隧道工程課程論文

1、隧道工程專題讀書報告 馮昊 20151602011t研究生課程考核試卷（適用于課程論文、提交報告）科 目： 隧道工程 教 師： 靳曉光 姓 名： 馮 昊 學(xué) 號： 20151602011t 專 業(yè)： 土木工程 類 別： 學(xué) 術(shù) 上課時間： 2015年9月至2015年12月 考 生 成 績：卷面成績平時成績課程綜合成績閱卷評語： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學(xué)研究生院制重慶大學(xué)研究生 隧道工程學(xué)課程考核要求注：1、本試卷格式用于考核方式為“提交報告”、“課程論文”、“考查”等各類別研究生課程的考核。2、要有明確的課程考核要求：如課程論文（報告）題目（范圍）、篇幅（字?jǐn)?shù)）、必須的參考資料、提交時間等

2、。并提前將課程考核試卷發(fā)給學(xué)生。3、提交課程論文撰寫格式參考重慶大學(xué)博士、碩士學(xué)位論文撰寫格式標(biāo)準(zhǔn)。課程要求：（至少完成以下三項內(nèi)容的一項）（1）根據(jù)隧道工程學(xué)講授內(nèi)容，結(jié)合自己的研究方向，翻譯一篇外文期刊論文（外國作者），并對論文進(jìn)行總結(jié)、評述（包括研究內(nèi)容、研究方法、研究過程、優(yōu)點及不足之處等）。（2）根據(jù)隧道工程學(xué)講授內(nèi)容，至少選擇3個主題進(jìn)行分析評述（包括研究現(xiàn)狀、研究方向、存在的不足、發(fā)展趨勢等），完成讀書報告。（3）結(jié)合一具體隧道工程，進(jìn)行隧道施工過程的理論分析和數(shù)值模擬（二維、三維及復(fù)雜程度根據(jù)自己的情況確定）分析，完成分析報告。報告具體要求：1）頁數(shù)大于15頁。2）研究報告或論

3、文雙面打印3）該試題附在正文前面。請以書面形式于課程結(jié)束一周內(nèi)（最遲本學(xué)期末）交到巖土館307室，同時把電子版發(fā)到j(luò)xgcqu郵箱。目 錄隧道工程專題讀書報告- 2 -0 引 言- 2 -1 隧道工程巖爆問題- 3 -1.1 概述- 3 -1.2 巖爆的研究現(xiàn)狀- 3 -1.2.1 巖爆機理- 3 -1.2.2 巖爆發(fā)生的條件- 4 -1.2.3 巖爆的分類- 6 -1.2.4 判定巖爆的依據(jù)- 6 -1.3 發(fā)展趨勢與待解決的問題- 7 -2 隧道中“水”問題的研究- 8 -2.1 概述- 8 -2.2隧道“水”問題研究現(xiàn)狀- 8 -2.2.1 隧道開挖的涌水問題- 8 -2.2.2 結(jié)構(gòu)物

4、防水- 10 -2.2.3 施工中的排水和止水- 12 -2.3 防水問題分析和展望- 15 -2.3.1 進(jìn)一步提高地下工程設(shè)計和施工的技術(shù)水平- 15 -2.3.2 防水混凝土供料和澆搗質(zhì)量問題- 16 -2.3.3 傳統(tǒng)的施工縫工藝必須革新- 16 -2.3.4 結(jié)構(gòu)防水宜采用多層防水線- 16 -2.3.5 地下結(jié)構(gòu)的防腐蝕和防霉- 16 -3 隧道圍巖分級- 18 -3.1 概述- 18 -3.2 隧道圍巖分級研究現(xiàn)狀- 18 -3.2.1 隧道圍巖分級方法- 18 -3.2.2 圍巖分級中的問題- 21 -3.3隧道圍巖等級發(fā)展趨勢- 22 -3.3.1 動態(tài)化- 22 -3.3.

5、2 定量化- 22 -3.3.3 智能化- 23 -3.3.4 信息化- 23 -參考文獻(xiàn)- 24 -隧道工程專題讀書報告0 引 言隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)發(fā)展和人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，中國的交通運輸及工程建設(shè)規(guī)模與數(shù)量在總體上呈不斷增長的趨勢。隧道作為地下通道的工程建筑物，具有其它某些工程無法比擬的優(yōu)勢，因此在數(shù)量上和建設(shè)規(guī)模上迅速上升。隧道作為交通運輸線路上的工程結(jié)構(gòu)物，具有重大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。特別是在山嶺地區(qū)可克服地形和高程障礙，改善線形，縮短里程，節(jié)省時間和減少對植被的破壞；在城市中則可減少地面用地，對疏導(dǎo)交通起到積極的作用。由此可見，隧道建設(shè)對于交通的發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。本

6、學(xué)期中，在靳曉光教授的隧道工程課程中，我們系統(tǒng)且詳細(xì)的了解了隧道在勘察設(shè)計到施工中所面臨的一系列問題，重點學(xué)習(xí)了：圍巖的分級，隧道施工中的地下水問題，隧道圍巖的巖爆問題以及隧道支護(hù)中錨桿原理和選擇等問題?，F(xiàn)結(jié)合課程內(nèi)容，在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，將本學(xué)期所學(xué)隧道工程的重點問題做出如下報告。1 隧道工程巖爆問題1.1 概述 巖爆是高地應(yīng)力條件下隧道等地下工程洞室開挖過程中,因開挖卸荷引起洞室周邊圍巖產(chǎn)生強烈的應(yīng)力分異作用,儲存于硬脆性圍巖中的彈性應(yīng)變能突然釋放且產(chǎn)生爆裂脫落、剝離、彈射甚至拋擲性等破壞現(xiàn)象的一種常見動力失穩(wěn)施工地質(zhì)災(zāi)害。世界上最早的一次巖爆于1738年發(fā)生在英國的錫礦。我國最早有記

7、錄的礦山巖爆于1933年發(fā)生在撫順勝利煤礦。據(jù)32個重點煤礦的不完全統(tǒng)計，19491985年，我國至少曾經(jīng)發(fā)生過1842起巖爆和煤爆。巖爆地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象直接威脅著施工人員、設(shè)備的安全，影響工程進(jìn)度，增加工程投資，已成為世界性的地下工程難題之一。巖爆這一現(xiàn)象自1978年首次提出至今,世界上許多國家對其給予了足夠的研究和重視,但迄今為止對巖爆的定義仍未形成統(tǒng)一的認(rèn)識。概括起來,對巖爆的定義持兩種觀點:一種以挪威專家B. F. Russense為代表,認(rèn)為只要巖石中有聲響,產(chǎn)生片幫、爆裂、剝落甚至彈射等現(xiàn)象,有新鮮破裂面產(chǎn)生即為巖爆;另一種以中國學(xué)者譚以安為代表,認(rèn)為只有產(chǎn)生彈射、拋擲性破壞者才能稱為

8、巖爆,而將無動力彈射現(xiàn)象的破裂歸屬于靜態(tài)下的脆性破壞。1.2 巖爆的研究現(xiàn)狀1.2.1 巖爆機理巖爆其本質(zhì)上是洞室圍巖劇烈破壞的體現(xiàn),其發(fā)生機理可以簡述為:初始應(yīng)力場使硬質(zhì)脆性巖體儲聚的彈性應(yīng)變能因開挖卸荷而突然釋放,導(dǎo)致圍巖應(yīng)力在局部集中,首先克服巖體的黏聚力和內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生張-剪脆性破壞,并伴隨聲響和震動,消耗部分彈性應(yīng)變能,同時將剩余的能量轉(zhuǎn)化為巖塊的動能,使圍巖急劇向動態(tài)失穩(wěn)發(fā)展,造成巖片脫離母體,向臨空方向猛烈拋擲彈(散)射。從巖爆的形成機理可知,高地應(yīng)力及圍巖二次應(yīng)力集中是形成巖爆的基本條件,開挖洞室時,必將擾動原巖的初始應(yīng)力狀態(tài),破壞洞周圍巖的初始應(yīng)力平衡,從而導(dǎo)致應(yīng)力重分布,正

9、是二次應(yīng)力的高度集中,常使圍巖應(yīng)力超過巖爆的臨界應(yīng)力,從而產(chǎn)生巖爆。但是,許多的工程實例證明圍巖應(yīng)力的高度集中不一定就會產(chǎn)生巖爆,同時還需要在巖性、巖石強度、儲能條件等方面達(dá)到相應(yīng)要求,因此巖爆的產(chǎn)生是受多因素綜合影響的。 徐林生等指出：巖爆是高地應(yīng)力條件下隧道開挖后來不及作初期支護(hù)以及加固強度不夠的情況下所發(fā)生的圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，一般二次襯砌完成后，較少再有巖爆現(xiàn)象發(fā)生。巖爆就其破壞機制而言，是一種開挖卸荷條件下高地應(yīng)力區(qū)地下硐室?guī)r體自身積蓄的大量彈性應(yīng)變能突然猛烈釋放所造成的拉張脆性或張剪脆性并存的急劇破裂或爆裂破壞災(zāi)害現(xiàn)象 一般情況下，未開挖的地下巖體為三向應(yīng)力狀態(tài)，隨著洞室及巷道的開挖，巷

10、道兩側(cè)表面圍巖為單向壓縮狀態(tài)，巷道表面頂板圍巖處于單向拉伸狀態(tài)，深部為三向應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)三向應(yīng)力狀態(tài)的巖體因開挖而成為單向壓縮或雙向壓縮狀態(tài)過程時，可能發(fā)生巖爆，圖1給出了巖爆應(yīng)力演化模型。圖1 巖爆應(yīng)力演化模型 譚以安指出，在巖爆漸進(jìn)破壞過程之中，巖爆的破壞過程氛圍三個階段：1.劈裂成板2.剪斷成塊3.塊片彈射。這三個階段所構(gòu)成的漸進(jìn)破壞過程都是很短促的。三個階段在時序及空間關(guān)系上是由洞壁向里依次重復(fù)重迭發(fā)生。1.2.2 巖爆發(fā)生的條件（1）巖爆發(fā)生的地應(yīng)力條件地下工程實踐中,通常將大于20MPa的硬質(zhì)巖體內(nèi)的初始地應(yīng)力稱為高地應(yīng)力.高地應(yīng)力是巖爆發(fā)生的必要條件.初始地應(yīng)力高,可能是構(gòu)造應(yīng)力造

11、成的,也可能是洞室埋藏深度較大所致;因而實錄巖爆現(xiàn)象可以發(fā)生在淺部,也可以發(fā)生在深部地下工程洞室圍巖中.例如,川藏公路二郎山隧道東段實測最大水平主應(yīng)力達(dá)35.3MPa,巖爆均發(fā)生在臨界深度410m以上的洞段;太平驛水電站交通隧道圍巖實測最大水平主應(yīng)力達(dá)31.3MPa,巖爆區(qū)埋深為260600m;而秦嶺隧道則在埋深約70m處就有較為嚴(yán)重的巖爆現(xiàn)象發(fā)生(注:該處實測最大水平主應(yīng)力達(dá)27.3MPa).因此,巖爆發(fā)生與否與地下工程洞室埋深狀況并不存在著密切的對應(yīng)關(guān)系.國內(nèi)外工程實踐還表明,巖爆發(fā)生部位主要集中在與巖體初始地應(yīng)力場中最大主應(yīng)力1相垂直的洞室主應(yīng)力作用面上、下角隅處附近。（2）巖體結(jié)構(gòu)及其

12、性能條件巖體結(jié)構(gòu)及其性能條件是巖爆發(fā)生與否的物質(zhì)基礎(chǔ).按照我國公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTJ026-90)中的圍巖分類,巖爆主要發(fā)生在、類圍巖中,它不發(fā)生在非常完整的圍巖中,也不發(fā)生在節(jié)理裂隙很發(fā)育的、類圍巖中,發(fā)生巖爆的巖石通常為高彈性儲能的硬脆性巖漿巖(如花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖等)和灰?guī)r、白云巖、砂巖等沉積巖以及混合花崗巖、花崗片麻巖、片麻巖、石英巖、大理巖等變質(zhì)巖。（3）地質(zhì)構(gòu)造條件 地下工程中巖爆的發(fā)生也與地質(zhì)構(gòu)造條件關(guān)系較為密切,這些巖爆總體上可以劃分為以下三種類型:第一種類型的巖爆主要發(fā)生在最大主應(yīng)力近于水平的高地應(yīng)力區(qū)和地殼中構(gòu)造應(yīng)力較為集中的部位(如褶皺翼部等),在水平構(gòu)造應(yīng)力長

13、期作用下,巖體內(nèi)儲存了足以導(dǎo)致巖爆的彈性應(yīng)變能;第二種類型的巖爆是由于斷層錯動所引起的,當(dāng)開挖靠近斷層,特別是從斷層底下通過時,地下工程開挖使作用于斷層面上的正應(yīng)力減小,從而使沿斷層面的摩擦阻力降低,引起斷層局部突然重新活動,進(jìn)而形成巖爆;這類巖爆一般多發(fā)生在構(gòu)造活動區(qū)埋深較大的地下工程中,破壞性很大;第三類巖爆主要發(fā)生在距斷裂構(gòu)造(帶)一定距離范圍的局部構(gòu)造應(yīng)力增高區(qū)洞段,它是由于斷裂構(gòu)造活動導(dǎo)致局部巖體發(fā)生松弛現(xiàn)象,從而造成了局部應(yīng)力降低帶,其應(yīng)力則向斷裂構(gòu)造(帶)兩側(cè)一定范圍的圍巖中轉(zhuǎn)移,從而造成了引發(fā)該類巖爆活動的局部構(gòu)造應(yīng)力增高區(qū).（4）水文地質(zhì)條件 發(fā)生巖爆的地下工程由于地處高地應(yīng)

14、力區(qū),因而巖體嵌合較為緊密,圍巖表面比較干燥,地下水不發(fā)育。一般有地下水活動的濕潤地段,圍巖中地應(yīng)力較易釋放,故就不易發(fā)生巖爆活動。（5）開挖施工因素 高地應(yīng)力區(qū)地下工程洞室施工過程中,如果開挖方法、工程措施等選擇不當(dāng),則會大大惡化圍巖的物理力學(xué)性能和應(yīng)力條件,從而誘發(fā)或加劇巖爆的發(fā)生.例如在相同情況下，采用掘進(jìn)機施工的隧道,就可能不發(fā)生巖爆,而采用鉆爆法施工的隧道就會發(fā)生巖爆。這是因為鉆爆法在坑道輪廓上造成的超欠挖所致,而超欠挖會造成圍巖局部高度應(yīng)力集中,并導(dǎo)致巖爆發(fā)生。隧道內(nèi)表面的凹凸不平,對巖爆的發(fā)生也具有一定的影響。因此,控制超欠挖也是控制巖爆發(fā)生的重要措施。 同時，我們了解到,在高地

15、應(yīng)力區(qū)地下洞室開挖掘進(jìn)施工過程中,若經(jīng)常在掌子面和洞壁噴撒冷水,一定程度上也可以降低表層圍巖的強度;采用超前鉆孔向硬質(zhì)巖體內(nèi)高壓均勻注水,則可以通過以下三個方面的作用來防治巖爆的發(fā)生:一是可以提前釋放彈性應(yīng)變能并將最大切向應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移;二是高壓注水的楔劈作用可以軟化、降低巖體的強度;三是高壓注水可產(chǎn)生新的張裂隙并使原有裂隙繼續(xù)擴(kuò)展,從而降低巖體儲存彈性應(yīng)變能的能力。根據(jù)國內(nèi)外地下工程巖爆防治的經(jīng)驗,高地應(yīng)力區(qū)采用鉆爆法施工時,應(yīng)短進(jìn)尺掘進(jìn),減小藥量和減少爆破頻率,控制光面爆破的效果,以減少圍巖表層應(yīng)力集中現(xiàn)象.輕微巖爆、中等巖爆區(qū):一般進(jìn)尺控制在22.5m,盡可能全斷面開挖,一次成形,以

16、減少圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)的破壞,必要時可以采用超前鉆孔應(yīng)力解除方法,形成局部應(yīng)力釋放區(qū),以減少(弱)巖爆;輕微巖爆段在開挖清撬后,一般向洞壁噴510cm厚的C20混凝土。1.2.3 巖爆的分類巖爆分類是巖爆預(yù)測和防治的基本依據(jù)之一。目前,學(xué)術(shù)界對巖爆分類還未達(dá)成一致意見。例如:汪澤斌(1988)根據(jù)國內(nèi)外34個地下工程巖爆特征,將巖爆劃分為破裂松脫型、爆裂彈射型、爆炸拋突型、沖擊地壓型、遠(yuǎn)圍巖地震型和斷裂地震型6大類;武警水電指揮部天生橋二級水電站巖爆課題組(1991)對巖爆分類有兩種標(biāo)準(zhǔn):一是按破裂程度將巖爆分為破裂松馳型和爆脫型兩大類,二是按規(guī)模將巖爆劃分為零星巖爆(長0.510 m)、成片巖

17、爆(長1020 m)和連續(xù)巖爆(長>20 m)三大型;張倬元、王士天教授等(1994)按巖爆發(fā)生部位及所釋放的能量大小,將巖爆分為三大類型,即洞室圍巖表部巖石突然破裂引起的巖爆、礦柱或大范圍圍巖突然破壞引起的巖爆、斷層錯動引起的巖爆;王蘭生教授等(1998)將巖爆類型劃分為爆裂松脫型、爆裂剝落型、爆裂彈射型和拋擲型四大類;郭志1996)也根據(jù)巖爆巖體破壞方式,將巖爆劃分為爆裂彈射型、片狀剝落型和洞壁垮塌型三大類。上述劃分方案主要是依據(jù)巖爆特征進(jìn)行的。譚以安(1988)和左文智、張齊桂(1995)等則從形成巖爆的應(yīng)力作用方式出發(fā),將巖爆類型劃分為水平應(yīng)力型、垂直應(yīng)力型、混合應(yīng)力型三大類和若

18、干亞類。徐林生對于巖爆的分類思想相近與譚以安的分類方法，分為自重應(yīng)力型、構(gòu)造應(yīng)力型、變異應(yīng)力型和綜合應(yīng)力型四大類。1.2.4 判定巖爆的依據(jù)目前，已有許多巖爆理論研究，其中主要的包括強度理論、能量理論、沖擊傾向理論、剛度理論、失穩(wěn)理論、分形理論以及突變理論。在理論和施工現(xiàn)場探測相結(jié)合基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種巖爆判據(jù)和巖爆分級，而且總結(jié)出較好的預(yù)測預(yù)報方法和防治措施。為了判斷洞室或隧洞(隧道)在何種情況下發(fā)生巖爆以及若可能發(fā)生巖爆時其嚴(yán)重程度如何，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多巖爆判據(jù)和巖爆分級。（1）E.Hoek方法： 采用隧洞最大斷面切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強度之比，分為四級，從一級至四級分別為：少

19、量片幫，嚴(yán)重片幫，需重型支護(hù)與嚴(yán)重巖爆。（2）Turchaninov方法（T方法）： Turchaninov根據(jù)科拉島希賓地塊的礦井建設(shè)經(jīng)驗，提出了巖爆活動性由洞室切向應(yīng)力和軸向應(yīng)力之和與巖石單軸抗壓強度之比確定。同樣分為四類，依次為無巖爆、可能有巖爆、肯定有巖爆與有嚴(yán)重巖爆。（3）Kidybinski方法：彈性能量(應(yīng)變能）指數(shù)判據(jù)（主要根據(jù)煤得試驗）彈性能量有彈性應(yīng)變能與損耗應(yīng)變能之比計算得。當(dāng)其大于等于5時，為強烈?guī)r爆狀態(tài)，小于2時，為無巖爆狀態(tài)，其他則為中等巖爆狀態(tài)。（4）Russense判據(jù)： Russense巖爆判別方法是根據(jù)洞室最大切向應(yīng)力與巖石點荷載強度的關(guān)系，建立了巖爆烈度關(guān)

20、系圖。把點荷載換算成巖石的單軸抗壓強度，并根據(jù)巖爆烈度關(guān)系圖判別是否有無巖爆發(fā)生。最大剪應(yīng)力與單軸抗壓強度之比越大，巖爆現(xiàn)象越嚴(yán)重。將之分為無巖爆，若巖爆，中巖爆與強巖爆。同時，必要的話，追對不同的具體隧道工程，研究人員也會針對該工程進(jìn)行確定判據(jù)，如秦嶺隧道與二郎山公路隧道。由以上幾位學(xué)者提出的判據(jù)可知，判斷巖爆是否發(fā)生及活動強度，與圍巖應(yīng)力，圍巖性質(zhì)及能量等有關(guān)。因此，表1-1能更加清晰的表現(xiàn)出各個判別標(biāo)準(zhǔn)所運用到的應(yīng)力參數(shù)。表1-1巖爆判別指標(biāo)由上表可以看出，目前的這幾項判別準(zhǔn)則之中，更多的利用的是圍巖最大切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強度。1.3 發(fā)展趨勢與待解決的問題 對巖爆發(fā)生的機理與評判標(biāo)

21、準(zhǔn)仍舊處于探索之中，至今，國內(nèi)外未有一套完整體系能夠?qū)r爆現(xiàn)象全面的定義，評判，分類。各種巖爆判據(jù)對工程的適用性還有待探討，而新思想也將不斷的融入于巖爆的研究之中。 其次，目前在對巖爆有了基本了解之后，學(xué)者們紛紛投入于巖爆預(yù)測的研究之中,現(xiàn)有的預(yù)測方法主要為(1) 工程類比法：(2) 理論分析方法(3) 現(xiàn)場實測方法。隨著研究的深入，巖爆預(yù)測的方法將更加準(zhǔn)確，耐用，便捷。 巖爆是長大隧道施工中發(fā)生頻率較高的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，巖爆研究對于隧道的勘測設(shè)計、施工組織及安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。巖爆機理研究是巖爆預(yù)測及控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ);由于現(xiàn)有理論的不完善,以之為基礎(chǔ)的預(yù)報體系及控制技術(shù)還不能對巖爆

22、災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報和有效控制。 近年來，學(xué)者們專注于對巖爆產(chǎn)生機理與預(yù)測的研究，忽略了對有巖爆傾向性開挖空間的有效防護(hù)理論與技術(shù)的研究,因此相對來說對巖爆防治措施的研究較少。相對于產(chǎn)生機理與預(yù)測，有效的防護(hù)也是相當(dāng)重要的。在設(shè)計路線無法改變的情況下，需要做的便是在施工過程中及掘進(jìn)后，利用一系列防護(hù)手段來減少巖爆發(fā)生的可能性。2 隧道中“水”問題的研究2.1 概述水，不僅是影響隧道正常施工的因素之一，也是影響歲到正常運營的因素之一。眾所周知，隧道施工地下水問題是與隧道工程伴生的，并伴隨著隧道工程施工的整個過程。隧道施工時的涌水問題不僅對作業(yè)環(huán)境有影響，也會使掌子面不穩(wěn)定，影響錨噴混凝土的施工質(zhì)量。

23、特別是在有大量高壓涌水的情況下，常常釀成重大事故。隧道水害整治的方法歸納起來就是：防、截、堵、排相結(jié)合，因地制宜，綜合整治。對于具體的隧道水害問題，應(yīng)按照工程的實際情況選用合理的整治技術(shù)。隧道工程實踐表明，地下水的存在是難免的，但它對工程的危害是可以避免和減少的，因此，如何較好地整治隧道水害成了一項艱巨而又重要的任務(wù)。2.2隧道“水”問題研究現(xiàn)狀2.2.1 隧道開挖的涌水問題 眾所周知，隧道施工地下水問題是與隧道工程伴生的，并伴隨著隧道工程施工的整個過程。隧道施工時的涌水問題不僅對作業(yè)環(huán)境有影響，也會使掌子面不穩(wěn)定，影響錨噴混凝土的施工質(zhì)量。特別是在有大量高壓涌水的情況下，常常釀成重大事故。隧

24、道中的涌水問題整理如表2-1所示。原因或環(huán)境直接作用預(yù)計的現(xiàn)象和影響滲透水軟巖的軟化促進(jìn)破碎帶、裂隙剝離粘土的膨脹無凝集力圍巖的流動化土壓增大側(cè)壁崩塌的誘因吸水膨脹圍巖流變圍巖崩塌、喪失穩(wěn)定接近涌水帶隔水墻的破壞掌子面圍巖的崩塌、流失坑道淹沒排水設(shè)備過小排水不良洞內(nèi)環(huán)境不良支護(hù)基礎(chǔ)承載力降低集中涌水流速大、水深掩埋掌子面設(shè)備作業(yè)危險停止施工豎井、斜井泵排水洞內(nèi)積水地下水的繼續(xù)流出地下水位降低水源枯竭水位降低海岸部海水侵入表2-1 隧道開挖中的涌水問題掌子面開挖中或支護(hù)完成之前，掌子面保持一定時間的自穩(wěn)是隧道施工方法的前提。次自穩(wěn)性，主要是與構(gòu)成掌子面地質(zhì)的力學(xué)強度特性有關(guān)。在掌子面因滲透壓而會

25、出現(xiàn)崩塌流出等現(xiàn)象，使其強度降低。特別是在未固結(jié)的圍巖中，因初始強度低，伴隨涌水會造成掌子面坍塌現(xiàn)象。在未固結(jié)圍巖中，如降低水位過度，會出現(xiàn)干燥流沙現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)條件，考慮其滲透性，在可能的凝聚力的條件下，調(diào)整和控制含水比是很重要的。掌子面有涌水時，涌水易向支護(hù)底部集中而妨礙作業(yè)，同時使底部圍巖劣化，因底部壓密而造成支護(hù)變異和斷面異常等。側(cè)臂有涌水時，噴混凝土?xí)掣讲涣?，或不能施工。對一定程度的涌水，可增加速凝劑的添加量，或采用金屬網(wǎng)等，提高混凝土的粘附性。因施工后的涌水沖刷，會在襯砌與圍巖之間形成空洞等附著不良現(xiàn)象，要十分注意。施工時，將涌水部分集中進(jìn)行排水是很重要的。周邊涌水是造成施工效率

26、大幅度降低的匯總要原因。涌水一般向隧道坡度低的一側(cè)流動，在逆坡施工時，需要強制排水。在易于泥化的地質(zhì)條件下，不能利用坡度排水，需要配置組后的水泵。對土法的大量涌水，要增加輔助設(shè)備。從豎井或斜井開挖時，要有獨立的排水電源，并準(zhǔn)備好預(yù)備電源。因涌水使路基地層劣化，施工效率降低，重型機械的行走不安全等，這是造成洞內(nèi)事故的直接原因。必須對洞內(nèi)排水給予足夠注意?？障端畷档蛧鷰r的內(nèi)摩擦角，危及掌子面的自穩(wěn)性，滲透水流也會造成細(xì)粒流失的現(xiàn)象。涌水的沖刷會在噴混凝土的背后造成空洞，而在以后的水的作用下，空洞會逐漸擴(kuò)大，造成隧道變異和二次襯砌質(zhì)量降低。二次襯砌施工前，要充分調(diào)查漏水地點的背后是否有空洞，必要時

27、，應(yīng)用砂漿充填和設(shè)置導(dǎo)水系統(tǒng)、防水板等。施工后，因隧道周邊滲水的存在，在仰拱或路基下的分界處，會形成積水，此積水的侵蝕有時會形成圍巖空洞。有此種可能的情況時，要鋪設(shè)中央集水管或調(diào)查洞內(nèi)水溝的高程。 因隧道施工而采用降低水位方法時，會形成周邊地層的壓密下沉，這是造成地表下沉的重要原因。在施工前就要考慮地層的特性，作好施工計劃。特別是有地面結(jié)構(gòu)物時，要調(diào)整變更止水方法。同樣地，因地下水位的降低也會造成水資源、水文環(huán)境的很大變化，對水利用會造成很大的影響。為了保障隧道施工的順利進(jìn)行，同時盡最大力度保護(hù)維持當(dāng)?shù)卦械刭|(zhì)地貌環(huán)境，需要經(jīng)濟(jì)合理的處理地下水，最大可能的減小對隧道施工的影響。目前，處理地下水

28、處理對策主要集中在兩方面：一，結(jié)構(gòu)物的防水，排水。二，施工中的止水和排水。兩者既有區(qū)別又有聯(lián)系。本次我們重點討論施工中的止水和排水。2.2.2 結(jié)構(gòu)物防水隧道結(jié)構(gòu)物的防水和排水問題，在建國初期，我國修建的鐵路隧道，是以混凝土自身的防水性能和向襯砌背后注漿為主要的防水方法，只要工藝到位，就可以滿足結(jié)構(gòu)的防水要求。今天，隨著新型防水材料及防水板的出現(xiàn)，隧道的防水技術(shù)有了新的發(fā)展進(jìn)步，因此老式的防水方法逐漸被淘汰，而用防水板取代。其負(fù)面的效果就是忽略了混凝土的自身防水效果。防水的一個基本原則，就是不容許地下水進(jìn)入隧道內(nèi)，而應(yīng)該從隧道背后排出，即要在隧道的襯砌背后設(shè)置通暢的排水設(shè)施，而隧道內(nèi)部也需要設(shè)

29、置排水溝等為洞內(nèi)的清潔水，雨水的排出。因此在隧道的排水上不存在以“堵”為主，還是以“排”為主，地下結(jié)構(gòu)在任何情況下都要滿足防水的要求。 表2-2不同防水等級的適用范圍 電氣化鐵路隧道，地下鐵道區(qū)間隧道，城市公路隧道，公路隧道等一般屬于二級防水要求，而地下鐵道車站則屬于對防水有嚴(yán)格要求的場所，一般定位為一級。在一般情況下，防水等級的標(biāo)準(zhǔn)可參考表2-3的規(guī)定。 表2-3地下工程防水等級標(biāo)準(zhǔn) 2.2.2.1 自防水技術(shù) 襯砌的自防水技術(shù)包括兩個方面：一個是采用防水混凝土；一個是處理好各種施工縫，變形縫的防水。 2.2.2.2 施工縫、變形縫的防水 防水混凝土的自身防水性能是比較好的，只要施工工藝按照

30、要求操作，就可以獲得滿意的防水效果。但是施工縫，變形縫等防水薄弱環(huán)節(jié)如果處理不好，防水混凝土也就會失去防水作用，因此，做好施工縫，變形縫的防水是極為重要的。 （1）首先，防水混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，宜少留施工縫。當(dāng)需要留設(shè)施工縫是需要按照相關(guān)規(guī)范施工。 （2）變形縫應(yīng)滿足密封防水，適應(yīng)變形，施工方便，檢查容易等要求。 2.2.2.3 防水板、噴射防水膜 防水板是保證隧道防水功能的重要措施，但其本身也存在著很多的問題，突出的表現(xiàn)在防水板的質(zhì)量上，以及施工中的不規(guī)范操作等都嚴(yán)重的影響著防水板的防水功能。鑒于此，目前各國都在尋找新的防水方法，日，美，德等國的科學(xué)家首先提出用噴射成膜法去消除防水板的缺點，并

31、付諸行動，取得了寶貴的實踐經(jīng)驗。 2.2.2.4 隧道排水 在排水型隧道中必須做好襯砌背后的排水系統(tǒng)，使水流通暢的排出。一般的來說，隧道襯砌排水系統(tǒng)的構(gòu)造如圖2-1： 圖 2-1 襯砌背后的排水構(gòu)造（單位：mm）1-初期支護(hù) 2-盲溝 3-主體結(jié)構(gòu) 4-中心排水盲溝 5-橫向排水溝 6-排水明溝 7-縱向排水溝8-隔漿層 9-引流井 10-無紡布 11-無砂混凝土 12-管座混凝土襯砌背后的圍巖滲漏水可通過盲溝，盲管，暗溝導(dǎo)入基底襯砌背后的排水系統(tǒng)中排出。通常，涌水沿著防水板背后流下，到襯砌背后下部集中后，通過導(dǎo)水溝導(dǎo)入中央排水管，排出隧道。這些通道，即使一部分被土砂和混凝土等堵塞，就會破壞導(dǎo)

32、水功能，對襯砌產(chǎn)生不良的影響。在襯砌背后下部設(shè)置的集水管，要用防水板包裹后充分固定并小心施工。集水管和導(dǎo)水管的結(jié)合部位易漏水，因此要采用防水板和橡膠等確保其充分的防水性。2.2.3 施工中的排水和止水 施工中的排水和止水常常是與圍巖的加固聯(lián)系在一起的。實際中，排水和止水是常常不能截然分開的，因此，排水和止水相互配合的方法是我們經(jīng)常采用的方法。隧道施工中的山嶺隧道中通常采用的地下水對策列于表2-4。表2-4 山嶺隧道的地下水對策基本方法劃分方法排水重力排水排水鉆孔，排水坑道強制排水井點降水并用上述方法并用止水壓注壓氣凍結(jié)并用壓注，壓氣，止水，排水等并用2.2.3.1 排水方法一般施工中的排水方法

33、有利用重力的自然排出的排水鉆孔，排水坑道以及利用井點的強制排水方法。1. 排水鉆孔與排水行道 排水鉆孔一般是根據(jù)鉆孔的長度進(jìn)行分類的，表2-5是一個分類的標(biāo)準(zhǔn)。表2-5 排水鉆孔的分類類別長度工法有無巖芯施工位置采用機械A(chǔ)大于500m雙重管法無-有從斷面外旋轉(zhuǎn)式，55KV級B300m左右雙重管法無-有從斷面外旋轉(zhuǎn)式，30-55KV級C30-60m左右無巖芯方式無從掌子面中心旋轉(zhuǎn)式，30KV級D10-30m左右無巖芯方式無從掌子面中心沖擊式E3m左右無巖芯方式無從掌子面中心沖擊式（1）排水鉆孔的設(shè)置場所 在洞內(nèi)進(jìn)行施工的時候，鉆孔的設(shè)置場所，在短臺階法中可考慮設(shè)計在上半段面和下半斷面。在短尺鉆孔

34、的場合，從上半斷面施工是經(jīng)濟(jì)的。但是在施工后排水效果有問題時，如需要追加鉆孔的話，有必要從掌子面的下方位置施工。長鉆尺鉆孔的場合，為確保大型機械的操作空間，避免作業(yè)間的干擾，應(yīng)在斷面外進(jìn)行開挖。（2）鉆孔長度 鉆孔的長度應(yīng)根據(jù)開挖目的，調(diào)查要求以及搭接長度等決定。（3）鉆孔方向 對應(yīng)止水層的分布狀態(tài)，需研究最有效率的鉆孔方向，一般在短尺鉆孔的場合最好按距滯水層最短的距離設(shè)計，盡量靠近隧道。在長鉆尺的場合也是一樣的。2. 降低地下水位工法 開挖工程中，對地下水位高的場合，要排出地下水，在無水安全的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。為此要采取隔斷地下水或排水措施?？捎贸樗门懦鲇克?，以保持地下水位在開挖面一下，還可

35、以強化地層，保持地層的穩(wěn)定。 一般來說降低地下水位的方法有：從地表降低地下水位的方法；從隧道內(nèi)降低地下水位的方法。 由于地表條件的限制，有時不能在地面設(shè)淺井點。這種條件下，可在隧道內(nèi)設(shè)淺井點，水平鉆孔或超前坑道等降低地下水位。在隧道內(nèi)部修深井點，應(yīng)向隧道下方或斜下方鉆深井點，進(jìn)行抽水。一般地，在開挖工程中多采用降水槽，井點降水，深井點降水及真空深井點降水等方法。2.2.3.2 止水方法根據(jù)施工經(jīng)驗，一般在僅僅實施降低地下水位工法不能獲得充分的降水效果時，為保護(hù)環(huán)境不能降水時，水底隧道等涌水的供水無限時情況下，需要采取止水方法，施工中使用較多的止水方法主要有：壓注法，壓水法和凍結(jié)法等，根據(jù)圍巖性

36、質(zhì)的不同一般采取的止水方法是不同的。不管在何種地質(zhì)環(huán)境條件下，僅僅采用止水方法單一措施是難于達(dá)到完全的止水效果的，要根據(jù)具體工程的圍巖條件，周邊的環(huán)境條件，同時采用壓注法和降低地下水位的方法，才能獲得經(jīng)濟(jì)合理的效果。壓注法 壓注法是向地層中注漿，造成固結(jié)土，降低地層的透水性，同時強化底層的方法，從壓注目的和壓注機理來看，可分為充填巖層裂隙的巖層壓注和固化土質(zhì)地層為目的的地層壓注。壓注止水法，目前想要達(dá)到完全止水的目的是不可能的，其目標(biāo)僅僅是在隧道周圍一定的范圍內(nèi)提高圍巖的止水性能，把透水系數(shù)提高到某一基準(zhǔn)值。 壓注的方式一般主要有：從地表面進(jìn)行壓注，從隧道洞內(nèi)壓注，利用超前導(dǎo)坑進(jìn)行壓注。 在壓

37、注材料的選擇上，通常是根據(jù)施工目的和地質(zhì)條件選定，在初步選擇時可參考表3-3選擇。表2-6 壓注材料選擇參考表 壓注工法的選擇，在施工中要根據(jù)漿液的凝固時間，特性和壓注手段等有許多的方法，目前采用的方法大致按表2-7分類。表2-7壓注工法的種類 壓注范圍指用漿液能均勻改良土的范圍，可按圖2-2的例子進(jìn)行設(shè)定，但在實際的壓注中因地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，幾乎很難采用理論的方法，因此多根據(jù)經(jīng)驗確定。圖2-2 壓注范圍 壓注量的選擇，要根據(jù)壓注目的，并考慮土質(zhì)，孔隙率，漿液的種類，壓注方法等決定。壓注法的效果管理，需要綜合評價，主要方法有：根據(jù)壓注壓力推定，根據(jù)對開挖后的掌子面狀況目視推定，根據(jù)土質(zhì)實驗推定

38、，在有可能的條件下，應(yīng)采用土質(zhì)實驗的方法確定。2.3 防水問題分析和展望 2.3.1 進(jìn)一步提高地下工程設(shè)計和施工的技術(shù)水平 以上海地鐵二個剛完成主體結(jié)構(gòu)時的車站施工為例,從其滲漏水統(tǒng)計資料得到的數(shù)據(jù)顯示,經(jīng)同一技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)部門審批,采用相同的施工組織設(shè)計、施工工藝(包括施工管理水平),即使由二個不同施工隊伍去實施,最后漏點頻率相近。這就充分說明,按此施工工藝(包括施工管理水平)最后的防水效果只能達(dá)到這樣水平。欲要提高防水效果必須從根本上改進(jìn)全套施工工藝(包括管理水平)。目前,上海地區(qū)采用非剛性接縫施工的地下連續(xù)墻接縫處漏水率很大(80%左右),再加上其它因素造成墻滲漏水率更高。2.3.2 防水混

39、凝土供料和澆搗質(zhì)量問題 商品混凝土攪拌站級配發(fā)生失誤在工程中屢有發(fā)生,尤其是在前10年左右建立的老式稱量系統(tǒng)準(zhǔn)確率較差。最近5年采用引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)得到提高,但事實上也有過配料錯誤、減水劑自動控制閥失靈等事故。更多是發(fā)生在攪拌車到了現(xiàn)場,在場施工人員隨便加水,這在夏天高溫時發(fā)生較多,這是大面積型滲漏水肇事根源之一。 雖然商品混凝土施工工藝對坍落度要求增大到12cm左右,一般情況下單純性因漏振而造成滲漏水機率已減少,但在斷面復(fù)雜和突變形狀下有時發(fā)生蜂窩、露筋。解決辦法是嚴(yán)格質(zhì)保體系和質(zhì)保獎罰制度,當(dāng)然對復(fù)雜斷面要認(rèn)真做好澆搗前準(zhǔn)備工作,具體落實技術(shù)措施,例如增加門子板等。2.3.3 傳統(tǒng)的施工縫工

40、藝必須革新 內(nèi)襯側(cè)墻施工縫處理工藝采用傳統(tǒng)的鑿毛做法,滲漏水現(xiàn)象較嚴(yán)重,約占整個接縫長度20%是漏水的(因冷接縫造成漏水點尚不包括在內(nèi)),特別在鑿毛大量采用風(fēng)鎬,很難做到“精工細(xì)作”的要求。上海地鐵車站防水要求在施工縫中設(shè)置遇水膨脹膩子,在工藝設(shè)計上有了改進(jìn),但是如何在鑿毛后高低不平表面粘好防水條,尚未很好解決操作工序。在澆搗混凝土的過程中會出在防水膩子被局部損壞,所以尚需加強質(zhì)量管理工作。2.3.4 結(jié)構(gòu)防水宜采用多層防水線 隧道和地下工程結(jié)構(gòu)防水,采用多層次防水線是我國多年來施工經(jīng)驗的概括。目前,我國隧道和地下工程多層次防水線的做法是:第一道防水線:初期支護(hù)加背后注漿,初次支護(hù)一般都采用噴

41、射混凝土,視地質(zhì)條件決定噴射混凝土是否加鋼筋和網(wǎng)構(gòu)拱架;第二道防水線:在初期支護(hù)與二次模注混凝土間設(shè)置封閉的塑料防水板隔水層,其作用是防止二次模注混凝土開裂,并起到隔水和防水作用;第三道防水線:二次模注采用抗?jié)B等級高的防水混凝土,并做好接頭縫的處理。實踐證明,只要認(rèn)真做好每一道防水線,其防水效果還是比較理想的。2.3.5 地下結(jié)構(gòu)的防腐蝕和防霉 暴露于干濕交替循環(huán)的混凝土,由于地下水位的標(biāo)高起伏等原因,極易發(fā)生侵蝕。不斷重復(fù)循環(huán)的干濕過程就會導(dǎo)致在混凝土和罩面層區(qū)內(nèi)的鹽分濃度迅速增加。如果這些鹽分是侵蝕性的話,則混凝土質(zhì)量惡化的情況就會發(fā)生。當(dāng)混凝土表面沉積侵蝕性鹽類時,可通過定期清洗來除去鹽

42、的沉淀物,通過重新嵌縫或是將滲漏的施工縫密封來消除侵人水的源頭藝對隧道的內(nèi)側(cè)表面涂覆保護(hù)性的、不起吸附作用的涂料,亦能起到停止鹽類侵蝕的保護(hù)作用。由于地下工程構(gòu)筑物的周圍是土壤,而土壤中含有大量霉菌、細(xì)菌、放射菌等微生物,因而防水材料會被霉菌侵蝕,會造成這些材料的劣化而影響工程質(zhì)量,這是不容忽視的。 據(jù)國外資料報道,用天然橡膠、氯丁膠、聚氨醋橡膠做長期的土埋試驗,8年后其抗張強度損失大于51%。因此,必須采取防水措施,而行之有效的方法通常是采用添加防霉劑等措施。防霉劑主要應(yīng)具有高效的抑菌作用、性質(zhì)穩(wěn)定、不易分解、不影響原材料和對人體低毒甚至無毒等特點。 系列防水材料的研究和推廣,是提高產(chǎn)品質(zhì)量

43、、降低防水工程成本的一個有效途徑。隨著煤化學(xué)、石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,為建筑工程防水材料的研制,提供了廉價的合成樹脂、合成橡膠,改變了以單一的瀝青作為建筑防水材料的局面。高分子復(fù)合材料的發(fā)展,進(jìn)一步開闊了材料來源。一種合成材料可以根據(jù)其用途加工成不同的形態(tài)。如聚乙烯、聚氨酷等可以制成硬的,也可以制成軟的,其軟硬程度也可以不同。人們根據(jù)工程實際需要,選擇和研究經(jīng)濟(jì)效果最好的防水材料,可以充分發(fā)揮高分子復(fù)合材料的特性,提高防水工程質(zhì)量,降低工程成本。3 隧道圍巖分級3.1 概述 工程巖體分級實際上是通過巖體的一些簡單和容易實測的指標(biāo),把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來, 并借鑒已建工程的經(jīng)驗教訓(xùn)

44、,對巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。其目的是通過分級,概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞,為工程設(shè)計和施工方法的選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。 隧道圍巖分級是當(dāng)今隧道工程穩(wěn)定性評價中應(yīng)用最多、最廣泛、實踐經(jīng)驗較豐富而又簡便實用的經(jīng)驗分析模型，它不僅是隧道穩(wěn)定性評價的基礎(chǔ)，也是正確指導(dǎo)設(shè)計、合理制訂施工方案的重要保證，更是隧道工程投資預(yù)算的主要依據(jù)。3.2 隧道圍巖分級研究現(xiàn)狀3.2.1 隧道圍巖分級方法3.2.1.1單一因素分級法： 這種分級按圍巖體的某一影響因素，采用某一物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分級，見表3-l。表3-1 單因素單指標(biāo)分級分級名稱f備注普式巖石分級（前蘇聯(lián)）RC堅固性系數(shù)一般用f=RC/100，破

45、碎巖f=tan隧道圍巖分級SC-以抗壓強度的分級E/RL-模壓比分級（Deere D.U）E僅能反應(yīng)巖石的致密程度彈性系數(shù)分級EOM/Es只能大致地反映巖體的完整性3.2.1.2多種因素綜合分級考慮多種種因素組合的分級是以大量實踐資料為基礎(chǔ)的，它同時引進(jìn)了圍巖體的動態(tài)分析，故對判斷圍巖的穩(wěn)定性是比較合理和可靠的，也具有一定的理論意義，是圍巖分級研究中一個有發(fā)展前途的方法。當(dāng)前，國內(nèi)外多因素分級的方法可歸納為以下幾種： 表3-2 多因素單指標(biāo)的分級分級名稱指標(biāo)包含影響因素K.Terzaghi巖石載荷分級P地質(zhì)和工程因素H.Lauffer穩(wěn)定時間分級T地質(zhì)和工程因素Deere D.U.巖石質(zhì)量指標(biāo)

46、分級RQD是巖石強度、節(jié)理頻率、蝕變密度、充填物等綜合指標(biāo)彈性波速度分級VP是巖石強度、密度、孔隙率和彈性系數(shù)及裂隙發(fā)育程度的綜合指標(biāo)除了以上幾種方法之外，在目前的隧道施工過程中，除了爆破法之外，全斷面隧道掘進(jìn)機即TBM被運用的越來越廣泛。目前的一些隧道圍巖分級(或稱分類)方法，大多數(shù)乃是針對隧道圍巖穩(wěn)定性等級的劃分而提出的，難以滿足 TBM 施工條件下的隧道施工需要。因此，何發(fā)亮等在圍巖穩(wěn)定性等級劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)影響TBM工作條件的4個主要地質(zhì)因素：巖石的單軸抗壓強度、巖體的完整程度(裂隙化程度)、巖石的耐磨性和巖石的硬度，進(jìn)行 TBM 施工條件下的隧道圍巖分級，符合 TBM 施工條件下隧

47、道圍巖分級主要應(yīng)針對工程巖體可掘進(jìn)性的原則要求。這種分級方法認(rèn)為，巖體質(zhì)量是多種因素的函數(shù)，按表達(dá)方式有積商法與和差法2種，見表3-3表3-3 積商法與和差法確定性模型分級名稱巖體質(zhì)量系數(shù)表達(dá)式參數(shù)含義積商模型NBarton1974年的巖體質(zhì)量Q分級RQD/Jn-塊體尺寸Jr/Ja-塊體間的抗剪強度Jw/SRF-作用應(yīng)力谷德振、黃鼎成1979年的巖體質(zhì)量系數(shù)分級Z=IFSI-巖體的完整性系數(shù)f-結(jié)構(gòu)面的抗剪性系數(shù)S-巖石的堅固性系數(shù)和差模型Wicham GE1972年的巖石結(jié)構(gòu)等級（RSR）分級RSR=(A+B+C)%A-指一般地質(zhì)狀態(tài)，包括巖石類型軟硬及地質(zhì)構(gòu)造的影響B(tài)-指節(jié)理產(chǎn)狀，隧洞軸與

48、節(jié)理走向關(guān)系C-指地下水影響Z.T.Bleniawski 1974年的巖石等級數(shù)分級（RMR）RMR+(Rc+節(jié)理狀態(tài)+節(jié)理間距+地下水影響+節(jié)理方位修正參數(shù))%RcSs-巖石單軸抗壓強度RQD-巖石質(zhì)量指標(biāo)（節(jié)理方位修正參數(shù)）03.2.1.3不確定性模型 巖體力學(xué)問題通常帶有不確定性，如隨機性、模糊性和未確知性。隧道圍巖分級的不確定性模型分為隨機模型、模糊性模型和灰色模型等。 (1)隨機模型 隨機性思維的數(shù)學(xué)描述是概率論，它彌補了經(jīng)典因果律的不足，用可能性取代必然性。高謙等在1994年提出了采場巷道圍巖分類的概率統(tǒng)計分析方法，并應(yīng)用到實際工程當(dāng)中。該圍巖分級方法，將復(fù)雜圍巖體穩(wěn)定性問題視為一

49、個隨機性問題，用數(shù)學(xué)理論方法，對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，并進(jìn)行驗證討論，進(jìn)行修正，同時結(jié)合其對圍巖的綜合分析，最終將這些方法應(yīng)用到隧道圍巖分級以及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析中對圍巖穩(wěn)定性評價警戒值的確定上。 (2)模糊模型 隧道圍巖分級方法中包含參數(shù)較多，而有些參數(shù)難以準(zhǔn)確測定，加之巖體工程力學(xué)行為及其變形、破壞機理的不確定性和不確知性。對此情況，不少學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)的方法加以處理。日本的鈴木昌次等提出了采用模糊回歸分析進(jìn)行巖體分類的方法，對花崗巖、粘板巖及片巖地層中隧道圍巖分類基準(zhǔn)式進(jìn)行了推導(dǎo)。鐵二院莫君政等對，類圍巖的既有117座隧道洞口的圍巖分類、洞身的埋置深度及施工安全程度等情況進(jìn)行統(tǒng)計，求得

50、不同洞身埋置深度對于圍巖穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)，從而推導(dǎo)出圍巖穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)。 (3)灰色模型 由于地下工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性及受地質(zhì)勘察手段所限，尚不能獲得準(zhǔn)確判定圍巖級別的全部數(shù)據(jù)，因此圍巖級別判別也就只能靠經(jīng)驗的定性的方法?；疑到y(tǒng)理論是針對既無經(jīng)驗，數(shù)據(jù)又少的不確定性問題，即“少數(shù)據(jù)不確定性”問題提出的哺。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論對隧道圍巖進(jìn)行聚類分析，僅依靠少數(shù)指標(biāo)，按影響分級的主要因素聚類，即可定量化確定圍巖級別，且數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)，概念清晰，評價結(jié)果可靠?；诖耍瑒⒖岛吞岢隽嘶疑垲愒趪鷰r穩(wěn)定性分類中的應(yīng)用，劉玉國也提出了地下工程圍巖穩(wěn)定性灰色評價模型與應(yīng)用。3.2.1.4圍巖分級智能系統(tǒng)(1)專

51、家系統(tǒng) 在隧道穩(wěn)定性評價系統(tǒng)中，涉及的知識和數(shù)據(jù)是多種多樣的，其間存在大量的定性描述和邏輯關(guān)系。1984年HHEinstei等人首先發(fā)表了題為人工智能在巖石力學(xué)中的應(yīng)用的論文。1985年Fairhurst提出用模糊數(shù)學(xué)結(jié)合專家系統(tǒng)解決隧道支護(hù)問題，隨后巖體工程領(lǐng)域陸續(xù)出現(xiàn)了一些專家系統(tǒng)。鐵路隧道圍巖分類的專家系統(tǒng)，程士俊研制的鐵路隧道圍巖分類專家系統(tǒng)均屬此類。但是，盡管目前專家系統(tǒng)研制和開發(fā)的很多，而達(dá)到適用程度的少。1997年李世輝等提出從定性到定量的綜合集成法是比較可行的途徑。(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種智能科學(xué)，它具有極強的自學(xué)習(xí)、非線性動態(tài)和并行

52、分布式處理能力。在處理信息十分復(fù)雜、背景知識不清楚、推理規(guī)則不明確的問題時，尤其凸現(xiàn)其獨特的優(yōu)越性。1998年張玉祥展示了其對巷道圍巖穩(wěn)定性識別模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊數(shù)學(xué)的研究成果。武漢科技大學(xué)的雷學(xué)文等運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，建立了圍巖穩(wěn)定性分類的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為隧道圍巖問題的解決提供了一種強有力的理論工具。3.2.1.5巖體力學(xué)介質(zhì)分級 1975年國家建委提出的人工洞室圍巖分類，及1981年水電部東北院提出的地下洞室圍巖分類等均屬巖體力學(xué)介質(zhì)分級之列。這種分級方法首先是將巖體劃分為不同力學(xué)屬性的介質(zhì)類型，再跟據(jù)其力學(xué)介質(zhì)類型確定力學(xué)模型和圍巖應(yīng)力計算理論與方法，從而評價圍

53、巖的穩(wěn)定性和進(jìn)行合理的支護(hù)設(shè)計忙。3.2.1.6特殊巖類分級對于特殊巖類(如具膨脹性的巖石)，用一般的分級方法是不合適的，必須根據(jù)它們的特殊力學(xué)屬性進(jìn)行分級。3.2.2 圍巖分級中的問題3.2.2.1公路隧道圍巖分級應(yīng)體現(xiàn)專用性 隧道按其功能可分為國防隧道、水電隧道、探礦隧道、鐵路隧道及公路隧道等。各類隧道的工程特點及對隧道圍巖穩(wěn)定性的要求是不同的，因而對圍巖穩(wěn)定性評價的原則、準(zhǔn)則和測試方法都不盡相同，不僅選用定量指標(biāo)的參數(shù)不同，而且采用的評價模型也應(yīng)不同，其他諸如分級的檔數(shù)、分級的界限等都不盡相同。例如，現(xiàn)行高速公路隧道圍巖分級方法主要參考國標(biāo)工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的建立主要借鑒了國防、鐵

54、路、水電等方面的隧道隧洞資料。高速公路隧道以其特有的工程特點對圍巖穩(wěn)定性有著極為嚴(yán)格的要求，所制訂的圍巖分級方案應(yīng)充分體現(xiàn)高速公路隧道的特殊性，要具有專用性。如此才能更加高效的運用于公圍巖的等級評價。3.2.2.2地質(zhì)勘察資料的代表性低 巖體工程性質(zhì)的不均一性、巖體裂隙發(fā)育的各向異性和巖體工程地質(zhì)特征的復(fù)雜性,使得可能相隔不遠(yuǎn)的巖體,工程性質(zhì)卻相差的很大。這些性質(zhì)給勘探工作增加了難度和工作量,而現(xiàn)在的公路隧道正向長大發(fā)展,又沒有相應(yīng)的勘察規(guī)范,一般的勘探過程中所取樣本偏少,且代表性不夠,就會使地質(zhì)勘探的數(shù)據(jù)離散性增加,降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。如此一來，在京進(jìn)行圍巖等級分類時便會產(chǎn)生一定的誤差。3.

55、2.2.3隧道圍巖分級理論存在主觀因素 目前，幾乎所有隧道圍巖分級方法中，都不同程度的帶有一定的主觀性。特別是在勘察階段，較容易受主觀因素的影響。以定性為主的分級方法，如現(xiàn)行的公路、鐵路隧道圍巖分級等方法經(jīng)驗的成分較大，有一定人為因素和不確定性，在使用中往往存在結(jié)論不一致，隨勘察人員的認(rèn)識和經(jīng)驗的差別，對同一圍巖常做出級別不同的判斷。定量分級中，對公式中各參數(shù)的打分，以及測試對象的抽樣，數(shù)據(jù)的選取也都帶有一定的人為主觀性?？紤]多種因素組合的分級是以大量實踐資料為基礎(chǔ)的，是圍巖分級研究中一個有發(fā)展前途的方法。但目前這類分級方法還沒有與有關(guān)的地質(zhì)測試手段聯(lián)系起來，因而在確定各項指標(biāo)時，有的通過試驗或現(xiàn)場實測確定的，有的主要是憑經(jīng)驗決定，帶有一定的主觀因素，對同一處圍巖體進(jìn)行分級評價時難免產(chǎn)生矛盾和失誤。再