经验验选选取取时时，考考虑虑锚锚固固方方式式和和锚锚杆杆直直径径。按按计计算算选选取取时时，考考虑虑砂浆与锚杆的粘结力和砂浆与孔壁的粘结力。砂浆与锚杆的粘结力和砂浆与孔壁的粘结力。n n加加固固长长度度：按按沿沿锚锚杆杆方方向向所所悬悬吊吊的的危危岩岩的的高高度度，或或围围岩岩荷荷载载高高度度，也可用声波等测试技术测量的松动圈厚度的方法来确定。也可用声波等测试技术测量的松

118、动圈厚度的方法来确定。n n锚锚杆杆拉拉拨拨试试验验：检检验验锚锚杆杆施施工工质质量量、测测定定锚锚杆杆抗抗拔拔力力的的方方法法之之一一。在在锚锚杆杆未未被被喷喷射射混混凝凝土土覆覆盖盖之之前前，用用锚锚杆杆拉拉力力计计或或扭扭力力矩矩扳扳手手直直接接进进行行测测定定。夹夹住住锚锚杆杆后后，缓缓慢慢均均匀匀加加压压，直直至至压压力力表表读读数数达达到到与与设设计计值值相相对对应应的的数数值值为为止止，或或使使锚锚杆杆松松动动为为止止，一一般般不不做做破破坏坏性性试试验验。在在锚锚杆杆被被喷喷射射混混凝凝土土覆覆盖盖后后，用用锚锚杆杆探探测测仪仪探探明明后后，将将锚锚杆杆刨刨出出再再进进行行测测

119、定定。检检测测数数量量按按洞洞室室每每长长30503050米米或或每每300300根根锚锚杆杆取取样样一一组组，每每组组不不得少于得少于3 3根，应在检查点同一断面内的一排锚杆中均匀选取。根，应在检查点同一断面内的一排锚杆中均匀选取。n n（3 3）锚杆的种类及施工质量控制）锚杆的种类及施工质量控制n n锚杆的种类很多。按锚杆在围岩中的锚固形式，主要分为机械式锚固锚杆的种类很多。按锚杆在围岩中的锚固形式，主要分为机械式锚固的锚杆和全长粘结式锚固的锚杆。的锚杆和全长粘结式锚固的锚杆。n n工程施工中，应根据围岩情况及设计要求，合理选用锚杆的类型，确工程施工中，应根据围岩情况及设计要求，合理选用锚

120、杆的类型，确保锚杆的长度、间距及粘结材料符合设计及技术规范的要求，以便得保锚杆的长度、间距及粘结材料符合设计及技术规范的要求，以便得到良好的支护效果。此外，锚杆施工中尚应注意以下几个方面的问题：到良好的支护效果。此外，锚杆施工中尚应注意以下几个方面的问题：n n楔缝式锚杆和胀壳式锚杆，其锚头容易受围岩变形或爆破振动影响楔缝式锚杆和胀壳式锚杆，其锚头容易受围岩变形或爆破振动影响而松动，降低了锚固力。因此，安装后要定期检查，及时紧固松驰的而松动，降低了锚固力。因此，安装后要定期检查，及时紧固松驰的锚杆。这类锚杆用于永久性支护时，还应补注水泥砂浆。锚杆。这类锚杆用于永久性支护时，还应补注水泥砂浆。n

121、 n对于全长粘结式锚杆，要使粘结材料均匀裹覆杆体，并密实充满杆对于全长粘结式锚杆，要使粘结材料均匀裹覆杆体，并密实充满杆体与孔壁之间的间隙，确保锚固力。因此，钻孔后应检查孔内是否有体与孔壁之间的间隙，确保锚固力。因此，钻孔后应检查孔内是否有落渣，必要时应使用高压风清孔，然后再安装锚杆。使用树脂粘结剂落渣，必要时应使用高压风清孔，然后再安装锚杆。使用树脂粘结剂或早强药包粘结剂时，应在孔内放入足够数量的粘结剂，并搅拌均匀。或早强药包粘结剂时，应在孔内放入足够数量的粘结剂，并搅拌均匀。使用水泥砂浆粘结剂时，砂浆要灌注密实并确保安插锚杆时，孔口有使用水泥砂浆粘结剂时，砂浆要灌注密实并确保安插锚杆时，孔

122、口有砂浆流出，否则应拔出杆体重新注浆。砂浆流出，否则应拔出杆体重新注浆。n n锚杆尾端都应设置垫板，垫板面积不少于设计要求，垫板要与锚杆锚杆尾端都应设置垫板，垫板面积不少于设计要求，垫板要与锚杆联接牢固并与岩面紧贴。设置垫板可以使围岩传递给锚杆的荷载增大，联接牢固并与岩面紧贴。设置垫板可以使围岩传递给锚杆的荷载增大，锚杆充分受力，发挥锚杆对围岩的三维约束效果。锚杆充分受力，发挥锚杆对围岩的三维约束效果。n n注意锚杆的方向。对于有明显节理面的围岩，锚杆应垂直节理面或注意锚杆的方向。对于有明显节理面的围岩，锚杆应垂直节理面或与节理面呈较大角度布设，否则，锚杆应垂直围岩内轮廓面，呈放射与节理面呈较

123、大角度布设，否则，锚杆应垂直围岩内轮廓面，呈放射状布设。状布设。n n锚杆的锚固力，除与锚杆的类型及围岩情况有关以外，还与施工操锚杆的锚固力，除与锚杆的类型及围岩情况有关以外，还与施工操作有很大的关系。作有很大的关系。n n（4 4）锚喷支护结构体系）锚喷支护结构体系n n锚喷支护结构体系主要包括锚杆支护、喷射混凝土支护、锚杆喷射混锚喷支护结构体系主要包括锚杆支护、喷射混凝土支护、锚杆喷射混凝土联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、锚杆喷射混凝土及钢筋凝土联合支护、喷射混凝土钢筋网联合支护、锚杆喷射混凝土及钢筋网联合支护，以及上述几种类型中增设钢构件而组成联合支护。锚喷网联合支护，以及上述几种类

124、型中增设钢构件而组成联合支护。锚喷支护的技术特点：支护的技术特点：n n及时性。及时性。由于锚喷支护工艺本身的原因，实施支护的时间较其它形由于锚喷支护工艺本身的原因，实施支护的时间较其它形式支护大大缩短，可以快速对围岩进行支护。这个特点对于基本维持式支护大大缩短，可以快速对围岩进行支护。这个特点对于基本维持围岩原始状态具有重要意义。隧道开挖后围岩发生指向隧道断面的位围岩原始状态具有重要意义。隧道开挖后围岩发生指向隧道断面的位移，发生位移的过程也是围岩结构不断恶化的过程，围岩自承能力随移，发生位移的过程也是围岩结构不断恶化的过程，围岩自承能力随之下降，因此快速支护有利于控制围岩位移，进而控制围岩

125、结构的恶之下降，因此快速支护有利于控制围岩位移，进而控制围岩结构的恶化，这是实现新奥法发挥围岩自承能力的基础。化，这是实现新奥法发挥围岩自承能力的基础。n n主主动动性性。喷喷射射混混凝凝土土将将围围岩岩连连接接成成一一个个整整体体，使使岩岩体体之之间间互互相相牵牵制制，而而且且由由于于其其粘粘结结力力较较大大（可可达达7Mpa7Mpa），岩岩体体和和喷喷射射混混凝凝土土互互相相耦耦合合，提提高高了了围围岩岩的的强强度度并并协协调调变变形形。传传统统杆杆件件支支撑撑往往往往与与围围岩岩间间存存在在一一定定的的空空隙隙，支支架架处处于于被被动动抗抗压压状状态态，围围岩岩可可发发生生一一定定量量的

126、的“ “自自由由” ”变变形形，不不利利于于维维持持围围岩岩的的原原始始状状态态。采采用用预预应应力力锚锚杆杆和和早早强强喷喷射射混混凝凝土土技技术术可可以以对对围围岩岩施施加加主主动动的的支支护护力力，同同时时由由于于锚锚喷喷支支护护具具有有的的及及时时性性，实实现对围岩的主动支护。现对围岩的主动支护。n n增强性。增强性。锚杆深入围岩内部，受到围岩施加的剪力和拉力，锚杆对锚杆深入围岩内部，受到围岩施加的剪力和拉力，锚杆对围岩具有反作用力，控制结构面的滑移和张开（扩容），使得围岩结围岩具有反作用力，控制结构面的滑移和张开（扩容），使得围岩结构面得到强化。喷射混凝土射入围岩表面的裂隙，充填围岩

127、凹穴，提构面得到强化。喷射混凝土射入围岩表面的裂隙，充填围岩凹穴，提高了围岩强度，同时减小了围岩表面的应力集中。鉴于锚喷支护的强高了围岩强度，同时减小了围岩表面的应力集中。鉴于锚喷支护的强化作用，目前在分析围岩稳定性时常通过增大锚固区围岩的强度指标化作用，目前在分析围岩稳定性时常通过增大锚固区围岩的强度指标模拟其支护作用。模拟其支护作用。n n柔韧性。柔韧性。锚喷支护属柔性支护，不能对围岩表面提供强大的径向支锚喷支护属柔性支护，不能对围岩表面提供强大的径向支撑力，其支护的作用在于强化围岩，锚喷支护与围岩成为撑力，其支护的作用在于强化围岩，锚喷支护与围岩成为“ “复合体复合体” ”，“ “复合体

128、复合体” ”不仅实现自稳，而且对深部围岩实施支护。不仅实现自稳，而且对深部围岩实施支护。n n灵活性。灵活性。锚喷支护的灵活性具有两方面的含意，一是支护参数可以锚喷支护的灵活性具有两方面的含意，一是支护参数可以根据地质情况灵活的调整，二是支护构件可以灵活组合，锚喷支护可根据地质情况灵活的调整，二是支护构件可以灵活组合，锚喷支护可以与金属网、钢架等构件进行组合。以与金属网、钢架等构件进行组合。n n密封性密封性。锚喷支护能及时封闭围岩表面，阻止围岩的潮解和风化，。锚喷支护能及时封闭围岩表面，阻止围岩的潮解和风化，这对于控制围岩的膨胀和易风化岩层的强度损失有重要作用。这对于控制围岩的膨胀和易风化岩

129、层的强度损失有重要作用。第三部分第三部分隧道超前地质预报技术隧道超前地质预报技术n n一、超前地质预报的意义一、超前地质预报的意义一、超前地质预报的意义一、超前地质预报的意义n n隧隧道道工工程程在在规规划划、设设计计阶阶段段，虽虽已已实实施施了了地地质质调调查查工工作作，但但受受经经费费、地地形形、环环境境、用用地地许许可可与与设设计计周周期期等等限限制制，勘勘察察深深度度难难以以满满足足施施工工需需求求。因因此此，应应加加强强在在隧隧道道施施工工过过程程中中的的地地质质调调查查工工作作，对对于于不不良良地地质质等等异异常常状状况况，必必须须有有应应对对预预案案，否否则则将将严严重重影影响响

130、隧隧道道的的正正常常施施工工。施施工工方方案案、基基本本工工法法与与辅辅助助工工法法的的正正确确选选择择，必必须须以以明明确确的的地地质质条条件件为为基础。基础。n n隧隧道道工工程程为为线线性性结结构构，目目前前，受受地地质质勘勘察察技技术术方方法法、手手段段及及设设计计周周期期、设设计计深深度度的的限限制制，很很难难完完全全准准确确的的判判定定隧隧道道工工程程地地质质条条件件和和围围岩岩特特性性，事事实实上上，实实践践中中也也没没有有必必要要这这么么做做，否否则则，将将大大幅幅度度地地增增加加设设计计周周期期和和投投资资。因因此此，隧隧道道施施工工的的一一个个显显著著特特点点就就是是加加强

131、强动动态态管管理理，其其中中，动态设计是动态管理的一个重要方面。动态设计是动态管理的一个重要方面。n n当隧道穿越碳酸盐类地层时，若卡斯特现象十分发育，富含溶洞、溶当隧道穿越碳酸盐类地层时，若卡斯特现象十分发育，富含溶洞、溶谷、溶槽、溶沟、溶隙等，就有可能发生较大的突水。谷、溶槽、溶沟、溶隙等，就有可能发生较大的突水。n n当隧道穿越断层时，若断层落差大，破碎带宽，充填性差，导水性强，当隧道穿越断层时，若断层落差大，破碎带宽，充填性差，导水性强，穿越断层时突水突泥现象就很难避免，将给隧道施工带来一定难度。穿越断层时突水突泥现象就很难避免，将给隧道施工带来一定难度。n n受地质勘察手段及设计周期

132、限制，隧道的地质勘探程度一般较低，对受地质勘察手段及设计周期限制，隧道的地质勘探程度一般较低，对各种地质变化情况掌握精度不够，因此在隧道施工期间进行超前地质各种地质变化情况掌握精度不够，因此在隧道施工期间进行超前地质预报十分必要。（预报十分必要。（关键词：技术不可能与现实不允许关键词：技术不可能与现实不允许）n n二、工程案例二、工程案例二、工程案例二、工程案例n n案例：案例：1 1n n位位于于恩恩施施土土家家族族苗苗族族自自治治州州境境内内的的野野三三关关隧隧道道线线全全长长13.79813.798公公里里，是是宜宜万万铁铁路路全全线线最最长长的的隧隧道道。隧隧道道溶溶洞洞发发育育强强烈

133、烈，地地下下暗暗河河、溶溶腔腔纵纵横横交交错错，被被专专家家誉誉为为“ “世世界界级级难难题题” ”，在在中中国国工工程程界界倍倍受受关关注注。施施工工中中遭遭遇遇岩岩溶溶、断断层层、瓦瓦斯斯、高高地地应应力力岩岩爆爆及及软软岩岩塑塑变变等等多多种种不不良良地地质质条条件，是宜万铁路地质条件最复杂、施工风险最高的隧道。件，是宜万铁路地质条件最复杂、施工风险最高的隧道。20072007年年8 8月月5 5日宜万铁路野三关隧道突水日宜万铁路野三关隧道突水n n案例：案例：2 2n n 锦锦屏屏二二级级水水电电站站位位于于四四川川省省凉凉山山彝彝族族自自治治州州的的雅雅砻砻江江干干流流锦锦屏屏大大河

134、河湾湾上上。电电站站利利用用雅雅砻砻江江锦锦屏屏大大河河湾湾的的310310天天然然落落差差，截截弯弯取取直直开开挖挖隧隧洞洞引引水水发发电电，隧隧洞洞最最大大埋埋深深2500m2500m，开开挖挖洞洞径径大大于于12m12m，装装机机4400MW4400MW，多年平均年发电量，多年平均年发电量249.9249.9亿亿kW.hkW.h。n n由由于于大大河河湾湾山山势势巍巍峨峨，层层峦峦叠叠嶂嶂，地地形形复复杂杂，高高差差悬悬殊殊，相相对对高高差差达达10003000m10003000m，给给常常规规的的工工程程地地质质勘勘察察带带来来巨巨大大困困难难，不不太太可可能能在在18km18km长长

135、的的引引水水隧隧洞洞线线上上布布置置深深达达千千米米以以上上的的地地质质勘勘探探钻钻孔孔去去获获得得隧隧洞洞高高程程部部位位的的地地质质信信息息。鉴鉴于于此此，决决定定在在引引水水洞洞线线上上（比比引引水水洞洞线线低低300m300m）平行开挖两条）平行开挖两条5km5km长的地质勘探平洞，以便超前探明地质。长的地质勘探平洞，以便超前探明地质。锦屏二级水电站辅助洞涌水情况锦屏二级水电站辅助洞涌水情况n n案例：案例：3 3n n渝怀铁路第二长隧道，全长米。武隆隧道地处高山峡谷，地渝怀铁路第二长隧道，全长米。武隆隧道地处高山峡谷，地质条件复杂，有古滑坡体、浅埋、偏压、断层、褶皱、煤层，瓦斯、质条

136、件复杂，有古滑坡体、浅埋、偏压、断层、褶皱、煤层，瓦斯、岩爆、高地温，岩溶、暗河、突泥、涌水等，尤其是岩溶地质特别发岩爆、高地温，岩溶、暗河、突泥、涌水等，尤其是岩溶地质特别发育，俨然是一个育，俨然是一个“ “地质博物馆地质博物馆” ”。同时，由于这个隧道地处乌江峡谷，。同时，由于这个隧道地处乌江峡谷，洞口坡度陡，高差大，场地布置及隧道弃碴不便，整个隧道的施工难洞口坡度陡，高差大，场地布置及隧道弃碴不便，整个隧道的施工难度相当大。度相当大。武隆隧道岩溶和岩溶裂隙水情况武隆隧道岩溶和岩溶裂隙水情况涌水冲毁洞口场地及设施 半充填溶洞隧道岩溶裂隙水发育 涌水后暗河段初期支护被挤垮 n n案例：案例：

137、4 4n n宜万铁路齐岳山隧道设计为单线铁路隧道，全长宜万铁路齐岳山隧道设计为单线铁路隧道，全长1052810528米，米，是宜万线重、难点和控制性工程之一，主要施工难题是富是宜万线重、难点和控制性工程之一，主要施工难题是富水岩溶探测、突水突泥预防与处理。隧道穿越不良地质主水岩溶探测、突水突泥预防与处理。隧道穿越不良地质主要是溶洞、暗河、瓦斯、岩爆等情况，施工十分艰难。要是溶洞、暗河、瓦斯、岩爆等情况，施工十分艰难。齐岳山隧道溶洞n n案例：案例：5 5n n武武广广客客运运专专线线大大瑶瑶山山隧隧道道所所穿穿越越地地层层的的地地质质状状况况十十分分复复杂杂，地地质质构构造造发发育育，地地表表

138、水水系系及及地地下下水水分分布布情情况况复复杂杂多多变变。在在穿穿越越碳碳酸酸盐盐类类地地层层段段卡卡斯斯特特现现象象十十分分发发育育，富富含含溶溶洞洞、溶溶谷谷、溶溶槽槽、溶溶沟沟、溶溶隙隙等等，可可能能会会发发生生较较大大的的突突水水。在在所所穿穿越越的的多多条条落落差差较较大大的的断断层层时时，断断层层破破碎碎带带宽宽度度大大，充充填填性性差差，含含导导水水性性强强，穿穿越越断断层层时时突突水水突突泥泥现现象象不不可可避避免免，将将给给隧隧道道施施工工带带来来一一定定难难度度。在在穿穿越越寒寒武武系系砂砂岩岩段段地地层层时时，砂砂岩岩裂裂隙隙承压水将会给隧道衬砌工作带来一定困难。承压水将

139、会给隧道衬砌工作带来一定困难。武广客专大瑶山武广客专大瑶山1#1#隧道高压水隧道高压水n n三、三、三、三、 超前地质预报思路超前地质预报思路超前地质预报思路超前地质预报思路多源协同预报原则多源协同预报原则多源协同预报原则多源协同预报原则n n岩溶区涌水预报是施工地质预报工作中难度很大的预报，主要难在岩溶形态与岩溶区涌水预报是施工地质预报工作中难度很大的预报，主要难在岩溶形态与分布的定量化确定难度大；地下水径流途径和运动方式确定困难，地下水储量分布的定量化确定难度大；地下水径流途径和运动方式确定困难，地下水储量及运动状态参数的获取困难几方面。因此，这一直是国内外施工地质预报的重及运动状态参数的

140、获取困难几方面。因此，这一直是国内外施工地质预报的重点研究课题。点研究课题。n n目前，地质预报方法主要是目前，地质预报方法主要是单一手段的孤立探测成果加预报人员的经验判断单一手段的孤立探测成果加预报人员的经验判断而而进行的预报，具有很大的局限性，在复杂地质条件下的预报效果不佳。近年来，进行的预报，具有很大的局限性，在复杂地质条件下的预报效果不佳。近年来，随着预报工程实践数量的增加和经验的积累，人们逐渐认识到，隧道施工地质随着预报工程实践数量的增加和经验的积累，人们逐渐认识到，隧道施工地质预报工作需要采用多手段的探测方法作支持，各手段探测信息相互印证，取长预报工作需要采用多手段的探测方法作支持

141、，各手段探测信息相互印证，取长补短，于是出现了多种补短，于是出现了多种物探物探+ +钻探钻探的探测技术。但是，在预报方法上仍采用的探测技术。但是，在预报方法上仍采用经经验判断为主验判断为主的方法，这种状况使得预报水平差距较大，因此，需要研究预报理的方法，这种状况使得预报水平差距较大，因此，需要研究预报理论与预报方法相结合的载体。近年来发展起来的多源协同预报的思想以及相应论与预报方法相结合的载体。近年来发展起来的多源协同预报的思想以及相应的预报信息提取与处理技术，为这一目标的实现提供了一条途径。的预报信息提取与处理技术，为这一目标的实现提供了一条途径。n n现现实实情情况况是是，地地质质超超前前

142、预预报报工工作作在在预预测测的的准准确确性性上上距距施施工工要要求求尚尚有有较较大大的的差差距距。据据资资料料介介绍绍，对对风风化化破破碎碎带带的的预预报报准准确确性性较较高高，通通常常可可达达6060以以上上，而而对对富富水水地地层层的的预预报报，准准确确性性则则在在30307070左左右右。至至今今，涌涌水水预预测测仍仍然然是是隧隧道道超超前前地地质质预预报报中中的的薄薄弱弱环环节节，涌涌水水量量的的预预测测准准确确性性更更低低，接接近近实实际际情情况况的的概率仅为概率仅为20203030。n n为为了了提提高高地地质质超超前前预预报报特特别别是是涌涌水水预预测测的的准准确确性性，中中铁铁

143、隧隧道道集集团团曾曾拨拨专专款款进进行行立立项项研研究究，通通过过科科研研，对对预预报报手手段段的的适适应应性性进进行行选选择择与与优优化化，从从而而确确定定地地质质超超前前预预测测预预报报工工作作的的最最佳佳方方案案。近近几几年年，集集团团公公司司科科研研所所，先先后后在在多多个个项项目目采采用用TSP203TSP203、TGP12TGP12、HSPHSP、瞬瞬变变电电磁磁法法、地地质质雷雷达达法法、红红外外线线法法、YDZYDZ（A A）高高密密度度直直流流电电法法、水水平平钻钻探探等等多多种种方方法法进进行行地地质质超超前前预预测测预预报报工工作作，有效地防止了地质灾害的发生，为施工安全

144、提供了可靠保证。有效地防止了地质灾害的发生，为施工安全提供了可靠保证。n n四、主要研究工作的开展情况四、主要研究工作的开展情况四、主要研究工作的开展情况四、主要研究工作的开展情况n n仅以武广客运专线大瑶山隧道岩溶地质涌水预报为例介绍如下：仅以武广客运专线大瑶山隧道岩溶地质涌水预报为例介绍如下：n n1 1、地面地质调查技术、地面地质调查技术n n在在勘勘察察资资料料的的基基础础上上对对地地面面岩岩溶溶空空间间分分布布、发发育育形形态态、地地表表水水系系的的分分布布、岩岩溶溶泉泉水水分分布布、径径流流途途径径、与与隧隧道道施施工工区区域域的的连连通通性性、水水文文地地质质参参数数等等进进行行

145、地地质质填填图图与与参参数数测测试试，以以服服务务施施工工地地质质预预报报工工作作为为重重点点，制制定定探探测测方方案案。在在采采用用多多源源协协同同预预报报方方法法时时，地地面面地地质质调调查查成成果果用用于于建建立立隧隧道道三三维维地地质质模模型型，确确定定物物探探工工作作重重点点探探测测区区域域，极极大大地地减减少少预预报报工工作作的的盲盲目目性性；在在与与隧隧道道开开挖挖影影响响范范围围有有水水力力联联系系的的地地表表水水体体处处建建立立地地下下水水位位监监测测网网，取取得得了了丰丰富富的的隧隧道道穿穿越越时时地地下下水水位位的的动动态态信信息息，为为优优化化预预报报模模型型提提供供了

146、了重重要要数数据据。同同时时也也为为确确定定地下水环境控制措施，提供了依据。地下水环境控制措施，提供了依据。n n地地面面地地质质调调查查工工作作方方法法：采采用用便便携携式式GPSGPS、CCDCCD摄摄影影测测量量仪仪、地地质质罗罗盘盘、CMC-2CMC-2超超声声波波自自记记式式水水位位计计、水水质质分分析析箱箱、放放射射性性同同位位素素示示踪踪仪仪为为主主要要手手段段进行地面地质调查工作。进行地面地质调查工作。n n2 2、洞内地质调查技术、洞内地质调查技术n n以以CCDCCD地地质质编编录录系系统统、TSP2003PlusTSP2003Plus（或或TGP12TGP12）、高高密密

147、度度直直流流电电法法、地地质质钻钻探探辅辅以以钻钻孔孔摄摄影影、钻钻孔孔水水喷喷距距法法、洞洞内内地地下下水水水水分分析析、放放射射性性同位素示踪技术及水位监测为主要手段的洞内地质调查技术；同位素示踪技术及水位监测为主要手段的洞内地质调查技术；n n（1 1）CCDCCD地质编录系统地质编录系统n nCCDCCD数数码码摄摄影影地地质质编编录录是是以以近近景景摄摄影影测测量量理理论论为为基基础础，融融入入了了数数字字图图像像处处理理、GISGIS构构建建的的一一种种技技术术方方法法体体系系，其其突突出出的的特特点点是是地地质质编编录录工工作作可可在在室室内内进进行行。其其基基本本原原理理是是通

148、通过过建建立立数数码码影影像像与与实实际际物物像像间间一一一一对应的坐标关系，来实现对编录对象的测量与空间形态描绘。对应的坐标关系，来实现对编录对象的测量与空间形态描绘。n n（2 2）钻探及钻孔摄影技术）钻探及钻孔摄影技术n n超超前前水水平平地地质质钻钻探探技技术术是是利利用用水水平平方方向向的的钻钻机机在在隧隧道道掌掌子子面面前前方方进进行行施施工工地地质质调调查查，根根据据钻钻探探成成果果进进行行超超前前地地质质预预报报的的方方法法。钻钻探探法法的的特特点点是是直直接接揭揭露露地地质质体体，观观察察掌掌子子面面前前方方钻钻孔孔穿穿越越区区域域的的岩岩性性、结结构构构构造造及及地地下下水

149、水情情况况等等地地质质信信息息，属属于于接接触触式式探探测测，是是对对其其他他预预报报方方法法预预测测结结果果的的最最后后确确认认。可可以以获获得得地地层层、岩岩性性、节节理理裂裂隙隙特特征征，记记录录出出水水位位置置，进进行行孔孔内内水水量量、水水压压、水水温温、水水质质等等测测试试，预预测测隧隧道道涌涌水水量量。因因此此，钻钻探探技技术术是是至至今今为为止止地地质质预预报报最最为为直直接、可靠的方法。接、可靠的方法。n n钻钻孔孔数数字字摄摄像像又又称称数数字字式式彩彩色色钻钻孔孔电电视视，目目前前主主要要用用于于工工程程地地质质、水水文文地地质质、岩岩土土工工程程、矿矿山山等等部部门门的

150、的地地质质勘勘测测和和工工程程质质量量检检测测中中，可可直直接接观观测测钻钻孔孔中中地地质质体体的的各各种种特特征征及及细细微微现现象象，如如地地层层岩岩性性、岩岩石石结结构构、断断层层、裂裂隙隙、夹夹层层、岩岩溶溶等等，也也可可用用于于混混凝凝土土浇浇筑筑质质量量检检测测。钻钻孔孔摄摄影影方方法法是是一一种种直直接接探探测测岩岩体体的的方方法法，探探测测深深度度取取决决于于钻钻孔孔深深度度。对对孔孔壁壁影影像像的的辨辨识识精精度度主主要要取取决决于于影影像像的的像像素素值值，精精度度可可达达毫毫米米级级。通通过过对对影影像像信信息息的的读读取取、处处理理，可可生生成成钻钻孔孔柱柱状图、地层三

151、维影像图。状图、地层三维影像图。n n（3 3）物探技术）物探技术n n物物探探法法是是隧隧道道施施工工地地质质预预报报中中一一类类普普遍遍采采用用的的方方法法，它它具具有有遥遥测测、高高效效等等特特征征，为为隧隧道道开开挖挖面面前前方方不不良良地地质质体体的的探探测测提提供供了了一一种种手手段段，在在许许多多工工程程建建设设中中发发挥挥了了积积极极的的作作用用。但但是是，由由于于各各种种探探测测手手段段在在探探测测原原理理、信信息息提提取取与与反反演演（解解释释）方方法法、成成果果处处理理等等方方面面各各不不相相同同，表表现现在在探探测测范范围围、探探测测尺尺度度、探探测测成成果果对对地地质

152、质体体几几何何形形态态与与规规模模的的描描述述、现现场场作作业业工工作作性性、反反馈馈探探测测成成果果内内容容与与时时间间等等探探测测性性能能上上有有差差异异，认认识识各各种种方方法的探测性能，有助于更好地选择与使用物探方法，以取得良好的预报效果。法的探测性能，有助于更好地选择与使用物探方法，以取得良好的预报效果。n n TSP2003Plus/TGP12 TSP2003Plus/TGP12多功能隧道地质预报仪多功能隧道地质预报仪n nTSP TSP 203plus203plus是是瑞瑞士士安安伯伯格格公公司司生生产产的的一一种种专专门门用用于于隧隧道道施施工工地地质质超超前前预预报报的的物物

153、探探方方法法，其其一一次次预预报报距距离离可可达达到到开开挖挖面面前前方方100m100m300m300m，其其现现场场测测试试的的操操作作和和检检测测成成果果的的处处理理自自动动化化程程度度很很高高，可可提提供供地地层层物物理理力力学学参参数数，信信息息量量丰丰富富，对对作作业业人人员员的的专专业业水水平平要要求求不不高高等等特特点点。这这些些优优点点极极大大地地方方便便了了这这一一技技术术的的应应用用，在在我我国国自自2020世世纪纪9090年年代代以以来来，一一直直是是隧隧道道施施工工地地质质预预报报的的主主要要物物探探手手段段被被广广泛泛使使用用；TGP12TGP12多多功功能能隧隧道

154、道地地质质预预报报仪仪是是我我国国北北京京水水电电物物探探研研究究所所自自主主研研制制，20062006年年通通过过鉴鉴定定并并投投入入生生产产的的与与TSP2003TSP2003技技术水平相当的同类产品，在性价比上具有突出的优势。术水平相当的同类产品，在性价比上具有突出的优势。n n YDZ YDZ（A A）高密度直流电法仪）高密度直流电法仪n nYDZYDZ（A A）高高密密度度直直流流电电法法仪仪是是我我国国煤煤炭炭科科学学研研究究总总院院西西安安分分院院研研制制的的主主要要用用于于巷巷道道导导水水与与含含水水构构造造探探测测的的物物探探设设备备，其其全全空空间间电电场场理理论论与与解解

155、释释，使使其其得得以成功应用于隧道施工地质预报中。以成功应用于隧道施工地质预报中。n n Zond-12e GPR Zond-12e GPR地质雷达仪地质雷达仪n nZond-12e Zond-12e GPRGPR地地质质雷雷达达仪仪是是拉拉拖拖维维亚亚生生产产的的产产品品，主主要要用用于于隧隧道道支支护护质质量量检检测测、隧隧道道病病害害诊诊断断以以及及超超前前地地质质预预报报中中，属属于于电电磁磁波波探探测测方方法法。地地质质雷雷达达主主要要利利用用宽宽带带高高频频时时域域电电磁磁脉脉冲冲波波的的反反射射探探测测目目的的体体，可可以以圈圈定定出出被被测测目目标标的的形态及空间位置。属形态及

156、空间位置。属30m30m以内短距离预报。以内短距离预报。n n GDP-32 GDP-32多功能电测仪多功能电测仪n nGDP-32GDP-32多多功功能能电电测测仪仪是是美美国国ZONGEZONGE公公司司生生产产的的电电法法仪仪产产品品，可可进进行行多多种种电电法法探探测测，本本试试验验采采用用瞬瞬变变电电磁磁法法进进行行探探测测研研究究。该该设设备备目目前前多多用用于于地地面面对对矿矿产产及及地地质质构构造造探探测测，在在隧隧道道中中的的探探测测实实例例还还比比较较少少。505080m80m中中距距离离探探水水预预报报方方法法之之一一，利利用用人人工工在在发发射射线线圈圈加加以以脉脉冲冲

157、电电流流，产产生生一一个个瞬瞬变变的的电电磁磁场场，产产生感应电场。生感应电场。n n陆地声纳法陆地声纳法n n由由地地震震反反射射法法、声声波波法法、探探地地雷雷达达、水水声声法法等等杂杂交交而而成成；可可以以激激发发和和接接收收5Hz5Hz4kHz4kHz的的信信号号；不不受受汽汽车车、行行人人、机机械械振振动动的的干干扰扰，中中长长距距离离预预报报5050100m100m以上。以上。n n红外探水法红外探水法n n所所有有物物体体都都发发射射出出不不可可见见的的红红外外线线能能量量，当当前前面面存存在在隐隐伏伏含含水水构构造造时时，正正常常场场将将产产生生畸畸变变。绘绘制制相相应应的的红

158、红外外辐辐射射曲曲线线，根根据据曲曲线线的的趋趋势势判判断断前前方方有有无无含含水水构构造造。这这是是一一种种探探水水的的辅辅助助方方法法，属属短短距距离离预预报报，有有效效探探测测距距离离在在20m20m以以内。内。n n岩体温度法岩体温度法 n n根根据据地地下下水水温温度度低低，接接近近含含水水层层时时岩岩体体温温度度降降低低的的原原理理来来预预测测地地下下水水的的一一种种方法，属方法，属20m20m以内的短距离预报，是一种探水的辅助方法。以内的短距离预报，是一种探水的辅助方法。四、隧道地质超前预报方法图解四、隧道地质超前预报方法图解四、隧道地质超前预报方法图解四、隧道地质超前预报方法图

159、解1 1 、TSP2003/TGP12TSP2003/TGP12法法钻孔装药起爆采集2 2、陆地声纳法、陆地声纳法3 3、地质雷达、地质雷达4 4、瞬变电磁法、瞬变电磁法 瞬变电磁法电阻率成果图 5 5、红外探水法、红外探水法6 6、岩体温度法、岩体温度法 7 7、直流电法、直流电法n n将将B B点置于远离测区的位置，布置供电极点置于远离测区的位置，布置供电极A1A1、A2A2、A3A3，间距，间距4m4m，接收极，接收极MM、N N极间距极间距2m2m，距供电极，距供电极A16mA16m开始跑极，观测记录各点视电阻率开始跑极，观测记录各点视电阻率 ，然后在计算机上绘制，然后在计算机上绘制A

160、1A1、A2A2、A3A3点视电阻率曲线图。点视电阻率曲线图。以各条曲线上距以各条曲线上距A1A1供电点等距低阻点为依据，分别以供电点等距低阻点为依据，分别以A1A1、A2A2、A3A3点为圆心绘圆，三圆相交点即为点为圆心绘圆，三圆相交点即为前方低阻异常点。前方低阻异常点。8 8、 CCD CCD数码摄影数码摄影研制的数字摄影经纬仪洞室影像获取h五、物探技术研究成果总结五、物探技术研究成果总结五、物探技术研究成果总结五、物探技术研究成果总结n n1 1、探测手段选择与配套、探测手段选择与配套n n通通过过研研究究，对对岩岩溶溶区区涌涌水水预预报报的的探探测测手手段段进进行行了了如如下下选选择择

161、与与配配套套：确确定定了了以以便便携携式式GPSGPS、CCDCCD摄摄影影测测量量仪仪、地地质质罗罗盘盘、CMC-2CMC-2超超声声波波自自记记式式水水位位计计、放放射射性性同同位位素素示示踪踪技技术术、水水质质分分析析箱箱为为主主要要手手段段的的地地面面地地质质调调查查查查技技术术；以以CCDCCD地地质质编编录录系系统统、TSP2003PlusTSP2003Plus（或或TGP12TGP12）、高高密密度度直直流流电电法法、地地质质钻钻探探辅辅以以钻钻孔孔摄摄影影、钻钻孔孔水水喷喷距距法法、洞洞内内地地下下水水水水质质分分析析、放放射射击击性性同同位位素素示示踪踪技技术术及及水水位位监

162、监测测为为主主要要手手段段的的洞洞洞洞内内内内地地地地质调查质调查质调查质调查技术。技术。岩溶区涌水预报探测手段选择与配套岩溶区涌水预报探测手段选择与配套 表表2-12-1位置探测设备/工具型号数量用途参考价格地表GPSMAP761三维坐标定位5000CCD数码测量系统研制成果1测绘12万（6万）超声波自记式水位计CMC-2若干水位监测1万/套地表、洞内测氡仪及水中氡测量附件RAD-71地下水流速、流向、流量及连通性量测新型便携式多参数测试仪Multi 350i1地下水离子检测60001万洞内CCD地质编录系统研制成果1洞内地质编录12万多功能隧道地质预报仪TSP2003Plus/TGP121

163、地震探测70150万直流电法仪YDZ32（A）或改良型1电法探测超前钻探1钻孔探测钻孔透射法1电磁/地震探测n n2 2、初步研究结论、初步研究结论、初步研究结论、初步研究结论n n从从对对大大量量岩岩溶溶隧隧道道涌涌水水的的成成因因分分析析，大大至至可可将将岩岩溶溶涌涌水水划划分分为为断断层层破破碎带涌水、溶洞暗河涌水、岩溶漏斗涌水碎带涌水、溶洞暗河涌水、岩溶漏斗涌水三类。三类。n n隧隧道道突突泥泥、突突水水事事故故的的发发生生须须具具备备三三大大条条件件：一一是是有有聚聚集集一一定定势势能能的的大大量量流流体体（水水携携带带的的泥泥土土、石石砂砂等等）物物质质，二二是是在在隧隧道道周周边

164、边形形成成了了通通道道，三三是是大大量量流流动动性性填填充充物物在在短短时时间间内内具具备备了了势势能能向向动动能能转转化化的的条条件件。前前者者是是突突出出的的物物质质基基础础及及地地质质状状态态，后后者者是是工工程程活活动动导导至至地地层层内内部部物物质质流流平平衡衡失失调调的的结结果果，三三者者缺缺一一不不可可。由由此此可可见见，要要想想预预报报隧隧道道开开挖挖是是否否会会出出现现突突出出，一一方方面面取取决决于于对对地地质质条条件件的的探探测测，另另一一方方面面则则是是对对物物质质流流在在隧隧道道周周边边能能否否形形成成通通道道的的分分析析与与判判断断。（关关键键词词：高高势势能能、大

165、体积、短时间大体积、短时间）n n 将超前地质预报工作纳入工序进行管理，按照将超前地质预报工作纳入工序进行管理，按照“ “物探先行，钻探验证，物探先行，钻探验证，有掘必探，先探后掘有掘必探，先探后掘” ”的原则组织施工，是隧道施工预防突出的制度保的原则组织施工，是隧道施工预防突出的制度保证。证。n n在方法上，在方法上，TSP2003pluseTSP2003pluse或或TGP12TGP12地质预报仪配合地质预报仪配合YDZYDZ（A A）高密度）高密度直流电法仪，具有较长的探测距离；探测范围及成果提交时间满足施直流电法仪，具有较长的探测距离；探测范围及成果提交时间满足施工要求；探测原理及成果

166、描述上可以起到互为补充的效果，具有较好工要求；探测原理及成果描述上可以起到互为补充的效果，具有较好的准确性，可作为岩溶隧道涌水预报的组合探测手段。的准确性，可作为岩溶隧道涌水预报的组合探测手段。n n地震波在地层中的实际传播过程十分复杂，目前为止，关于探测分辨率还地震波在地层中的实际传播过程十分复杂，目前为止，关于探测分辨率还没有一个普遍接受的量值，仅能够对探测尺度有一个量级上的认识。实例：没有一个普遍接受的量值，仅能够对探测尺度有一个量级上的认识。实例：对于岩溶区主频率在对于岩溶区主频率在2002002000HZ2000HZ，纵波速度为，纵波速度为260026007000m/s7000m/s

167、。隧道轴向。隧道轴向分辨率为分辨率为0.250.258.5m8.5m，横向理论分辨率为，横向理论分辨率为1.31.335m35m。考虑其他因素影响，通考虑其他因素影响，通常能够产生反射的波阻抗面尺寸需大于数倍波长，因此，上述岩溶区的探测常能够产生反射的波阻抗面尺寸需大于数倍波长，因此，上述岩溶区的探测分辨率应在数米至数十米量级。由于频散效应，分辨率随探测距离的增加而分辨率应在数米至数十米量级。由于频散效应，分辨率随探测距离的增加而降低。降低。n n由地震勘探有关规范可知，波阻抗面的厚度需大于四分之一波长时才可被测由地震勘探有关规范可知，波阻抗面的厚度需大于四分之一波长时才可被测出，此可视为隧道

168、轴线方向的分辨率；波动理论可知，波长出，此可视为隧道轴线方向的分辨率；波动理论可知，波长 、频率、频率f f与波速与波速V V存在关系，当产生反射的波阻抗面的尺寸小到一定量值时，波动将发生绕射存在关系，当产生反射的波阻抗面的尺寸小到一定量值时，波动将发生绕射而不能形成反射波，这个临界值可视为是地震法可以探测到的横向最小理论而不能形成反射波，这个临界值可视为是地震法可以探测到的横向最小理论尺度，即横向分辨率。尺度，即横向分辨率。n nTSP2003PlusTSP2003Plus和和TGP12TGP12可可探探测测与与隧隧道道轴轴线线大大角角度度相相交交的的陡陡倾倾，具具有有一一定定规规模模的的面

169、面状状地地质质界界面面，难难以以探探测测走走向向与与隧隧道道轴轴向向小小角角度度相相交交的的缓缓倾倾斜斜地地质质界界面面。对对岩溶形态的探测尚有一定困难，有待进一步研究；岩溶形态的探测尚有一定困难，有待进一步研究；n n对对平平直直状状地地质质界界面面（断断层层、节节理理、裂裂隙隙）的的空空间间位位置置探探测测效效果果较较好好，准准确确率率通通常常在在80%80%左左右右，但但存存在在探探测测盲盲区区（对对于于近近水水平平界界面面，及及近近隧隧道道走走向向界界面面等等尚尚不不能能有有效效探探出出），探探测测范范围围在在隧隧道道轴轴线线方方向向可可达达百百米米，但但垂垂直直轴轴线线方方向向的的探

170、测范围尚有争议；探测范围尚有争议；n n对对异异形形边边界界的的地地质质界界面面尚尚感感难难以以鉴鉴别别，不不能能获获得得满满意意的的效效果果。如如岩岩溶溶形形态态辨辨识、起伏较大的不整合面边界等；识、起伏较大的不整合面边界等；n n高高密密度度直直流流电电法法进进行行地地下下含含水水体体的的探探测测具具有有良良好好的的分分辨辨性性能能，且且矿矿化化度度越越高高，分分辨辨性性越越好好，位位置置误误差差越越小小。在在额额定定输输出出电电压压条条件件下下探探测测分分辨辨率率取取决决于于测测点点间间距距，测测点点间间距距越越小小，分分辨辨率率越越高高。探探测测距距离离较较长长，效效果果较较好好，其其

171、成成果果在一定程度上描述了水体形态及位置，是较理想的探水手段；在一定程度上描述了水体形态及位置，是较理想的探水手段；n n钻钻探探法法是是迄迄今今为为止止地地质质预预报报最最为为直直接接、最最为为可可靠靠的的方方法法。但但钻钻探探所所需需的的投投资资较较大大、施施工工干干扰扰大大，单单孔孔探探测测范范围围小小，需需要要进进行行较较多多的的钻钻探探工工作作才才能能完完成成调调查查。因因此此，这这种种方方法法较较多多用用于于需需重重点点探探测测的的灾灾害害性性地地质质区区域域。使使用用该该法法时时需需考考虑虑当当钻钻孔孔触触及及到到大大量量水水体体及及含含气气层层时时极极易易同同时时产产生生地地质

172、质灾灾害害的的问问题题，需需事前制定应急方案。事前制定应急方案。n n上上述述几几种种物物探探法法的的分分辨辨率率存存在在各各向向异异性性，纵纵向向的的分分辨辨率率远远高高于于横横向向分分辨辨率率，因因此此，对对于于岩岩溶溶形形态态的的探探测测，仅仅凭凭沿沿隧隧道道轴轴向向方方向向高高分分辨辨率率的的测测线线布布置置是是难难以完成的；以完成的；n n探探测测距距离离和和分分辨辨率率存存在在此此消消彼彼长长的的现现象象，在在选选择择时时应应加加以以权权衡衡，先先进进行行试试验验，选择合理的探测参数。在满足分辨率要求前提下，取得较大的探测深度。选择合理的探测参数。在满足分辨率要求前提下，取得较大的

173、探测深度。n n还还不不能能对对地地质质体体的的性性质质进进行行探探测测。如如断断层层及及充充填填物物工工程程性性质质、含含水水构构造造的的水水力学与化学特性等内容；力学与化学特性等内容；n n对对涌涌水水量量及及水水压压的的预预报报准准确确率率不不到到30%30%。在在实实践践中中，隧隧道道最最大大涌涌水水量量的的预预测测方方法法通通常常为为地地下下水水动动力力学学法法。但但直直到到今今天天，涌涌水水仍仍然然是是隧隧道道超超前前地地质质预预报报工工作作中十分薄弱的环节，涌水量预测的准确性还很低。中十分薄弱的环节，涌水量预测的准确性还很低。n n预预报报效效果果的的检检验验方方法法多多为为开开

174、挖挖揭揭露露后后的的肉肉眼眼观观察察结结果果，评评价价技技术术仅仅限限简简单单统统计计，评评价价指指标标多多为为定定性性的的正正确确率率指指标标。这这种种评评价价体体系系还还很很粗粗放放，也也不不够够科科学学，应在实践中加以深化与完善，使预报工作形成完整的评价体系。应在实践中加以深化与完善，使预报工作形成完整的评价体系。n n探测设备的研制应适应隧道空间环境狭小、黑暗、潮湿及施工干扰探测设备的研制应适应隧道空间环境狭小、黑暗、潮湿及施工干扰源等特点，同时考虑测线布置与探测范围的灵活性，使测点布置更加源等特点，同时考虑测线布置与探测范围的灵活性，使测点布置更加适应不同的探测需求，以完成各个探测方

175、向的探测任务；探测对象的适应不同的探测需求，以完成各个探测方向的探测任务；探测对象的尺度宜进一步缩小，以满足围岩分级的需要，加强探测分辨率的研究尺度宜进一步缩小，以满足围岩分级的需要，加强探测分辨率的研究及探测量敏感性研究，研究集探测多种地质对象于一体的多探测量、及探测量敏感性研究，研究集探测多种地质对象于一体的多探测量、多功能的设备（系列）。多功能的设备（系列）。n n地质预报方法与手段宜采用多源协同预报的思想，才能将地质体的地质预报方法与手段宜采用多源协同预报的思想，才能将地质体的复杂性与施工对地质体的作用及围岩与支护的组合体时空特性有效结复杂性与施工对地质体的作用及围岩与支护的组合体时空

176、特性有效结合起来，才能达到预报的目的。合起来，才能达到预报的目的。第四部分第四部分信息化施工与动态反馈设计信息化施工与动态反馈设计n n在在隧隧道道施施工工中中，很很多多坍坍方方事事故故原原因因多多出出在在管管理理环环节节。具具体体情情况况往往往往是是，当当遇遇到到地地质质变变化化时时，由由于于信信息息采采集集、分分析析、评评判判工工作作滞滞后后，管管理理程程序序周周期期长长等等原原因因动动态态设设计计不不能能及及时时跟跟进进，现现场场应应急急措措施施不不力力，在在手手续续完完善过程中错过了最佳处理时机。善过程中错过了最佳处理时机。n n隧隧道道工工程程为为线线性性结结构构，目目前前，受受地地

177、质质勘勘察察技技术术方方法法、手手段段及及设设计计深深度度的的限限制制，很很难难完完全全准准确确的的判判定定隧隧道道工工程程地地质质条条件件和和围围岩岩特特性性，事事实实上上，实实践践中中也也没没有有必必要要这这么么做做，否否则则，将将大大幅幅度度地地增增加加设设计计周周期期和和投投资资。关关键键问问题题是是如如何何利利用用好好现现代代隧隧道道施施工工信信息息化化技技术术，加加强强动动态态管管理理，把把监控量测纳入工序组织，当边界条件发生变化时，及时跟进动态设计。监控量测纳入工序组织，当边界条件发生变化时，及时跟进动态设计。第一章第一章第一章第一章 监控量测监控量测监控量测监控量测隧道工程信息

178、化施工的基础隧道工程信息化施工的基础隧道工程信息化施工的基础隧道工程信息化施工的基础n n一、新奥法的提出与命名一、新奥法的提出与命名一、新奥法的提出与命名一、新奥法的提出与命名n n新新奥奥法法是是新新奥奥地地利利隧隧道道施施工工方方法法的的简简称称，它它的的概概念念是是奥奥地地利利学学者者拉拉布布西西维维兹兹教教授授于于二二十十世世纪纪5050年年代代提提出出的的。它它是是以以既既有有隧隧道道工工程程经经验验和和岩岩体体力力学学的的理理论论为为基基础础、将将锚锚杆杆和和喷喷射射砼砼组组合合在在一一起起作作为为主主要要支支护护手手段段的的一一种种施施工工方方法法。后后经经奥奥地地利利、瑞瑞典

179、典、意意大大利利等等国国的的许许多多实实践践和和理理论论研研究究，于于二二十十世世纪纪6060年年代代取取得专利权并被正式命名为得专利权并被正式命名为“ “新奥法新奥法” ”。n n二、新奥法基本概念二、新奥法基本概念二、新奥法基本概念二、新奥法基本概念监控量测由来监控量测由来监控量测由来监控量测由来n n新新奥奥法法的的核核心心是是最最大大限限度度地地利利用用和和发发挥挥围围岩岩的的自自承承能能力力，围围岩岩不不仅仅仅仅是是荷荷载载也也是是结结构构的的重重要要组组成成部部分分。采采取取各各种种工工程程措措施施，使使围围岩岩成成为为隧隧道道承承载载体体系系的的一部分。一部分。n n新新奥奥法法

180、是是应应用用岩岩体体力力学学理理论论，采采用用锚锚杆杆和和喷喷射射混混凝凝土土为为主主要要支支护护手手段段，及及时时地地进进行行支支护护，控控制制围围岩岩的的变变形形和和松松弛弛，使使围围岩岩成成为为支支护护体体系系的的组组成成部部分分，通通过过对对围围岩岩和和支支护护的的监监控控量量测测来来指指导导隧隧道道设设计计、施施工工的的方方法法。监监控控量量测测是是现现代代隧道修建技术中不可或缺的组成部分。隧道修建技术中不可或缺的组成部分。n n三、新奥法的基本要点三、新奥法的基本要点三、新奥法的基本要点三、新奥法的基本要点n n1 1、开开挖挖作作业业采采用用光光面面爆爆破破或或预预裂裂爆爆破破，

181、尽尽量量采采用用大大断断面面或或较较大大的的断断面面开开挖挖，全断面开挖比分部开挖有利，能减少对围岩的扰动。全断面开挖比分部开挖有利，能减少对围岩的扰动。n n2 2、隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；、隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；n n3 3、根根据据围围岩岩特特征征，采采用用不不同同的的支支护护参参数数，及及时时施施作作密密贴贴于于围围岩岩的的柔柔性性喷喷射射砼砼和锚网初期支护，以控制围岩的变形和松弛；和锚网初期支护，以控制围岩的变形和松弛；n n4 4、在在软软弱弱破破碎碎围围岩岩地地段段，使使断断面面及及早早闭闭合合，以

182、以有有效效地地发发挥挥支支护护体体系系的的作作用用，从而保证隧道结构的稳定；从而保证隧道结构的稳定；n n5 5、二二次次衬衬砌砌原原则则上上是是在在围围岩岩与与初初期期支支护护变变形形基基本本稳稳定定的的条条件件下下修修筑筑，也也就就是是说初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备；说初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备；n n6 6、尽尽量量使使隧隧道道断断面面周周边边轮轮廓廓圆圆顺顺，避避免免棱棱角角突突变变处处应应力力集集中中。喷喷层层面面圆圆顺顺平平整，有利于防排水作业质量控制；整，有利于防排水作业质量控制；n n7 7、可可采采用用排排水水的的方方法法降降低低岩岩体体

183、中中水水的的渗渗透透压压力力，条条件件允允许许也也可可采采用用注注浆浆帷帷幕幕封堵；封堵；n n8 8、测定衬砌的应力及围岩的变位，以指导设计变更及施工管理。、测定衬砌的应力及围岩的变位，以指导设计变更及施工管理。n n四、监控量测四、监控量测n现场监控量测贯穿隧道施工的全过程。隧道施工技术规范规定：采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，制定监控量测计划，并在施工中认真实施。监控量测是隧道在施工过程中，对围岩和支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，是优化施工方案、指导施工程序、确保施工安全的重要手段，在隧道施工过程中必须作为一个独立工序

184、进行管理。n n隧道施工中的监控量测，分必测项目和选测项目，应根据设计要求和隧道施工中的监控量测，分必测项目和选测项目，应根据设计要求和隧道的具体情况以及监理工程师的指示选定。必测项目为：洞内外观隧道的具体情况以及监理工程师的指示选定。必测项目为：洞内外观察、周边位移量测、拱顶下沉量测等；选测项目为：地表下沉量测、察、周边位移量测、拱顶下沉量测等；选测项目为：地表下沉量测、围岩内部变形量测、锚杆轴力量测、围岩压力量测、支护及衬砌应力围岩内部变形量测、锚杆轴力量测、围岩压力量测、支护及衬砌应力量测、钢架内力量测等。量测、钢架内力量测等。n n1 1、洞内外观察、洞内外观察n n观观察察工工作作面

185、面状状态态、围围岩岩变变形形、围围岩岩风风化化变变质质情情况况、节节理理裂裂隙隙、断断层层分分布布和和形形态态、地地下下水水情情况况以以及及喷喷射射混混凝凝土土的的效效果果。进进行行开开挖挖工工作作面面地地质质素素描描，填填写写工工作作面面状状态态记记录录表表及及围围岩岩类类别别判判定定卡卡。对对已已施施工工区区段段的的观观察察也也应应每每天天至至少少进进行行一一次次，观观察察内内容容包包括括喷喷射射混混凝凝土土、锚锚杆杆、钢钢架架的的状况。状况。n n洞洞外外观观察察包包括括对对洞洞口口地地表表情情况况、地地表表沉沉陷陷、边边坡坡及及仰仰坡坡的的稳稳定定以以及及地地表水渗透等的观察。表水渗透

186、等的观察。n n2 2、周边位移量测、周边位移量测n n量量测测开开挖挖断断面面的的收收敛敛情情况况，包包括括量量测测拱拱顶顶下下沉沉、净净空空水水平平收收敛敛以以及及底底板板鼓鼓起起（必要时）。（必要时）。n n拱拱顶顶下下沉沉和和水水平平收收敛敛量量测测断断面面的的间间距距为为：类类及及以以上上围围岩岩不不大大于于40m40m。围围岩岩变变化化处处应应适适当当加加密密，在在各各类类围围岩岩的的起起始始地地段段增增设设拱拱顶顶下下沉沉测测点点1 12 2个个，水水平平收敛收敛1 12 2对。当发生较大涌水时，围岩量测断面的间距应缩小至对。当发生较大涌水时，围岩量测断面的间距应缩小至5 510

187、m10m。n n各各测测点点应应在在避避免免爆爆破破作作业业破破坏坏测测点点的的前前提提下下，尽尽可可能能靠靠近近工工作作面面埋埋设设，一一般般为为0.50.52m2m，并并在在下下次次爆爆破破循循环环前前获获得得初初始始读读数数，初初读读数数应应在在开开挖挖后后12h12h内内读读取，最迟不得超过取，最迟不得超过24h24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。n n净净空空水水平平收收敛敛测测线线的的布布置置应应根根据据施施工工方方法法、地地质质条条件件、量量测测断断面面所所在在位位置置、隧隧道道埋埋置置深深度度等等确确定定。在

188、在地地质质条条件件良良好好，采采用用全全断断面面开开挖挖方方式式时时，可可设设一一条条水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。n n拱拱顶顶下下沉沉量量测测应应与与净净空空水水平平收收敛敛量量测测在在同同一一量量测测断断面面内内进进行行，可可采采用用水水准准仪仪测测定定下下沉沉量量。当当地地质质条条件件复复杂杂，下下沉沉量量大大或或偏偏压压明明显显时时，除除量量测测拱拱顶顶下下沉沉外外，还应量测拱腰下沉及基底隆起量。还应量测拱腰下沉及基底隆起量。n n拱拱顶顶下下沉沉量量测测与与净净空空水水平平收收

189、敛敛量量测测应应采采用用相相同同的的量量测测频频率率，应应从从量量测测频频率率表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。n n3 3、地表下沉量测、地表下沉量测、地表下沉量测、地表下沉量测n n根根据据设设计计要要求求或或监监理理工工程程师师指指示示，应应在在施施工工过过程程中中可可能能产产生生地地表表塌塌陷陷之之处处设设置置观观测测点点，地地表表下下沉沉观观测测点点按按普普通通水水准准基基点点埋埋设设。并并在在预预计计破破裂裂面面以以外外3434倍倍洞洞径径处处设设水水准准基基点点，作作为为各各观观测测点点高高程程测测

190、量量的的基基准准，从从而而计计算算出出各各观观测测点点的的下下沉沉量量。地地表表下下沉沉桩桩的的布布置置宽宽度度、间间距距应应根根据据围岩类别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定。围岩类别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定。n n地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。n n地地表表下下沉沉量量测测应应在在开开挖挖工工作作面面前前方方H+hH+h（隧隧道道埋埋置置深深度度+ +隧隧道道高高度度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。n n4 4、选测项目、选测项目、选测项目、

191、选测项目n n围岩松弛范围量测可采用弹性波法或位移法。围岩松弛范围量测可采用弹性波法或位移法。n n当当围围岩岩条条件件差差、变变形形过过大大或或初初期期支支护护破破损损变变形形较较大大时时，应应进进行行支支护护结构内的应力及接触应力量测。结构内的应力及接触应力量测。n n各各项项量量测测作作业业均均应应持持续续到到变变形形基基本本稳稳定定后后1313周周，停停止止量量测测作作业业须须经经监理工程师批准。监理工程师批准。n n5 5、数据处理和应用、数据处理和应用n n应及时对现场量测数据绘制时态曲线（或散点图）和空间关系曲线。应及时对现场量测数据绘制时态曲线（或散点图）和空间关系曲线。n n

192、当当位位移移- -时时间间曲曲线线趋趋于于平平缓缓时时，应应进进行行数数据据处处理理或或回回归归分分析析，以以推推算最终位移和掌握位移变化规律。算最终位移和掌握位移变化规律。n n当当位位移移- -时时间间曲曲线线出出现现反反弯弯点点时时，则则表表明明围围岩岩和和支支护护已已呈呈不不稳稳定定状状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。n n隧隧道道周周壁壁任任意意点点的的实实测测相相对对位位移移值值或或用用回回归归分分析析推推算算的的总总相相对对位位移移值值均均应应小小于于管管理理标标准准。当当位位移移速速率率无无明明显显

193、下下降降，而而此此时时实实测测位位移移值值已已接接近近标标准准数数值值，或或者者喷喷层层表表面面出出现现明明显显裂裂缝缝时时，应应立立即即采采取取补补强强措措施施，并调整原支护设计参数或开挖方法。并调整原支护设计参数或开挖方法。n n埋埋设设量量测测元元件件情情况况和和量量测测资资料料，均均应应整整理理清清楚楚报报监监理理工工程程师师核核查查，并作为竣工交验资料的一部分。并作为竣工交验资料的一部分。n n6 6、监控量测目的和作用、监控量测目的和作用n n掌握围岩动态，了解隧道支护结构系统变形变化趋势，判断围岩和掌握围岩动态，了解隧道支护结构系统变形变化趋势，判断围岩和支护系统是否稳定；支护系

194、统是否稳定；n n验证支护结构型式、支护参数，确定初期支护各单元施做顺序及二验证支护结构型式、支护参数，确定初期支护各单元施做顺序及二次支护时间；次支护时间；n n了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，评价支护结构、了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，评价支护结构、施工方法的合理性及其安全性；施工方法的合理性及其安全性；n n为变更设计、调整施工方法提供科学依据。为变更设计、调整施工方法提供科学依据。n n 施工方法变更的建议。施工方法变更的建议。n n 施工工序的更改。施工工序的更改。n n 预留变形量的修正。预留变形量的修正。n n 设计参数的修改与确认。设计参数的修改与

195、确认。n n 采用辅助工法及管理措施的建议。采用辅助工法及管理措施的建议。7 7、监控量测工作流程图、监控量测工作流程图1.准准 备 工工 作作2.确定埋确定埋设断面断面3.测点埋点埋设4.数据采集数据采集5.数据整理分析数据整理分析6.反反馈设计施工施工8 8、监控量测项目、监控量测项目五、量测工作图解五、量测工作图解1、必测项目沉降量测 必测项目周边收敛量测必测项目周边收敛量测 必测项目位移量测 2、选测项目量测计划、选测项目量测计划 分离式隧道分离式隧道双连拱隧道双连拱隧道选测项目多点位移选测项目多点位移 围岩内部位移量测：围岩内部位移量测：a.a.了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围；

196、了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围；b.b.判断开挖判断开挖后围岩的松动区、强度下降区；后围岩的松动区、强度下降区；c.c.根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。选测项目锚杆轴力选测项目锚杆轴力选测项目锚杆轴力选测项目锚杆轴力a.a.了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小；了解锚杆实际工作状态及轴向力的大小；b.b.结合多点位移量测，判断围岩发展结合多点位移量测，判断围岩发展趋势，分析围岩内强度下降区界限；趋势，分析围岩内强度下降区界限；c.c.修正锚杆设计参数，评价锚杆支护效果。修正锚杆设计参数，评价锚杆支护效果。选测项目接触压力选测项目接触压力选测项目接触压

197、力选测项目接触压力了解喷射混凝土与围岩、二次衬砌之间的压力：了解喷射混凝土与围岩、二次衬砌之间的压力：a.a.围岩压力的量值及分布状态；围岩压力的量值及分布状态；b.b.二次衬砌压力的量值及分布状态；二次衬砌压力的量值及分布状态；c.c.判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和安全度。的稳定性和安全度。选测项目混凝土环向应力选测项目混凝土环向应力选测项目混凝土环向应力选测项目混凝土环向应力了解喷射混凝土、二次衬砌（模注混凝土）应力：了解喷射混凝土、二次衬砌（模注混凝土）应力：a.a.混凝土层的变形特性以及混混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态；凝土的

198、应力状态；b.b.掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况；c.c.判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度；d.d.检验二次衬砌设计的合理性，检验二次衬砌设计的合理性，积累资料。积累资料。衬砌内应力传感器埋设构造图衬砌内应力传感器埋设构造图选测项目钢支撑应力选测项目钢支撑应力选测项目钢支撑应力选测项目钢支撑应力型钢拱架应力、格栅拱架应力：通过对钢支撑的应力量测，可知钢支撑的实际工作状态，从钢支撑的性型钢拱架应力、格栅拱架应力：通过对钢支撑的应力量测，可知钢支撑的实际工作状态，从钢支撑的性能

199、曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数，视具体情况确定是否需要采用加固措施。能曲线上可以确定在此压力作用下钢支撑所具有的安全系数，视具体情况确定是否需要采用加固措施。3 3、量测频率、量测频率4 4、资料整理与成果分析、资料整理与成果分析、资料整理与成果分析、资料整理与成果分析将现场测得的数据整理成：将现场测得的数据整理成：拱顶下沉时间拱顶下沉时间- -变形曲线图变形曲线图深圳站南并线段隧道左侧导坑拱部沉降曲线图周边收敛时间周边收敛时间- -变形曲线图变形曲线图深圳站南暗挖隧道右侧导坑断面收敛时程曲线图地表沉降观测时间地表沉降观测时间- -变形曲线图变形曲线图深圳站南地表建(构)筑

200、物沉降曲线图n n第二章第二章第二章第二章 动态反馈设计与信息化施工动态反馈设计与信息化施工动态反馈设计与信息化施工动态反馈设计与信息化施工n n 在在隧隧道道施施工工中中，时时间间与与空空间间是是一一对对矛矛盾盾。一一般般说说来来，当当空空间间效效应应解解决决后后隧隧道道施施工工的的安安全全就就一一劳劳永永逸逸地地解解决决了了，但但做做任任何何工工作作都都需需要要时时间间，往往往往是是在在锁锁定定空空间间之之前前时时间间效效应应就就发发生生了了作作用用，坍坍方方也也就就形形成成了了。施施工工单单位位的的责责任任是是，在在施施工工过过程程中中加加强强地地质质预预测测预预报报及及支支护护变变形形

201、量量测测的的动动态态管管理理，及及时时作作出出风风险险判判定定，作作为为主主体体提提出出设设计计变变更更申申请请。业业主主、设设计计、监监理理等等其其他他管管理理单单位位应应及及时时响响应应，“ “四四方方联联动动” ”才才能能快快速速、准准确确、高高效效地地完完成成动动态态设设计计。在在这这里里，时时效效很很关关键键，一一个个操操作作性性强强、分分工工明明确确、协协调调有有力力、有有办办事事时时间间限限制制的的变变更更设设计计程序文件是确保隧道施工安全的重要保证。程序文件是确保隧道施工安全的重要保证。n n多多年年实实践践证证明明，由由于于责责任任、风风险险分分配配不不对对称称，动动态态设设

202、计计往往往往是是四四肢肢不不全全，很很难难形形成成“ “四四方方联联动动” ”。出出现现问问题题，板板子子多多打打在在施施工工单单位位身身上上。此此外外，互互不不信信任任是是问问题题的的另另一一方方面面，有有的的施施工工单单位位干干脆脆揭揭开开给给大大家家看看，然然后后在在现现状状研研究究处处理方案，损失浪费严重。（理方案，损失浪费严重。（关键词：管理互动关键词：管理互动）n n确确保保隧隧道道施施工工安安全全的的关关键键是是正正确确处处理理时时间间与与空空间间效效应应这这一一对对矛矛盾盾。现现实实中中，由由于于行行政政管管理理不不专专业业，程程序序流流程程周周期期长长，而而又又无无应应急急授

203、授权权机机制制，加加大大了了时时间间效效应应，错错过过了了最最佳佳处处理理时时机机，进进而而引引起起灾灾难难性性事事故故的的工工程程时时有有发发生生。前前面面谈谈到到，一一个个操操作作性性强强、分分工工明明确确、协协调调有有力力、有有办办事事时时间间限限制制的的变变更更设设计计程程序序文文件件很很重重要要，但但更更重重要要的的是是要要有有一一个个应应急急授授权权机机制制，现现场场施施工工管管理理人人员员要要有有一个正确理念以及应急反应能力。一个正确理念以及应急反应能力。 n n判判断断应应急急措措施施的的有有效效性性，就就是是看看其其是是否否可可以以在在确确保保施施工工人人员员安安全全的的前前

204、提提下下很很快快地地克克服服时时间间效效应应。大大家家都都清清楚楚，在在一一些些案案例例中中，由由于于应应急急处处理理措措施施不不当当，造成的次生灾害比一次灾害还严重。造成的次生灾害比一次灾害还严重。n n动动态态反反馈馈设设计计与与信信息息化化施施工工与与一一般般监监控控量量测测的的主主要要区区别别是是：新新奥奥法法是是根根据据监监控控量量测测的的反反馈馈修修正正设设计计。动动态态反反馈馈设设计计与与信信息息化化施施工工内内涵涵更更广广泛泛，内内容容更更多多，它它是是一一个个完完整整的的信信息息管管理理体体系系和和灵灵活活的的信信息息化化流流程程，不不仅仅依依靠靠监监控控量量测测的的反反馈来

205、修正设计，还根据地质预报、施工质量检测来进行动态的设计和施工。馈来修正设计，还根据地质预报、施工质量检测来进行动态的设计和施工。n n（关键词：管理能力即流程能力关键词：管理能力即流程能力）n n一、组织管理一、组织管理一、组织管理一、组织管理n n项目管理系统是一个开放系统，有建设、设计、施工、监理等多方参项目管理系统是一个开放系统，有建设、设计、施工、监理等多方参与管理，各单位之间有一个设计科学的管理接口十分重要。业主是这与管理，各单位之间有一个设计科学的管理接口十分重要。业主是这个组织的管理者，为及时、快速处理遇到的各种难题，赢得最佳处治个组织的管理者，为及时、快速处理遇到的各种难题，赢

206、得最佳处治时间并避免决策失误，通常在建设管理单位的统一领导和安排下，成时间并避免决策失误，通常在建设管理单位的统一领导和安排下，成立由建设、设计、施工、监理、监测、地质预报单位组成的隧道动态立由建设、设计、施工、监理、监测、地质预报单位组成的隧道动态反馈设计和信息化施工管理决策机构。这个临时机构是否能够做到良反馈设计和信息化施工管理决策机构。这个临时机构是否能够做到良性互动，是确保动态反馈设计和信息化施工得以科学、高效地运行的性互动，是确保动态反馈设计和信息化施工得以科学、高效地运行的关键环节。关键环节。图一隧道动态反馈设计和信息化施工管理决策机构框图图一隧道动态反馈设计和信息化施工管理决策机

207、构框图n n二、动态反馈设计与信息化施工工作流程二、动态反馈设计与信息化施工工作流程二、动态反馈设计与信息化施工工作流程二、动态反馈设计与信息化施工工作流程n n快快捷捷、简简单单又又实实用用的的工工作作流流程程，将将为为动动态态反反馈馈设设计计与与信信息息化化施施工工的的顺顺利利开开展展提提供供有有力力的的保保障障。隧隧道道动动态态反反馈馈设设计计与与信信息息化化施施工工中中，应应该该坚坚持持“ “预预报报超超前前、监监测测反反馈馈、理理论论分分析析、经经验验判判断断” ”的的指指导导原原则则，采采用用力力学学分分析析、施施工工监监测测、经经验验方方法法相相结结合合的的手手段段，在在隧隧道道

208、建建设设的的调调查查、设设计计、监监测测和和施施工工四四个个环环节节中中，在在初初步步地地质质勘勘察察的的基基础础上上，根根据据经经验验方方法法，通通过过力力学学验验算算进进行行预预设设计计，初初步步拟拟定定支支护护参参数数，然然后后在在施施工工过过程程中中根根据据地地质质超超前前预预报报和和监监控控量量测测获获得得围围岩岩稳稳定和支护系统工作状态的信息，对施工方案和支护参数进行调整。定和支护系统工作状态的信息，对施工方案和支护参数进行调整。n n以以上上是是制制度度设设计计中中必必不不可可少少的的办办事事程程序序，但但任任何何程程序序都都有有流流程程时时间间，为为确确保保隧隧道道施施工工安安

209、全全，更更重重要要的的是是还还要要有有一一个个应应急急授授权权机机制制。有有了了这这个个机机制制，可可以以控控制制事事态态恶恶化化，为为设设计计变变更更争争取取时时间间。现现实实中中，由由于于决决策策流流程程周周期期长长，而而又又无无应应急急授授权权机机制制，加加大大了了时时间间效效应应，错错过过了了最最佳佳处处理理时时机机，进进而而引引起起灾灾难难性性事事故故的的工工程程案案例例时时有有发发生生。所所以以说说，一一个个操操作作性性强强、分分工工明明确确、接接口口合合理理、协协调调有有力力、有有办办事事时时间间限限制制的的变变更更设设计计程程序序文文件件十十分分重重要要，在在施施工工现现场场，

210、一一个个有有正正确确管管理理理理念念、有有丰丰富富施施工工经经验验以以及及应应急急反反应应能能力力的的承承包包商商更更重重要要。事事实实上上，第第一一个个发发现现问问题题，第第一一个个启启动动程程序序的的往往往往是是施施工工单单位位，他他施施工工经经验验是是否丰富，在某种程度上否丰富，在某种程度上决定了问题的处理方式决定了问题的处理方式。隧道动态反馈设计与信息化施工的基本工作流程如图所示。隧道动态反馈设计与信息化施工的基本工作流程如图所示。n n三、动态反馈设计与信息化施工的实施要点三、动态反馈设计与信息化施工的实施要点三、动态反馈设计与信息化施工的实施要点三、动态反馈设计与信息化施工的实施要

211、点n n1 1、地地质质超超前前预预报报主主要要依依靠靠洞洞室室开开挖挖之之前前的的地地质质勘勘察察资资料料和和超超前前探探测测，对对未未开开挖挖部部分分的的安安全全稳稳定定性性进进行行超超前前预预报报，为为即即将将采采取取的的开开挖挖方方法法、支支护护技技术术及及工工艺艺方方法法提提供供依依据据。该该方方法法是是针针对对地地下下工工程程的的隐隐蔽蔽性性和和预预见见性性差差的的具具体体特特点点提提出出的的，具具有有较较大大的的工工程程应应用用价价值值，应应作作为为隧隧道道首首先开展的安全预报方法。先开展的安全预报方法。n n2 2、对对围围岩岩和和初初期期支支护护的的监监控控量量测测是是获获得

212、得围围岩岩和和初初期期支支护护结结构构动动态态变变形形信信息息的的主主要要手手段段，为为确确保保隧隧道道安安全全提提供供重重要要信信息息。围围岩岩和和初初期期支支护护变形信息的反馈也是二衬支护设计和支护时机确定的主要依据。变形信息的反馈也是二衬支护设计和支护时机确定的主要依据。n n3 3、对对初初期期支支护护和和二二次次衬衬砌砌厚厚度度、强强度度、背背后后空空洞洞、锚锚杆杆长长度度、注注浆浆饱饱满满度度、钢钢拱拱架架间间距距等等隐隐蔽蔽的的非非常常规规检检测测项项目目的的现现场场质质量量检检测测是是正正确确分析的基础和前提。分析的基础和前提。n n4 4、根根据据施施工工观观察察、现现场场地

213、地质质调调查查预预报报、现现场场监监控控量量测测和和现现场场施施工工质质量量检检测测等等信信息息，对对各各种种信信息息进进行行综综合合分分析析，互互相相印印证证，对对预预设设计计支支护护参数的修正和施工方法的改进是不可缺少的过程。参数的修正和施工方法的改进是不可缺少的过程。n n5 5、建建立立快快捷捷的的信信息息传传递递机机制制，及及时时整整理理量量测测资资料料，分分析析研研究究各各项项施施工工信信息息，及及时时反反馈馈设设计计，及及时时采采取取加加固固措措施施，改改变变施施工工对对策策，使使可可能能发生的塌方事故防患于未然，以保证隧道稳定。发生的塌方事故防患于未然，以保证隧道稳定。n n6

214、 6、任任何何单单一一分分析析方方法法和和手手段段，均均有有其其本本身身的的局局限限性性。监监控控量量测测以以及及隧隧道道前前方方的的超超前前预预报报都都无无法法保保证证其其绝绝对对的的成成功功率率。隧隧道道工工程程安安全全监监测测中中，应应将将监监控控量量测测、地地质质超超前前预预报报和和施施工工质质量量检检测测整整合合形形成成系系统统性性方方法。法。（关键词：系统方法）（关键词：系统方法）n n四、结论与建议四、结论与建议四、结论与建议四、结论与建议n n 项项目目管管理理在在现现代代化化的的大大型型项项目目建建设设中中的的地地位位越越来来越越重重要要，关关系系到到项项目目的的顺顺利利进进

215、行行和和建建设设质质量量。应应重重视视动动态态反反馈馈设设计计与与信信息息化化施施工工技技术术中中所所涉涉及及到到的的管管理理与与组组织织问问题题，优优化化相相应应的的组组织织框框架架和和管管理理流流程程，明明确确各相关部门的职责权利。各相关部门的职责权利。n n 隧隧道道动动态态反反馈馈设设计计的的基基础础和和依依据据是是监监控控量量测测、地地质质预预报报和和施施工工质质量量检检测测的的基基本本测测量量数数据据，应应用用现现代代高高新新技技术术，开开发发传传感感器器系系统统、数数据据采采集集系系统统和和数数据据处处理理系系统统，采采用用可可靠靠稳稳定定的的传传感感器器、方方便便的的埋埋设设手

216、手段段、数数据据自自动动采采集集和和数数据据处处理理系系统统，以以使使各各种种量量测测数数据据精精度度更更高高、更更加加稳稳定，将为信息化施工的质量提供强有力的技术支撑。定，将为信息化施工的质量提供强有力的技术支撑。第三章第三章第三章第三章 当前隧道设计与施工存在的突出问题当前隧道设计与施工存在的突出问题当前隧道设计与施工存在的突出问题当前隧道设计与施工存在的突出问题n n一、三大问题一、三大问题1 1、不同的设计单位对规范理解、把握不一致，设计经验和习惯不同。、不同的设计单位对规范理解、把握不一致，设计经验和习惯不同。2 2、变更设计依据不足，与围岩分级与量测毫无关系，人为判断，因、变更设计

217、依据不足，与围岩分级与量测毫无关系，人为判断，因人而异。人而异。3 3、隧道坍塌频繁，预计不准或贻误最佳时机，监控量测与分析水平、隧道坍塌频繁，预计不准或贻误最佳时机，监控量测与分析水平低下，预警标准没有建立。低下，预警标准没有建立。n n二、施工量测存在问题二、施工量测存在问题二、施工量测存在问题二、施工量测存在问题n n1 1、数数据据记记录录不不及及时时，无无法法起起到到真真正正监监控控作作用用。施施工工规规范范规规定定净净空空变变化化、拱拱顶顶下下沉沉量量测测应应在在每每次次开开挖挖后后12h12h内内取取得得初初读读数数，最最迟迟不不得得大大于于24h24h，且且在在下下一一循循环环

218、开开挖挖前前必必须须完完成成。而而实实际际情情况况是是初初读读数数时时间间大大都都不符合规定，量测进行较晚，未量测到开挖初期阶段的位移。不符合规定，量测进行较晚，未量测到开挖初期阶段的位移。n n2 2、对对规规范范掌掌握握不不深深，采采集集数数据据精精度度不不够够，量量测测频频率率与与管管理理标标准准不不符符。规规范范规规定定拱拱顶顶下下沉沉测测试试精精度度为为1mm1mm，而而现现场场大大多多采采用用普普通通水水准准仪仪测测定定，精精度度很很难难保保证证。净净空空变变化化速速率率小小于于一一定定值值时时，围围岩岩达达到到基基本本稳稳定定，应应再再以以1 1次次/7d/7d的的量量测测频频率

219、率量量测测2 23 3周周后后方方可可结结束束量量测测，而而现现场场量量测测作作业业大大多多并并不不符符合合规规定定。当当位位移移速速率率小小于于每每天天0.2mm0.2mm时时，则则认认为为围围岩岩达达到到基基本本稳稳定定，而而对对于于浅浅埋埋、膨膨胀胀性性围围岩岩和和挤挤压压性性围围岩岩等等情情况况应应采采用用其其他他量测指标进行专门判定。量测指标进行专门判定。n n3 3、对对收收集集数数据据未未及及时时进进行行分分析析并并反反馈馈设设计计、指指导导施施工工。量量测测所所采采集集的的信信息息可可通通过过经经验验法法、回回归归法法进进行行分分析析，结结合合判判定定标标准准反反馈馈指指导导施

220、施工工。围围岩岩稳稳定定性性判判别别标标准准一一般般可可取取如如下下三三种种：根根据据实实测测位位移移（或或净净空空变变化化）或或预预计计最最终终位位移移值值判判别别；根根据据位位移移变变化化速速率率来来判判断断；根根据据围围岩岩位位移移时时态态曲曲线线判判断断。围围岩岩稳稳定定性性判判断断是是一一项项很很复复杂杂的的也也是是非非常常重重要要的的工工作作，必必须须结结合合具具体体工工程程情情况况采采用用上上述述几几种种判判别别准准则则进进行行综综合合评评判判。但但现现实实情况是，数据采集不准确，分析方法不科学，导致结论无法指导施工。情况是，数据采集不准确，分析方法不科学，导致结论无法指导施工。

221、n n4 4、数数据据采采集集不不全全面面，关关键键工工序序未未引引起起重重视视。在在隧隧道道开开挖挖支支护护过过程程中中，工工序序转转换换很很容容易易产产生生沉沉降降、形形变变异异常常，据据此此可可指指导导施施工工采采取取相相应应的的技技术术、工工艺艺及及工工序序管管理理措措施施加加以以克克服服。但但现现场场多多数数量量测测工工作作都都没没有有跟跟进进工工序序转转换换，量量测测布布点点、量量测测频频率率没没有有作作相相应应调调整整，也也无无法法发发现现施施工工工工序序的的不不合合理理安安排排，更更谈谈不不上上针针对对性性地地改改进进工工序序管管理理、促促进进工工序序合合理理转转换、指导施工工

222、艺控制了。换、指导施工工艺控制了。变形失稳变形失稳时态曲线的形态时态曲线的形态变形稳定变形稳定时态曲线的形态时态曲线的形态n n三、城市地铁施工中控制地表沉降的三、城市地铁施工中控制地表沉降的“ “五定五定” ”原则原则n n在在地地铁铁工工程程的的施施工工中中，地地表表沉沉降降事事故故发发生生的的概概率率很很高高。以以深深圳圳地地铁铁一一号号线线的的建建设设为为例例，在在施施工工期期内内，地地面面沉沉降降事事故故占占总总事事故故的的1/41/4。事事故故发发生生地地多多位位于于市市区区繁繁华华地地段段，对对工工程程周周围围的的建建筑筑物物、地地下下管管线线、施施工工安安全全、工工程程进进度度

223、及及工工程程费用都会产生严重影响。费用都会产生严重影响。n n控制地表沉降的控制地表沉降的“ “五定五定” ”原则：原则：n n1 1、沉沉降降观观测测依依据据的的基基准准点点、工工作作基基点点和和被被观观测测物物上上的的沉沉降降观观测测点点，点点位位要要稳稳定；定；n n2 2、所用仪器、设备要稳定；、所用仪器、设备要稳定；n n3 3、观测人员要稳定；、观测人员要稳定；n n4 4、观测时的环境条件基本一致；、观测时的环境条件基本一致；n n5 5、观测路线、镜位、程序和方法要固定。、观测路线、镜位、程序和方法要固定。n n以以上上措措施施在在客客观观上上尽尽量量减减少少观观测测误误差差的

224、的不不定定性性，使使所所测测的的结结果果具具有有统统一一的的趋趋向向性性，保保证证各各次次复复测测结结果果与与首首次次观观测测的的结结果果可可比比性性更更一一致致，使使所所观观测测的的沉沉降降量更真实。量更真实。基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定：基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定：第五部分第五部分隧道工程通过岩溶地质地段隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术安全风险控制技术 隧隧道道工工程程穿穿越越岩岩溶溶地地质质地地段段具具有有危危害害大大、预预防防难难的的特特点点，是是目目前前隧隧道道工工程程施施工工中中尚尚未未很很好好解解决决的的难难题题。其其主主

225、要要表表现现是是：当当施施工工冒冒然然揭揭露露岩岩溶溶时时，有有可可能能产产生生大大量量涌涌水水涌涌泥泥或或突突水水突突泥泥，造造成成重重大大安安全全事事故故。轻轻的的对对生生态态环环境境造造成成影影响响，如如引引起起水水土土流流失失、地地面面沉沉降降、地地表表及及地地下下水水径径流流改改道道等等，甚甚至至会会引引起起生生态态环环境境的的改改变变；重重则则可可能能会会引引起起洞洞毁毁人人亡亡的的灾灾难难性性事事故故，给给项项目目带带来来重重大大经经济济损损失失。（关关键键词：防突泥突水）词：防突泥突水） 要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防和控制隧要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防和控制

226、隧道施工中的地质灾害。如塌方是制约隧道快速施工的最主道施工中的地质灾害。如塌方是制约隧道快速施工的最主要因素之一，而断层、岩溶是隧道开挖过程中最常见的不要因素之一，而断层、岩溶是隧道开挖过程中最常见的不良地质现象，也是引起隧道塌方的良地质现象，也是引起隧道塌方的“ “罪魁祸首罪魁祸首” ”之一。据不之一。据不完全统计，由断层及断层破碎带、岩溶陷落柱等引起的隧完全统计，由断层及断层破碎带、岩溶陷落柱等引起的隧道塌方占塌方总数的道塌方占塌方总数的9090以上，可以说，隧道施工中发生以上，可以说，隧道施工中发生的地质灾害，几乎都与断层、岩溶有关。的地质灾害，几乎都与断层、岩溶有关。 经经过过广广大大

227、隧隧道道建建设设者者的的多多年年努努力力，我我国国在在应应对对异异常常复复杂杂岩岩溶溶地地质质隧隧道道施施工工技技术术方方面面积积累累了了丰丰富富经经验验，达达到到了了世世界界先先进进水水平平。采采用用超超前前探探测测、帷帷幕幕注注浆浆、管管棚棚预预支支护护、高高压压富富水水溶溶腔腔释释能能降降压压、迂迂回回绕绕行行、桥桥梁梁跨跨越越、防防灾灾预预警警、救救援援逃逃生生系系统统等等“ “探探” ”、“ “堵堵” ”、“ “排排” ”、“ “迂迂” ”、“ “跨跨” ”、“ “防防” ”等等综综合合施施工工技技术术手手段段和和措措施施，大大大大增增强强了了隧隧道道施施工工过过程程中中安安全全处处

228、理理大大规规模模岩岩溶溶的的能能力力。根根据据“ “多多源源协协调调原原理理” ”，选选择择一一套套有有效效的的超超前前地地质质预预测测预预报报技技术术，探探明明隧隧道道开开挖挖面面前前方方隐隐伏伏断断层层及及岩岩溶溶的的规规模模大大小小、准准确确位位置置、充充填填性性与与连连通通性性等等，采采取取针针对对性性地地处处理理方方案案，不不仅仅可可以以避避免免隧隧道道塌塌方方、突突泥泥突突水水等等灾灾害害的的发发生生，还还可可显显著著加加快快隧隧道道施施工工进进度度，节约工程施工成本，提高项目的经济效益与社会效益。节约工程施工成本，提高项目的经济效益与社会效益。n n下面以岩溶地质隧道施工为案例，

229、论述隧道工程穿越高压富水岩溶地下面以岩溶地质隧道施工为案例，论述隧道工程穿越高压富水岩溶地质地段，施工安全风险控制的关键技术问题。质地段，施工安全风险控制的关键技术问题。第一章第一章第一章第一章 岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题一、岩溶地质一、岩溶地质一、岩溶地质一、岩溶地质n n1 1、定义、定义n n岩溶是岩溶是地表水和地下水地表水和地下水对对可溶性岩层可溶性岩层经过经过化学作用和机械破坏作用化学作用和机械破坏作用而而形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。n n

230、地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为岩溶作用；岩溶地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为岩溶作用；岩溶是指由岩溶作用及其所产生的地貌现象和水文地质现象的总和是指由岩溶作用及其所产生的地貌现象和水文地质现象的总和喀斯特现象。喀斯特现象。n n注：可溶性岩石大致可分为如下三大类：注：可溶性岩石大致可分为如下三大类：n n碳酸盐类碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩等；岩石，如石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩等；n n硫酸盐类硫酸盐类岩石，如石膏、硬石膏和芒硝等；岩石，如石膏、硬石膏和芒硝等；n n卤盐类卤盐类岩石，如岩盐和钾盐。岩石，如岩盐和钾盐。2、岩溶作用结果形成

231、地下和地表的各种奇特的地貌现象；地表岩溶有：石牙、溶沟、石林、岩溶漏斗、峰林、峰丛、溶蚀洼地、孤峰与岩溶平原、盲谷、断头河、落水洞等。地下岩溶主要是溶洞和地下暗河。形成特殊的水文地质现象。n3、作用机理n岩溶形成过程中溶蚀作用的机理十分复杂。有地下水和地表水的溶蚀和沉淀、地表水的侵蚀、剥蚀和堆积，地下洞穴高压空气的冲爆和低压空气的吸蚀。地下水的机械潜蚀，冲蚀与堆积。地下洞穴的重力崩塌，坍塌与堆积等。其中主要为地表及地下水的溶蚀作用。从工程地质上讲以地下水对碳酸岩溶蚀作用为主。n n4 4、岩溶发育的基本条件、岩溶发育的基本条件n n具可溶性岩石；具可溶性岩石；n n可溶岩能提供水渗透和运移空间

232、；可溶岩能提供水渗透和运移空间；n n具溶蚀能力的水；具溶蚀能力的水；n n具良好的水循环条件（补给、排泄）。具良好的水循环条件（补给、排泄）。n n注：运动的水流加速岩溶过程，并使碳酸盐岩岩体产生注：运动的水流加速岩溶过程，并使碳酸盐岩岩体产生“ “碳、水、钙碳、水、钙” ”物质循环。物质循环。n n5 5、气候影响：、气候影响：n n它它直直接接影影响响参参与与岩岩溶溶作作用用的的水水的的溶溶蚀蚀能能力力。控控制制着着岩岩溶溶发发育育的的类类型型、速速度度和和规规模模。主主要要有有：气气温温、降降雨雨量量、降降水水性性质质、降降水水季季节节分分配配及及蒸蒸发量大小的变化。发量大小的变化。n

233、 n大气降水和气温的演变过程，提供大气降水和气温的演变过程，提供水源和水流运动的梯度场水源和水流运动的梯度场等；等；n n6 6、地貌地形的影响、地貌地形的影响n n地地貌貌条条件件是是影影响响地地下下水水循循环环交交替替条条件件的的重重要要因因素素。区区域域控控制制地地表表水水文文网的发育特点网的发育特点控制岩溶发育的总趋势。控制岩溶发育的总趋势。n n岩溶发育具有明显的叠加性和由分水岭至河谷明显增强的特征。岩溶发育具有明显的叠加性和由分水岭至河谷明显增强的特征。n n岩溶发育受可溶岩分布、构造特征和构造线方向控制。岩溶发育受可溶岩分布、构造特征和构造线方向控制。n n7 7、地质构造的影响

234、、地质构造的影响、地质构造的影响、地质构造的影响n n1 1）断裂；）断裂； 断裂构造破坏了岩层的完整性，断层带附近岩石破碎，节理裂隙特别发育，断裂构造破坏了岩层的完整性，断层带附近岩石破碎，节理裂隙特别发育，极利于岩溶水的循环及溶蚀作用的进行，岩溶常沿各种断层带发育极利于岩溶水的循环及溶蚀作用的进行，岩溶常沿各种断层带发育。 正断层带通常岩溶很发育、逆断层带岩溶一般不发育正断层带通常岩溶很发育、逆断层带岩溶一般不发育，通常上盘比下盘发，通常上盘比下盘发育；在节理裂隙的交叉处或密集带，岩溶易发育。育；在节理裂隙的交叉处或密集带，岩溶易发育。n n2) 2) 褶皱；褶皱； 褶皱轴部岩溶一般较发育

235、，单斜岩层岩溶一般顺层面发育褶皱轴部岩溶一般较发育，单斜岩层岩溶一般顺层面发育。地层不对称的。地层不对称的褶皱中，陡的一翼较缓的一翼发育。褶皱中，陡的一翼较缓的一翼发育。n n各种岩层产状条件下岩溶发育特点：各种岩层产状条件下岩溶发育特点： 产状水平或缓倾的可溶岩，其上为非可溶岩时，岩溶一般不发育；其下产状水平或缓倾的可溶岩，其上为非可溶岩时，岩溶一般不发育；其下为非可溶岩时，接触面上部岩溶一般发育；陡倾的可溶岩，上覆与下伏为非为非可溶岩时，接触面上部岩溶一般发育；陡倾的可溶岩，上覆与下伏为非可溶岩时，上下接触带处岩溶发育。可溶岩时，上下接触带处岩溶发育。n n3) 3) 岩层组合特征影响。岩

236、层组合特征影响。n n 厚而纯的碳酸盐岩，有利于形成岩溶。厚而纯的碳酸盐岩，有利于形成岩溶。n n 可溶性差的碳酸盐岩，不利于形成岩溶。可溶性差的碳酸盐岩，不利于形成岩溶。n n 碳酸盐岩夹非可溶岩。碳酸盐岩夹非可溶岩。n n 碳酸盐岩与非可溶岩石互层。碳酸盐岩与非可溶岩石互层。n n8 8、构造运动的影响、构造运动的影响、构造运动的影响、构造运动的影响n n 稳定期：侵蚀基准面（地下水位置）稳定，岩溶发育形成水平岩稳定期：侵蚀基准面（地下水位置）稳定，岩溶发育形成水平岩溶系统。溶系统。 n n 地壳上升：地下水下降，侵蚀基准面下降；侧向岩溶弱，岩溶以地壳上升：地下水下降，侵蚀基准面下降；侧向

237、岩溶弱，岩溶以垂直发育为主垂直发育为主 。n n 地壳下降：地下水循环交替好，岩溶减弱。可能造成垂直、水平地壳下降：地下水循环交替好，岩溶减弱。可能造成垂直、水平向发育岩溶叠加，比较复杂。向发育岩溶叠加，比较复杂。n n9 9、岩溶发育的三个阶段、岩溶发育的三个阶段、岩溶发育的三个阶段、岩溶发育的三个阶段n n1) 1) 形形成成阶阶段段：只只要要满满足足前前述述洞洞穴穴发发育育的的四四个个基基本本条条件件，即即可可开开始始形形成成洞洞穴穴。在在这这个个洞洞穴穴形形成成的的初初期期阶阶段段，洞洞穴穴空空间间规规模模一一般般较较小小，多多呈呈孔隙状，人们无法进入，主要表现为溶蚀现象。孔隙状，人们

238、无法进入，主要表现为溶蚀现象。n n2) 2) 发发展展阶阶段段：随随着着参参与与洞洞穴穴发发育育的的水水流流流流量量、流流速速的的增增加加，洞洞穴穴空空间间逐逐渐渐扩扩大大，发发展展成成为为具具有有一一定定规规模模的的通通道道系系统统，主主要要表表现现为为溶溶洞洞和和地下暗河。地下暗河。n n3) 3) 衰衰亡亡阶阶段段：由由于于地地壳壳抬抬升升，洞洞穴穴逐逐渐渐脱脱离离地地下下水水位位进进入入包包气气带带，失失去去了了进进一一步步发发展展的的动动力力条条件件，主主要要表表现现为为崩崩塌塌现现象象显显著著，钟钟乳乳石石类类次生化学沉积大量发育，洞穴空间逐步壅塞减小。次生化学沉积大量发育，洞穴

239、空间逐步壅塞减小。n n1010、岩溶区稳定程度评价、岩溶区稳定程度评价n n一般依据地面塌陷情况或地表形成的漏斗数目作为评价稳一般依据地面塌陷情况或地表形成的漏斗数目作为评价稳定性依据。定性依据。n n极稳定地段：极稳定地段：5050年内未发生塌陷或漏斗。年内未发生塌陷或漏斗。n n稳定地段：稳定地段：20205050年内只有一塌陷或漏斗年内只有一塌陷或漏斗/KM/KM 。n n中等稳定地段：中等稳定地段：1 12020年内只有一塌陷或漏斗年内只有一塌陷或漏斗/KM/KM 。n n不稳定地段：每年不稳定地段：每年1 15 5个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM 。n n极不稳定地段：一年内极

240、不稳定地段：一年内5-105-10个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM 。二、岩溶地区的工程地质问题n n与岩溶有关的的工程地质问题有：与岩溶有关的的工程地质问题有：n n 可溶岩石强度的降低对地基稳定性影响可溶岩石强度的降低对地基稳定性影响。n n 地表岩溶现象：溶沟、石芽、溶蚀漏斗等。地表岩溶现象：溶沟、石芽、溶蚀漏斗等。n n 地下水岩溶现象：溶洞、溶蚀裂隙、暗河等。地下水岩溶现象：溶洞、溶蚀裂隙、暗河等。n n 岩溶地区修建地下工程设施的安全稳定性岩溶地区修建地下工程设施的安全稳定性。n n岩溶地区地下水开采对环境的影响。岩溶地区地下水开采对环境的影响。n n岩溶地区由于岩溶化作用堆积

241、物上的不均匀沉降问题岩溶地区由于岩溶化作用堆积物上的不均匀沉降问题, ,引起建筑物引起建筑物地基变形破坏：如地基承载力不足、地基石不均匀沉降、地基滑动、地基变形破坏：如地基承载力不足、地基石不均匀沉降、地基滑动、地表塌陷等。地表塌陷等。三、岩溶对隧道的危害主要有四种类型n n1 1、洞洞穴穴的的存存在在使使隧隧道道全全部部或或部部分分悬悬空空，将将极极大大地地降降低低隧隧道的使用安全可靠度道的使用安全可靠度；n n2 2、岩岩溶溶水水特特别别是是当当CO3-CO3-等等可可溶溶性性物物质质含含量量增增高高时时，水水的的流通将给隧道结构带来的侵蚀作用，流通将给隧道结构带来的侵蚀作用，影响隧道的使

242、用寿命影响隧道的使用寿命；n n3 3、洞洞穴穴堆堆积积物物因因松松软软易易坍坍塌塌下下沉沉，改改变变洞洞穴穴周周边边的的应应力力分布形态，分布形态，影响隧道的结构稳定影响隧道的结构稳定；n n4 4、隧隧道道中中地地下下水水流流失失，使使隧隧道道顶顶部部地地面面岩岩溶溶塌塌陷陷，导导致致环境地质被破坏，也是造成环境地质被破坏，也是造成隧道结构不稳定隧道结构不稳定的原因。的原因。第二章第二章 岩溶高风险隧道防坍、防突技术岩溶高风险隧道防坍、防突技术一、隧道突泥突水判断标准n n按照充足理由律，突出必须同时具备以下三个条件，才能形成：按照充足理由律，突出必须同时具备以下三个条件，才能形成：n n

243、1 1、溶溶腔腔内内存存在在“ “大大体体积积的的可可流流动动性性充充填填物物” ”。小小体体积积无无妨妨不不具具有有破破坏坏能能力力，充填物不具有流动性无妨充填物不具有流动性无妨不具有势能、动能转化条件。不具有势能、动能转化条件。n n2 2、“ “高高势势能能且且有有流流动动通通道道” ”。溶溶腔腔处处于于低低位位及及无无流流动动通通道道无无妨妨不不具具有有势势能能、动能转化条件。动能转化条件。n n3 3、“ “短短时时间间” ”内内涌涌出出。若若能能控控制制排排放放，延延长长涌涌出出时时间间，小小动动能能也也不不具具有有破破坏坏能能力。力。n n“ “大大体体积积，高高势势能能” ”（

244、包包括括流流动动性性与与通通道道）是是地地质质状状态态，是是必必要要条条件件，短短时时间间涌涌出出是是充充分分条条件件。探探明明地地质质，识识别别必必要要条条件件，“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是为了消除突出的充分条件。是为了消除突出的充分条件。二、将地质预测预报纳入工序管理n n突突出出往往往往与与冒冒撞撞冒冒进进相相联联系系，短短时时间间内内巨巨大大能能量量被被释释放放，现现场场施施工工人人员员避避之之不不及及，先先脱脱衣衣后后脱脱皮皮，惨惨剧剧就就这这样样形形成成了了。防防突突必必须须杜杜绝绝冒冒撞撞冒冒进进，超超前前地地质质预预报报是是基基本本手手段段

245、。施施工工现现场场成成立立专专家家组组，专专门门对对地地质质预预测测预预报报及及重重难难技技术术问问题题进进行行联联合合攻攻关关，按按照照“ “物物探探先先行行，钻钻探探验验证证，有掘必探，先探后掘有掘必探，先探后掘” ”的原则组织施工。的原则组织施工。n n隧隧道道穿穿越越岩岩溶溶区区的的地地质质预预测测预预报报工工作作，主主要要是是对对开开挖挖面面前前方方地地质质条条件件的的预预测测，对对断断层层、长长大大节节理理裂裂隙隙、破破碎碎带带、接接触触带带、地地下下水水状状况况以以及及岩性和围岩等级进行预报。岩性和围岩等级进行预报。n n树树立立新新理理念念，确确保保不不良良地地质质不不坍坍不不

246、突突十十分分重重要要。在在强强富富水水、岩岩溶溶发发育育的的不不良良地地质质段段，“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是是我我们们采采用用的的防防突突原原则则。而而突突出出必必须须在在“ “大大体体积积，高高势势能能，短短时时间间” ”同同时时发发生生时时才才能能形形成成。“ “大大体体积积，高高势势能能” ”是是地地质质状状态态，但但时时间间是是我我们们可可以以控控制制的的。依依靠靠科科技技，探探明明地地质质是是“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”的的前前提提条条件。件。n n将将超超前前地地质质预预报报工工作作纳纳入入工工序序进进行行

247、管管理理，是是隧隧道道施施工工安安全全的的制制度度保保证证。方方法法上上，物物探探与与钻钻探探相相结结合合，是是准准确确无无误误地地探探明明前前方方地地质质状状态态的的技技术术保保证证。“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是是隧隧道道施施工工防防止止突突出出的的重重要手段。要手段。三、制定针对性的施工方案n n1 1、溶洞处理的难点分析、溶洞处理的难点分析n n溶洞处理一是方案难制定，二是难实施。溶洞处理一是方案难制定，二是难实施。n n溶溶洞洞的的大大小小、规规模模、发发育育、充充填填性性以以及及与与隧隧道道的的相相对对关关系系，这这些些边边界界条条的的排排列列组

248、组合合，保保守守计计算算大大于于十十的的二二十十三三方方，是是一一个个天天文文数数字字。而而这这些些因因素素恰恰恰恰又又是是制制定定岩岩溶溶处处理理方方案案、判判断断突突出出条条件件的的重重要要依依据据。由由于于溶溶洞洞的的边边界界条条十十分分复复杂杂，决决定定了了处处理理经经验验的的可可复复制制性性是是一一个个小小概概率率事事件件。也也就就是是说说，溶溶洞洞处处理理方方法法虽虽有有规规律律可可循循，但但经经验验不不可可简简单单复复制制。准准确确、先先进进的的地地质质预预测测、预预报报手手段段对对于于溶溶洞洞的的处处理理非非常常重重要要，探探测测结结果果越越准准确确，越越有有利利于于作作出出科

249、科学学判判断断，制制定定针针对对性性的的处处理理措措施施。如如果果对对地质情况认识不清，措施不当，就会走弯路，甚至带来安全风险。地质情况认识不清，措施不当，就会走弯路，甚至带来安全风险。方案制定流程图方案制定流程图方案制定流程图方案制定流程图超前地质预报突出性判断制定方案：针对性处理置换方式加固方式控 释制 能排 降放 压封堵隔断方式管道连通方式桥梁跨越方式绕行方式否是突出判断标准第三章第三章 施工方法施工方法一、溶洞处理动态施工程序一、溶洞处理动态施工程序n n隧道施工过岩溶地质段，物探异常区采用超前钻探，依据隧道施工过岩溶地质段，物探异常区采用超前钻探，依据探测结果针对性地制定处理方案，严

250、格按动态设计程序执探测结果针对性地制定处理方案，严格按动态设计程序执行，程序见下图。行，程序见下图。溶洞处置动态施工程序溶洞处置动态施工程序溶洞处置动态施工程序溶洞处置动态施工程序二、处置方法二、处置方法二、处置方法二、处置方法n n1 1、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶蚀地层段的处理、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶蚀地层段的处理n n施工前弄清岩土交界面的岩面起伏状况及其与隧道的空间关系。当施工前弄清岩土交界面的岩面起伏状况及其与隧道的空间关系。当地质条件复杂时，提出详细的岩溶地质补充探测建议，对前方不良地地质条件复杂时，提出详细的岩溶地质补充探测建议，对前方不良地质情况进一步探明。

251、在对地质条件有充分了解的基础上，制定安全、质情况进一步探明。在对地质条件有充分了解的基础上，制定安全、切实可行、经济合理的施工方案。切实可行、经济合理的施工方案。n n在岩土交界面起伏多变段，加强隧道开挖轮廓线周边岩体厚度的探在岩土交界面起伏多变段，加强隧道开挖轮廓线周边岩体厚度的探测，探明隧道开挖轮廓线周边岩层厚度、自身强度、节理裂隙发育情测，探明隧道开挖轮廓线周边岩层厚度、自身强度、节理裂隙发育情况，在保证围岩稳固的情况下方可采用石质围岩支护参数。况，在保证围岩稳固的情况下方可采用石质围岩支护参数。n n在岩土交界面起伏多变段，当难以保证开挖后围岩自稳的情况下。在岩土交界面起伏多变段，当难

252、以保证开挖后围岩自稳的情况下。采用大角度超前小导管预注浆、洞内超前帷幕注浆等措施，在地形条采用大角度超前小导管预注浆、洞内超前帷幕注浆等措施，在地形条件允许的情况下可采用地表注浆的方式加固围岩。件允许的情况下可采用地表注浆的方式加固围岩。n n岩土交界面对隧道开挖后围岩自稳能力有影响的地段遵循岩土交界面对隧道开挖后围岩自稳能力有影响的地段遵循“ “强支护、强支护、弱爆破弱爆破” ”的方式，尽量减少开挖引起的围岩扰动。的方式，尽量减少开挖引起的围岩扰动。n n加强溶洞相对隧道处于不同方位的溶洞探测，对溶洞处于隧道边墙加强溶洞相对隧道处于不同方位的溶洞探测，对溶洞处于隧道边墙以下、仰拱一下位置而对

253、隧道结构有影响时，可采用封闭仰拱、注浆以下、仰拱一下位置而对隧道结构有影响时，可采用封闭仰拱、注浆回填、换填等处理措施。回填、换填等处理措施。n n2 2、洞身岩溶发育段处理、洞身岩溶发育段处理n n隧道洞身段溶洞分布可能主要有以下六种形式：拱腰以上隧道洞身段溶洞分布可能主要有以下六种形式：拱腰以上小溶洞、基础及路面下小溶洞、边墙溶洞、拱腰以上无填小溶洞、基础及路面下小溶洞、边墙溶洞、拱腰以上无填充物大溶洞、拱腰以上有填充物大溶洞、基础及路面下大充物大溶洞、拱腰以上有填充物大溶洞、基础及路面下大溶洞。分别采用图溶洞。分别采用图1 1图图7 7所示七种方案进行处理。所示七种方案进行处理。图图1

254、1：小溶洞在拱腰部发育：小溶洞在拱腰部发育图图2 2：溶洞在边墙发育：溶洞在边墙发育 图图3 3：溶洞在基础及路面下发育：溶洞在基础及路面下发育图图4:4:拱腰以上无充填物大溶洞拱腰以上无充填物大溶洞 图图5:5:拱腰以上有充填物大溶洞拱腰以上有充填物大溶洞图图6:6:大溶洞在基础及路面下发育（大溶洞在基础及路面下发育（1 1） 图图7:7:大溶洞在基础及路面下发育（大溶洞在基础及路面下发育（2 2）n n特别注意：特别注意： 岩溶地段仰拱施工前，对基底进行探测（岩溶地段仰拱施工前，对基底进行探测（1515米左右），确保仰拱下一定厚度范围无溶洞，以米左右），确保仰拱下一定厚度范围无溶洞，以此确

255、保隧道施工期间及运营期间的安全。此确保隧道施工期间及运营期间的安全。n n3 3、岩溶高风险隧道施工管理、岩溶高风险隧道施工管理、岩溶高风险隧道施工管理、岩溶高风险隧道施工管理n n隧道施工通过溶洞发育强烈、暗河体系复杂、高压富水岩隧道施工通过溶洞发育强烈、暗河体系复杂、高压富水岩溶地质段时，对物探异常区必须采用超前钻探，依据溶地质段时，对物探异常区必须采用超前钻探，依据“ “突突出判断标准出判断标准” ”首先确认地质状态是否具有突出的必要条件，首先确认地质状态是否具有突出的必要条件，再针对性地制定处理方案。再针对性地制定处理方案。理念要正确n n正正确确的的理理念念是是溶溶洞洞处处理理“ “

256、有有规规律律可可循循，但但经经验验不不可可复复制制” ”，现现实实中中往往往往犯犯“ “经经验验” ”简简单单复复制制的的错错误误。探探明明隧隧道道开开挖挖前前方方的的地地质质状状态态，针针对对性性地地制制定定处处理理方方案案是是隧隧道道施施工工通通过过岩岩溶溶地地质质段段的的基基本本原原则。则。意识最重要n n必必须须提提高高对对高高风风险险岩岩溶溶隧隧道道施施工工安安全全“ “如如临临深深渊渊、如如履履薄薄冰冰、如如坐坐针针毡毡” ”的的危危机机认认识识，建建立立和和完完善善高高风风险险隧隧道道管管理理专专项项机机制制体体系系及及管管理理办办法法。分分解解、细细化化各各项项管管理理目目标标

257、，明明确确责责任任人人，落落实实责责任任制制。强强化化施施工工组组织织设设计计、专专项项技技术术方方案案及及安安全全预预案案的的编编制制与与管管理理工工作作，始始终终坚坚持持“ “以以人人为为本本” ”，把把保保证证人人的的生生命命安安全全作作为为第第一一目目标标。针针对对岩岩溶溶隧隧道道的的高高风风险险特特点点，应应始始终终坚坚持持“ “掘掘进进不不探探不不挖挖，地地质质不不明明不不挖挖” ”的的“ “两两不不挖挖” ”原原则则。紧紧紧紧抓抓住住超超前前地地质质预预报报和和方方案案制制定定两两个个关关键键技技术术环环节节，更更新新理理念念，从从施施工工工工艺艺、技技术术手手段段、工工程程措措

258、施施入入手手提提高高施施工工过过程程中中的的预预警警和和防防灾灾能能力力。强强化化施施工工人人员员的的安安全全意意识识，重重视视隧隧道道掌掌子子面面安安全全管管理理与与细节管理，配足经验丰富的专职安全员，杜绝人员的不安全行为。细节管理，配足经验丰富的专职安全员，杜绝人员的不安全行为。方法要有效n n方方法法的的选选择择有有很很强强的的针针对对性性，施施工工方方法法不不同同对对精精度度有有不不同同的的要要求求。总总体体概概念念是是，各各种种物物探探方方法法都都有有其其适适应应范范围围，准准确确率率都都不不高高。为为了了提提高高准准确确率率，摒摒弃弃单单一一方方法法，采采用用“ “多多源源协协同同

259、原原理理” ”是是一一个个正正确确路路径径。实实践践证证明明，在在物物探探异异常常区区施施加加钻钻探探验验证证是是有有效效的的预预报报方方法法。对对于于采采用用矿矿山山法法施施工工的的隧隧道道，建建议议采采用用：TSP203+YDZTSP203+YDZ直直流流电电法法+ +钻钻探探验验证证的的组组合手段。合手段。手段是基础n n物物探探远远近近搭搭配配：TSP203TSP203（远远探探）地地质质雷雷达达（近近探探）；YDZYDZ型型直直流流电电法法探探水水（远远探探）红红外外探探水水（近近探探）。钻钻探探长长短短结结合合：超超前前钻钻探探常常规规钻钻探探；地地质质素素描描综综合合分分析析判判

260、释释。将将超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作纳纳入入工工序序管管理理，为为隧隧道道安安全全掘掘进进提提供供科科学学依依据据和和制制度度保保证证，杜杜绝绝突突水水、突突泥泥等等灾灾难难性性事事故故。除除物物探探设设备备外外，还还应应配配备备性性能能优优越越、方方便便高高效效的的钻钻孔孔设设备备，长长短短结结合合，随随时时取取用用。对对超超前前地地质质预预测测预预报报钻钻孔孔设设计计、施施钻钻、验验孔孔、判判释释实实行行分分级级管管理理，责责任任到到人人。做做到到“ “物物探探先先行行、钻钻探探验验证证、有有疑疑必必探探、先先探探后后掘掘” ”及及坚坚持持“ “三三定定三三探探” ”原原则则

261、（定定人人、定定孔孔、定定检检，常常探探、密密探探、深深探探），实实施施地地表表地地质质核核查查、掌掌子子面面地地质质素素描描、物物探探、钻钻探探等等综合超前地质预报手段，确保施工安全。综合超前地质预报手段，确保施工安全。制度是保证n n将将地地质质预预测测预预报报纳纳入入工工序序管管理理、纳纳入入项项目目评评审审考考核核是是制制度度保保证证。以以往往在在隧隧道道施施工工中中，对对超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作有有很很大大的的随随意意性性，存存在在严严重重的的管管理理漏漏洞洞。事事实实证证明明，突突出出事事故故往往往往与与冒冒撞撞冒冒进进相相联联系系，根根本本原原因因是是忽忽视视了了

262、超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作。把把超超前前地地质质预预测测预预报报纳纳入入工工序序管管理理，现现场场配配足足经经验验丰丰富富的的地地质质专专业业技技术术人人员员，不不断断提提高高判判识识水水平平，实实现现时时时时监监控控。安安全全投投入入纳纳入入计计量量支支付付，强强化化安安全全储储备备；应应急急预预案案及及应应急急演演练练纳纳入入内内业业资资料料考考核核，强强化化安安全全意意识识。做做好好各各项项应应急急准准备备，在在隧隧道道的的重重要要位位置置安安装装视视频频监监控控、声声光光电电预预警警系系统统，反反坡坡掌掌子子面面里里除除摆摆放放橡橡皮皮艇艇、游游泳泳圈圈、救救生生衣衣外外

263、，还还应应有有逃逃生生绳绳、逃逃生生爬爬梯梯等等逃逃生生设设备备。在在各各个个工工作作面面、逃逃生生通通道道、隧隧道道口口安安装装摄摄像像头头，设设立立应应急急指指挥挥中中心心，一一旦旦发发生生灾灾害害，应应急急指指挥挥中中心心可可以以根根据据摄摄像像头头对对施施工工人人员员统统一一进进行行指指挥挥。加加强强进进洞洞人人员员管管理理，建建立立严严格格的的人人员员进进洞洞登登记记制制度度。平平时时，应应组组织织隧隧道道作作业业人人员员定定期期进进行行有有针针对对性性的的安安全全源源、防防灾灾、逃逃生生应应急急演演练练，将将隧隧道道灾灾害害逃逃生生措措施施、逃逃生生路路径径印印刷刷在在作作业业人人员员的的上上岗岗证证背背后后，随随时时供供作作业业人员查看，确保施工作业人员的人身安全。人员查看，确保施工作业人员的人身安全。n谢谢！ 2012 2012年年1212月月1515日修改日修改