隧道工程地质学

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隧道工程地质学范文第1篇

针对现有的课程体系，围绕教学模式、教学方法、教学手段、专业设置、专业课程及教材等方面进行深入的调整是培养具有实践能力和能够适应现代社会需要的专业人才的重要基础环节[1-3]。其中案例教学法对激发学生的学习兴趣、提高学生分析及解决实际问题的能力具有重要的意义，已经引起了广泛的关注[4-7]。岩土工程专业具有理论和实践结合紧密的特点，多数课程内容是工程实践的产物，因此单纯的照本宣科，很难达到预期的教学效果。本文根据近两年的教学实践活动，提出了同一工程案例分解的顺序模块教学法，在教学活动者取得了不错的教学效果。

1 传统的教学方法主要存在的问题

（1）授课任务繁重。岩土工程专业课学习周期比较长，内容枯燥。尽管采用了多媒体等现代教学手段，但是知识体系繁杂，信息量太大，枯燥的理论分析或叙述，很难激发学生的兴趣；因此，形成了老师讲，学生睡的局面。而老师为了完成规定的授课任务，很少与学生互动，偶尔有问题穿插，学生也茫然不知所以，结果形成了自问自答的局面。

（2）理论和实践脱节。?r土工程专业课实践性很强，学生很难把书本上的理论知识和实践联系起来，学生普遍感觉学习过程中枯燥无味，不知道其具体使用方法。在传统教学活动中，教师大多按照章节顺序逐一讲解，并以案例说明；但是由于这些案例都是针对某一个知识点的而设计的，因此一门课往往会有多个案例，而且往往这些案例之间的关系并不大，因此学生也只能零碎、片面地看待问题，综合分析问题的能力得不到提高。而且，最为重要的是，一旦遇到实际问题，学生更不知如何下手，更难以全面分析并给出综合性的解决方案。因此，采用案例教学法可以有助于摒弃“填鸭式”教学方法，教会学生如何积极有效地学习，提高学生认识问题、分析问题及综合解决问题的能力。

（3）课程体系繁杂，难以综合掌握。岩体工程专业的课程体系繁杂，具有知识跨度大、实践性强、案例典型等特点。课程所含理论知识涉及力学、工程技术、经济与管理等多学科领域，学生往往难以整体掌握。但是岩土工程专业课程与工程生产活动密切相关，课程内容是工程实践的总结，课程的内容大都和典型工程设计及其施工实践相关，这一特点为岩土工程专业研究生案例教学的实施奠定了基础。

2 同一工程案例分解的顺序模块教学法的具体实施

由于研究生大多经过本科阶段的学习，对本专业的知识体系大都有一定程度的了解和掌握，这是案例分解并进行顺序模块教学活动的一个重要前提。本文仅以某隧道工程为案例，讲解该教学方法的应用。首先以该隧道工程为案例分解为不同的模块，进而设计参与该案例的课程如：《工程地质学》、《高等岩土力学》、《隧道施工技术》和《岩土工程数值计算》等。课程的设计和展开将按照下列顺序进行：

（1）《工程地质学》的授课教师根据该案例的工程背景，详细讲述工程的水文地质条件及岩层岩性特征，同时介绍教材中的相关基础理论知识。

（2）《高等岩土力学》的授课老师结合该工程的实际条件，讲述相关岩体的物理、力学特性，重点介绍该工程岩体的力学模型及其相关参数的确定方法。

（3）在上述老师介绍实际工程背景的基础上，由《隧道施工技术》课程针对性提出该工程的施工方案设计及其实施过程。同时介绍其它施工技术的适用性及其适用条件。

（4）在进行了各种的准备和辅助内容以后，由《岩土工程数值计算》课程针对该工程项目的水文地质条件，岩性特征，施工技术等具体情况，建立大型数值计算模型，对该隧道工程的变形等整体结构特性进行模拟和预测。

隧道工程地质学范文第2篇

关键词：工程地质 工作过程 教学方法 实践能力

随着国家经济的迅猛发展，使得公路、铁路、城市地铁交通事业发展迅速，带动地下工程与隧道工程技术专业、道路桥梁工程技术专业快速发展，该专业学生的需求不断扩大。地下工程、隧道工程和道路桥梁在勘察阶段、施工阶段以及后期运营过程中，遇到的复杂的工程地质条件，以及由此带来的复杂工程地质问题，为高职《工程地质》课程的发展与改革注入新的动力。结合学院特色，在分析本课程先存教学问题的基础上，探讨课程改革的思路与方法。

《工程地质》是地下工程与隧道工程技术专业、道路桥梁工程技术专业的专业基本技能课，为必修专业课。本门课程具有概念多，实践性强等特点。学生们自学也容易看懂大部分的内容，但难以记住，不易真正掌握。

现阶段所采用的教学方法和手段一般是遵循理论—实践的路线，以课堂多媒体、理论讲授为主，缺少对工程实践问题的引入，授课抽象，不易理解。这与高等职业教育培养一线岗位应用型人才的目标也不一致，加上选用的教材，理论性偏强，与专业工程实践的联系不够紧密，造成学生学完该门课程后，仍不知道本课程与所学专业的联系。

基于上述问题，在《工程地质》的教学过程中，笔者始终贯彻以下两个思路：一是对于教学内容，尽量秉承高职教育“理论知识实用为主，够用为度”的原则，多讲述与专业有关的工程地质问题，把工程地质密切地与专业联系起来，以引起学生对该课程的重视，提高其学习的积极性；二是采用多种形式的教学方法，充分利用多媒体教学的优势，来吸引学生，发挥他们的主观能动性，使他们学习从“被动的听”变为“主动的学”，从“抽象的概念”变为“具体的实物”。为此，笔者在教学过程中进行了以下“改革”，达到了预期的效果，也得到学生们的好评。

一、教学内容适当整合，做到理论与专业实践相结合

对于教材的内容编排，根据专业特色的不同，有的放矢的进行适当整合，尤其是理论性太强的部分，适当作取舍。由于学生对今后所从事的专业工作、其与工程地质现象引起的典型工程事故，以及分析各种事故产生原因的关系缺乏了解，所以在上绪论部分内容时，笔者用了较多的时间结合工程实际，向学生们介绍本课程与所学专业的关系，在以后的教学中结合书本上的内容穿插介绍工程实例，如隧道地质环境调查、超前地质预报、隧道施工监控、高等级公路地质勘察、软土地基处理、公路边坡滑坡治理、桥基选址等内容。这些工程实例增长了学生的见识，丰富了教学内容。使学生们真正认识到工程地质与他们所学的专业有着密切的联系，体会到该课程的重要性。

二、改变传统教学方式，调动学习积极性，变“被动听”为“主动学”

（一）打破传统的“教师讲，学生听”的传统模式，强调教学过程以学生“学”为主。以提高综合能力为目的，围绕某个主题安排学生通过查找相关资料、结合实例，进行讨论交流。例如与工程实践结合紧密的章节（如地质构造、地质灾害防治措施等部分内容），在讲授完知识点之后，采用学习小组的形式，让学生们分组探讨不同的主题，然后以PPT讲解的形式，上台进行答辩汇报。对于文字较多的一般掌握层次的章节，也可以采取类似的方式，教师先给出学习提纲，预先安排同学，要求其自学查阅资料备课，然后上台讲解。讲解之后，台下同学对其进行评价，最后老师总结，分析其优缺点，补充其遗漏之处。这种方式，打破课堂上老师“一人言”的局面，活跃了课堂气氛，在一定程度上也调动了学生的学习积极性，也增强了学生的团队合作意识。

（二）是多采用直观教学。将某些抽象的概念通过录像、图片、标本、模型向学生解释清楚。电化教学的形式有着不可比拟的优势，它可以演示复杂的地质过程，重演人类无法重演的地质灾害等。因此，在讲授地质构造、常见地质灾害时，可多结合图片、模型，以及视频等教学形式。

（三）是重视地质实习。地质实习是过程地质教学的最后一个环节，也是“画龙点睛”的重要环节，它对学生加深所学知识的理解极有帮助。一方面是安排4课时的读图实训，加强学生对基本地形图、工程地质图的读图能力。另一方面是选择合适的实习地点，让学生多接触工程实际。例如在安排不良地质现象这部分内容时，注意选择与隧道、路桥建设有关的地质问题。充分利用学院岩石与土壤专修室、工程图纸库，强化实训环节。

最后，应加强教师与学生之间的交流。课下多于学生沟通，以询问、网络交流或是匿名书信等形式收集学生意见，找到教学方法中存在的不足，加以改善。另外，在网络发达的今天，应为学生多提供课程相关的专业网站，为学生自主学习，扩展视野，添砖加瓦。

我国高职院校的交通工程技术类毕业生正将成为未来高职发展的中流砥柱，因此进行工程地质课程建设与改革，通过培养学生职业能力为目标组织教学内容、加强实践教学环节等方式，充分发挥教师在教学中的主导作用，提高学生的自主学习能力，结合社会实际需要，认真组织落实教学工作，培养出更多更好的交通工程建设需要的应用型、技能型人才。

参考文献：

[1]胡庆国.路桥专业工程地质学课程教学改革探索[J].交通高教研究，1997.2.

[2]熊文林.高职《工程地质》课程教学改革的实践与思考[J].职业教育研究，2012.9.

隧道工程地质学范文第3篇

Chen Yu

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵阳 550001）

（Guizhou Road and Bridge Group Co.，Ltd.，Guiyang 550001，China）

摘要： 高速公路隧道施工过程中，隧道围岩压力对行车的安全性、隧道耐久性及投资者的经济效益和社会效益有着重要作用。本文通过对围岩概念以及形成机理的了解，分析了构造应力场、自重应力场，提出了围岩压力的确定方法。为高速公路隧道的设计提供理论指导。

Abstract: In highway tunnel construction process, the wall rock pressure have impact on driving safety, durability and economic and social benefits of tunnel investors. This paper presents the concept of wall rock and formation mechanism, analyzes the tectonic stress field, self-gravity stress field, and puts forward the determination method of pressure of wall roll. At last, the paper provides theoretical guidance for the design of the highway tunnel.

关键词： 高速公路 隧道 围岩 压力

Key words: expressway；tunnel；wall rock；pressure

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0095-02

0引言

基础设施建设进入了一个高速发展的时期，高速公路的建设是土木工程进步的标志之一。但是，隧道建设作为高速公路研究的重点和难点，始终是人们关注的问题之一。隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等。因此，隧道围岩的稳定性是反映地质环境的综合指标。也是我们修建隧道工程对围岩特征研究的重要内容之一。

1围岩压力的概念

人们对围岩压力的认识，是从开挖侗穴后围岩的出现初坍塌的现象开始的。随着隧道和地下工程的发展，人们从支撑和衬砌的变形、开裂和破坏现象，进一步认识到围岩压力的存在。

在稳定的地层中开挖坑道，由于围岩在爆破后发生松动以及暴露后受到风化，个别落石现象也不可避免。在完整而坚硬的岩层中开挖隧道，也会遇到小块岩石突然脱离岩体向隧道内弹出，人们称为“岩爆”，这些都是围岩压力的现象，为了保证隧道有足够的净空，就要修建支护结构，以阻止围岩的移动和崩塌，支护结构就是用来承受围岩压力。本节所阐述的围岩压力系指松动压力，至于所涉及的弹塑性理论在“新奥法”一节中介绍。

2围岩压力的产生

围岩压力的产生是隧道工程的一个重要的力学特征，隧道是在具有一定的应力历史和应力场的围岩中修建的。所以，围岩的初始应力场的状态极大地影响着在其中发生的一切力学现象，这是和地面工程极其不同的。因此，我们需要研究隧道开挖前后围岩的应力状态，这对指导我们隧道的设计与施工有着重要意义。

通常所指的初始应力场泛指隧道开挖前岩体的初始静应力场，它的形成与岩体构造、性质、埋藏条件以及构造运动的历史等有密切关系。在隧道开挖前是客观存在的，在这种应力场中修建隧道就必须了解它的状态及其影响。

岩体的初应力状态与施工引起的附加应力状态是不同的，它对坑道开挖后围岩的应力分布、变形和破坏有着极其重要的影响。可以说，不了解岩体初应力状态就无法对隧道开挖后一系列力学过程和现象做出正确的评价。岩体的初应力状态一般受到两类因素的影响：第一类因素有重力、温度、岩体的物理力学性质、岩体的构造、地形等经常性的因素；第二类因素有地壳运动、地下水活动、人类的长期活动等暂时性的或局部性的因素。因此，初应力场是由两种力系构成，即

σ＝σγ+στ（1）

式中：σγ―自重应力分量；στ ―构造应力分量。

在上述因素中，目前主要研究和使用的是由岩体的体力或重力形成的应力场，称为自重应力场。而其它因素只认为是改变了由重力造成的初应力状态。一般来说，重力应力场可以采用连续介质力学的方法。它的可靠性则决定于对岩石的物理力学性质及岩体的构造力学性质的研究，其误差通常是较大的。而其它因素造成的初应力场，主要是用实验方法完成的。

2.1 自重应力场

我们研究具有水平成层。地面平坦的情况。如图1所示，设岩体是线性变形的，在xz平面内是均质的，沿y轴方向是非均质的，设E、μ分别为沿垂直方向的岩体弹性模量和泊松比，E1、μ1为沿水平方向的岩体弹性模量和泊松比。因岩体的变形性质沿深度而变，故可假定：E＝E（y）；μ=μ（y）；E1＝E1（y）；μ1=μ1（y）

单位体积重量也认为是沿深度而变，即γ＝γ（y）；这样，距地表面h深处一点的应力状态如图1所示，其计算式可表示如下：

σy=∫γ（y）dy

σx=σx（y）（2）

σz=σz（y）

τxy=τxz=τyz=0

上式满足了地面的边界条件，h＝0，σy＝0。

一般认为，处于静力平衡状态的岩体内，沿水平方向的变形等于零，故σx=σz＝（E/E1）μ1/（1-μ）σy（3）

当E＝E1=常数，μ＝μ1＝常数时，则得出大家熟知的公式

σx=σz＝μ/（1-μ）σy（4）

设λ=μ/（1-μ），称之谓侧压力系数，则上式可写成

σx=σz＝λσy（5）

显然当垂直应力已知时，水平应力的大小决定于围岩的泊松比。大多数围岩的泊松比变化在0.15～0.35之间，因此，在自重应力场。水平应力通常是小于垂直应力的。

深度对初始应力状态有着重大影响。随深度的增力，σy和σx（σz）都在增大，但围岩本身的强度是有限的，因此当σy和σx增加到一定值后，各向受力的围岩将处于隐塑性状态。在这种状态下，围岩物性值（E、μ）是变化的，λ值也是变化的，并随深度的增加，λ值趋于1，即与静水压力相似，此时围岩接近流动状态。

上述各式所表达的应力场是理论性的，实际情况中，由于地壳运动，岩层会产生各种变动，如形成向斜、背斜、断裂等，在这种情况下，围岩的初始应力场也有所变化。如以垂直成层为例，由于各层的物理力学性质不同，在同一水平面上的应力分布可能是不同的；在背斜情况下，由于岩层成拱状分布，使上层岩层重量向两侧传递，直接处于背斜下的岩层受到较小的应力（图2），在被断层分割的楔形岩块中（图3）也可观察到类似情况。在实际工作的应用中是不能忽视的。

2.2 构造应力场地层的应力场是由自重应力场和构造应力场构成的。地质学家认为：地层各处发生的一切构造变形与破裂都是地应力作用的结果，因而地质力学就把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称为构造应力场。构造应力场是随时间变化的动态场。

由于构造应力场的不确定性，很难用函数形式表达。它在整个初始应力场中的作用只能通过某些量测数据来分析，在实际工程中应用较少。一般认为，构造应力场具有以下特性：

2.2.1 地质构造形态不仅改变了重力应力场，而且以各种构造形态获得释放，还以各种形式积蓄在岩体内，这种残余构造应力将对隧道工程产生重大影响。

2.2.2 构造应力场在较浅的地层中已普遍存在，而且最大构造应力场的方向，近似为水平，其值常大于重力应力场中的水平应力分量，甚至大于垂直应力分量，这与重力应力场有较大的差异。

2.2.3 构造应力场是不均匀的，它的参数在空间和时间上都有较大的变化，尤其是它的主应力轴的方向和绝对值的变化很大。

求解初始应力场，结果常常有极大的偏差。因此，在理论分析中，常把初始应力场按静水应力场来处理。在某些重要的工程中，多采用实地量测的方法，来判断主应力的大小及其方向的变化规律。

综上所述，隧道的开挖，破坏了围岩原有的平衡，产生了变形和应力重新分布。但是这种变化发展不是无限的，它总是为了达到新的平衡而处在一种新的应力状态中。

上述分析说明开挖隧道对围岩稳定的影响是较大的，影响的程度视地质条件、隧道形状、施工方法而异。公路隧道设计规范规定，隧道开挖破坏了的岩体的重量就是作用在支护结构上围岩压力的来源。当然，现代隧道施工技术是不会让这种现象自由发展，从爆破手段和初期支护上采取措施，阻止隧道周边岩体过大的变形和坍塌，使围岩成为主要的承载体。

2.3 围岩压力的确定方法围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：

①直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。

②经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法。是目前使用较多的方法。

③理论估算法：是在实践的基础上从理论上研究围岩压力的方法。由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素又非常多，这些因素本身及它们之间的组合也带有一定的偶然性，企图建立一种完善的和适合各种实际情况的通用围岩压力理论及计算方法是困难的，因此，现有的围岩压力理论都不十分切合实际情况。

在理论计算方法中，考虑几个主要因素，使其结果相对地接近实际围岩压力的情况，是目前隧道工程设计中采用较多的方法。一般来讲，都是以某种简化的假设为前提，或以实际工程的统计分析资料为基础。

①深埋隧道围岩压力的确定。

目前我国公路隧道和铁路隧道所采用的计算围岩竖向匀布压力的计算式，是以工程类比为基础，统计分析了我国数百座隧道坍方调查资料而拟定的。

围岩竖向分布压力q按下式计算：

q=0.45×26-s×γω（kN/m2）（6）

式中 S― 围岩级别，如属II级，则S＝2；

γ―围岩容重，（kN/m2）；

ω＝1+i（B-5）―宽度影响系数；

B―隧道宽度，（m）；

I―以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。

当B 5m，取i ＝0.1。

公式（6）的适用条件为：

1）H/B

2）深埋隧道；

3）不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；

4）采用钻爆法施工的隧道。

围岩的水平匀布压力e，按表1中的经验公式计算。

在确定了围岩压力的数值后，一个重要的问题是考虑压力分布特征。根据我国隧道围岩压力的一些量测结果表明：作用在支护结构上的荷载是不均匀的，这是因为在V及IV级围岩中，局部塌方是主要的，而其它级别的围岩中，岩体破坏范围的形状和大小受岩体结构、施工方法等因素的控制，也是极不规则的。

②浅埋隧道围岩压力的计算。

浅埋隧道一般出现在山岭隧道的洞口附近，埋置深度较浅，深埋和浅埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定，接荷载等效高度的判定式为：

Hp＝（2～2．5）hq（7）

式中Hp―深浅埋隧道分界深度；

hq―荷载等效高度，按下式计算；

hq＝q/γ（8）

q―深埋隧道竖向均布压力（kN／m2）；

γ―围岩客重（kN／m2）。

在矿山法施工的条件下，I一III级围岩取

Hp＝2．5hq（9）

IV～VI类围岩取

Hp＝2hq（10）

浅埋隧道围岩压力分下述两种情况分别计算：

埋深（H）小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力q =γH（11）

式中：q―匀布布竖向压力；

γ―深度上覆围岩容重；

H―隧道埋深，抬隧道顶至地面的距离。

侧向压力e，按匀布考虑时，其值为：

e=γ（H+1/2Hi）tg2（45°-Φ/2）（12）

式中：e―侧向匀布压力；

γ―围岩容重；

H―隧道埋深；

Hi―隧道高度；

Φ―围岩计算摩擦角，其值可查有关规范。

3总结

3.1 高速公路隧道的设计是一个复杂的系统工程，通过分析构造应力场、自重应力场，提出了围岩压力的确定方法。

3.2 本文通过对高速公路隧道围岩压力的研究，对工程研究具有一定的理论参考价值。

参考文献：

[1]杜时贵.简易纵剖面仪及其在岩体结构面粗糙度系数研究中的应用[J].地质科技情报，1992，11，（3）：91-95.

[2]杜时贵.岩体结构面粗糙度系数JRC的定向统计研究[J].工程地质学报，1994，2，（3）：62-71.

[3]童宏纲，刘佑荣，杜时贵.高速公路隧道围岩质量评价系统初步统计[J].地质科技情报，2000，19，（3）：81-86.

隧道工程地质学范文第4篇

本文着重介绍了水平超前探孔法超前地质预报在四川都汶高速公路龙池隧道工程中的应用

关键词：隧道、超前地质预报、水平超前探孔法

中图分类号：U45文献标识码： A

一、概况

龙池隧道，长1160m，LK1+300～LK2+460，III级围岩461m，Ⅳ级围岩213m，Ⅴ级围岩486m，进出口均采用端墙式洞门。

本隧道地质条件较复杂，穿越F2、F3、F4断层和白岩山背斜，LK1+446～LK1+519及LK2+105～LK2+460地段为二叠系下统梁山组及三叠系上统须家河组为含煤地层，含有瓦斯气体。

1.1.1水平超前探孔超前地质预报

地质探孔预报是目前各种超前地质预报方法中最简单、最有效的一种预报方法。采用水平地质钻机在开挖面钻1～3 个孔（探孔深15m，一般地质地段超前地质钻孔1 个，水量较大、砂层和风化深槽地段3 个）。分别位于拱顶和拱腰部位。超前探孔直径φ90mm，终孔位于隧道开挖轮廓线外1.5～3.0m。探孔的主要目的是探明地下水及水压情况，在钻孔的同时，记录钻孔速度、岩碴岩粉特征、含泥量、出水部位、钻杆是否突进（及深度）等情况，综合判断前方的工程地质和水文地质情况。在短距超前探孔预测预报过程中，若工作面局部出水量较大，应增加探水孔数量，以便更加准确地进行预报。

超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况等诸多方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。

超前钻孔可在掌子面进行，超前钻孔探测的记录方式有：

不取芯钻探

主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。

不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低(与取芯钻探比较)，若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。

（2） 取芯钻探

利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。在海底隧道施工中，将有效利用横通道作为取芯钻孔的工作面，以减少超前探孔对正常施工掘进的干扰，钻孔长度可以调整到200m甚至更远。

（3）台车加长钻孔法

液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔，对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况。

超前探孔在工作面上超前钻3～5个孔，其中2个位于上部拱腰处，另2个位于边墙部位。超前探水孔采用地质钻机施做，探水孔探水段长30m～40m，探水孔终孔位于隧道开挖轮廓线外0.5m～1.5m（在一般区域选择为1.5m）。

对掌子面3 m～5m的范围通过地质观测和打3 m～5m的探孔预测前方的围岩情况。

1.1.2在龙池隧道中的施工现状

根据设计要求，施工方自2008年12月10日开始，沿隧道出口拱部120°范围打设32根钢管，形成管棚支护。

（1）现场数据采集

施工方在现场钻孔并打设管棚，钻孔设计长度30m，实际钻孔总共32个，采用钻头直径为110mm的LF100型风动潜孔钻机打孔，根据位于拱顶、拱腰和拱脚处的钻孔钻进速度、岩碴岩粉特征、含泥量、出水部位、钻杆是否突进（及深度）等情况，综合判断前方的工程地质和水文地质情况。根据钻孔瓦斯含量监测情况，判断隧道围岩中瓦斯含量情况。

1.现场钻探与钻孔编录

现场钻孔排布和编号如图1-1所示。选取位于拱顶、拱腰和拱脚部位的代表性钻孔R1、R7、R15、F1、F6、F15，根据其现场编录情况，结合地质勘查资料中SZK8、SZK7探测结果，给出龙池端洞口LK2+460~LK2+430段围岩地质情况。 表1-1给出了各钻孔地质编录情况。

表1-1各钻孔地质编录

钻孔编号 所在位置 时间 地质编录（按孔深） 分段对应钻进表现

R1 拱顶右侧 08.12.9 0-10m,小块石质土

10-11,灰岩砾石

11-17m,小块石质土

17-18m,灰岩砾石

18-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黑褐色土屑喷出，无水，钻头无冲击

F1 拱顶左侧 08.12.10 0-9m,小块石质土

9-11,灰岩砾石

11-17m,小块石质土

17-18m,灰岩砾石

18-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黑褐色土屑喷出，无水，钻头无冲击

R7 右侧拱腰 08.12.13 0-11m,硬粘土

4-8m,软泥

8-10m,灰岩砾石

10-30m,粘土夹砾石 黄色泥浆流出，无水，钻头无冲击,

无岩粉喷出，出水，钻头突进，

无岩粉喷出，出水，钻头无冲击，

岩粉喷出少，出水，钻头偶有冲击，

F6 左侧拱腰 08.12.14 0-14m,硬粘土

14-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

黑色土屑喷出，无水，钻头有冲击，

R15 右侧拱脚 08.12.17 0-14,硬粘土

14-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

岩粉喷出少，出水，钻头有冲击，

F15 左侧拱脚 08.12.18 0-7m,硬粘土,

7-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

黑色土屑喷出，无水，钻头有冲击，

2. 钻孔瓦斯含量监测记录

现场每个钻孔成孔后检测钻孔瓦斯含量很低， LK2+460~LK2+430段围岩瓦斯含量极小。

表1-2、表1-3分别为勘察设计文件地表SZK8与SZK7钻孔地质编录。

表1-2 SZK8号钻探孔地质编录

钻孔桩号: LK2+460

地层编号 钻孔深度（m） 地质编录

1 0～13m 小块石质土，松散。

2 13m~23m 块石夹土，松散，不稳定。

3 23m~30m 灰岩砾石，碎裂状，稳定性差，洞内以潮湿、滴水为主。

注:隧道拱顶埋深约4m，隧道底部埋深约10m。

表1-3SZK7号钻探孔地质编录

钻孔桩号: LK2+425

地层编号 钻孔深度（m） 地质编录

1 0～10m 小块石质土，松散。

2 10m~18m 块石夹土，松散，不稳定。

3 18m~30m 灰岩砾石，碎裂状，稳定性差，洞内以潮湿、滴水为主。

注:隧道拱顶埋深约19m，隧道底部埋深约26m。

（2）地质预报结论

根据SZK7与SZK8勘察钻孔地质编录情况（表2与表3），结合勘察资料及现场开挖情况，得出龙池隧道出洞口LK2+460~LK2+430段地质超前预报。

隧道龙池端LK2+460~LK2+437段地质情况为小块石质土堆积夹灰岩砾石，土质松散，稳定性差；近隧道底部及仰拱部位为黑褐色炭质页岩，炭质页岩极软，遇水软化。LK2+437~ LK2+430段隧道穿越炭质页岩地层，围岩极软弱，遇水软化。水文地质情况为隧道含水丰富，洞内以淋水、股状出水为主。围岩破碎，稳定性差。

从管棚钻孔中未监测出有瓦斯涌出，隧道龙池端LK2+460~LK2+430段瓦斯含量小。

二、结论

水平超前探孔在施工中得出的预报结论：隧道龙池端LK2+460~LK2+437段地质情况为小块石质土堆积夹灰岩砾石，土质松散，稳定性差；近隧道底部及仰拱部位为黑褐色炭质页岩，炭质页岩极软，遇水软化。LK2+437~ LK2+430段隧道穿越炭质页岩地层，围岩极软弱，遇水软化。水文地质情况为隧道含水丰富，洞内以淋水、股状出水为主。围岩破碎，稳定性差。从管棚钻孔中未监测出有瓦斯涌出，隧道龙池端LK2+460~LK2+430段瓦斯含量小。

隧道施工着重采用这三种预报方法再加上随着掌子面开挖做的临时地质素描，对龙池隧道的不良地质置做出了概况，围岩破碎地带，稳定性较差的部分应做好充分的支护措施，边支护边施工，确保其稳定性，对含水量丰富区段，应做好防水处理，及时排水以确保施工能顺利进行。另外对于已测出的含有瓦斯区段的施工段应时刻的做好瓦斯监控，瓦斯监控系统要确保24小时不间断，确保洞内施工人员的人身安全。虽然本隧道施工中应用了这么多中预报方法，但是要确保准确无误地预报出隧道的地质情况是不可能的，所以施工过程中要根据工程段的临时情况做出临时的变更。

参考文献

赵永贵，隧道地质超前预报研究进展，.地球物理学进展，2003第三期

隧道工程地质学范文第5篇

关键词：复杂地质；隧道施工；施工技术

中图分类号：U45文献标识码： A

引言

近年来随着社会经济的不断发展，人们对交通的需求量越来越大，在我国，公路的建设规模越来越大，为交通运输事业的发展做出了重要的贡献，促进了可持续发展战略的有效实施。的建设环境一般都比较复杂，分布的地域比较广，近年来大量涌现出大断面的隧道，有些客运专线的面积甚至达到了150m2-180m2，隧道建设已经开始进入“大断面化”时代。要想将大断面隧道建设的合理、安全，并达到快速施工的目的，就必须对传统施工方法和设计技术进行重新认识，与此同时，积极引用新的理念和新方法、新工艺对大断面隧道中的相关设计与施工问题进行解决。随着工程建设理论的不断完善，施工技术也得到了不断的发展，根据节约土地的相关需要，越来越多的隧道在软弱地层中进行修建，尤其是大断面隧道的建设，在施工流程、施工技术、施工工艺以及施工管理、施工控制等方面提出了更高的要求，但是目前的情况是，可以供参考的施工与设计非常少，相关的管理者的经验也很少，所以，软弱地层大断面隧道施工技术研究具有至关重要的意义。

一、复杂环境下隧道开挖施工原则

我们所知道的隧道施工，是将山体内的岩石进行挖除，与此同时，也要保持在施工过程中岩石的稳定性。在隧道施工的过程中，最关键的一步是第一步，开挖。因为在开始施工的过程中，对于围岩的判断很重要，不仅需要因地制宜，还要拥有正确的开挖方法和过硬的技术支持。这对接下来的工作有着重要的影响。在进行隧道开挖的过程的工作中，我们遵循的基本原则就是:我们要保证首要前提是围岩一定要稳定，并且不能对围岩进行大规模的扰动。在这种情况下，我们才能进一步的选择挖掘方法，也能从速度方面得到突破。再考虑如何进行施工的时候，技术人员需要考虑围岩的地质条件还有变化的情况，这样的选择能够适应地质条件的变化，能够保证安全，也要考虑威严的稳定性；另一点需要考虑的就是在我们挖掘的过程中出现的意想不到的情况，要能够及时的应付，并保证部队施工进度产生影响，不会降低施工的安全性。隧道施工中，影响围岩稳定的最重要的一个因素是施工人员选择的开挖方法。所以，技术人员一般在选择前，都会进行专业性的分析，施工是否安全，是否有难度，稳定性怎么样，施工时间是多少，经济问题都会被考虑进去，这样字选择出来的开挖方法才是最恰当的。

二、当前隧道施工技术的现状

（一）在爆破过程中是否能够精确地控制与稳定爆破范围的技术

隧道施工的场地有山地、地底和水下，主要集中于山地，因此良好的隧道挖掘技术是隧道顺利施工的前提与基础，一般都是采用大型机器设备进行挖掘。为了提高大型机器设备的挖掘质量，充分发挥机器设备的功能，提高挖掘作业的效益，保证挖掘工作者的安全，减少工作人员的工作负担，挖掘方式由传统的分布挖掘逐渐转变为全断面挖掘。在新型的挖掘技术中，精心控制的爆破技术和岩石固定技术是关键，如果爆破的范围不能够精确控制或者是周围岩石经过挖掘之后不够牢固，就会造成严重的事故影响隧道的安全性。

（二）最优施工工法的选择

两种施工工法所产生的围岩位移与应力都在安全范围内，都能满足隧道开挖支护强度的要求，能确保施工安全。

CD法的围岩拱顶位移、应力值均小于三台阶七步开挖法，但是它能够有效控制围岩位移是以初期支护承受较大的形变压力为代价的；而三台阶七步开挖法在分部开挖的过程中，通过适度的围岩变形使得围岩应力得到了有效释放，从而减小了初期支护的受力，充分发挥了围岩自身的承载能力。此外，考虑到采用三台阶七步开挖法的施工进度比CD法快，机械设备利用率也比CD法高，因此从可行性、经济合理性和安全可靠性三方面综合比较，选择三台阶七步开挖法为该隧道在塌方且掌子面前方为复杂地质情况下的最优施工工法。

（三）矿山法方案

矿山法开挖方案的优点有:①暗挖法对地质条件的适应性强，适用于各种地层及地下水条件；②断面形式和变化断面都比较方便灵活；③采用辅助措施比较灵活，采用分部开挖等土法可以有效的控制地表沉降；④在较短的区间经济型较盾构好。矿山法开挖方案的缺点有:①机械化程度低；②人为因素多，工程质量较盾构控制难度大。

就工程本身而言，矿山法开挖方案对解决区间复杂的地层和地质条件有很大优势，可以采用钻爆法处理岩层，人工或机械开挖处理一般软弱地层。但是暗挖法对掌子面缺少有效的封闭，如果在过江施工过程中掌子面遇软弱面，形成用水，缺乏有效的处理措施，会造成灾难性的后果，所以不适合用于过江段施工。

（四）地表注浆加固

其主要目的是为了防止在开挖过程中地表出现坍塌等现象而采取的措施，为了防止在注浆过程中出现冒浆现象一般在经过处理的地表设置20-30cm厚的钢筋混凝土层以作为注浆的止浆层并作为后期施工的防水面；注浆需设置孔口管，其一般采用钢花管，管身钻孔呈梅花型布置，孔径一般在8-10mm范围内，间距一般为1.5cm，全部注浆管安设完成后方可开始注浆以保证注浆不间断，开始时用1.5倍注浆终压对系统进行吸水试验检查是否正常，试运转时间一般为20min；浆料配置按照填料先轻后重的顺序添加，注浆过程中应先注最外侧两排孔，之后依次向里推进，每排孔施工时应先进行两端孔之后间隔交错灌注。

（五）超前注浆小导管施工

超前注浆小导管采用风动凿岩机钻孔，并保证小导管纵向搭接长度V级浅埋段搭接长度1.43m、V级深埋段搭接长度1.23m、注浆前先喷射混凝土5～10cm,封闭掌子面，以起止浆和稳定掌子面的作用，注浆作业中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。开挖前试挖掌子面，无明显渗水时进行开挖作业。小导管采用Φ42mm、壁厚4mm热轧无缝钢管加工，长度为4.5m，拱部间距0.4m，外插角10度，其搭接长度不小于1m。小导管在构件加工厂制作，前端做成尖锥形，管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径为8mm。 ①注浆管的安装方法：在设计的位置用风动凿岩机钻孔。把管子插入孔内，带好丝扣保护帽，专用顶头顶入到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。然后再用锚固剂填充孔口。注浆管的外露长度为50cm。以便连接孔口阀门和管路。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏，以便与高压注浆管连接。②注浆压力控制：注浆压力以孔口压力表显示的值为准，注浆压力控制在0.5～1.0MPa。通过注浆泵控制调节。当管路阻力≤0.2MPa时，可略去阻力损失，而由泵压来监控。根据泵压与油压的关系设定油压值，确保注浆过程安全方便。③注浆量的控制：小导管注浆采用水泥净浆液，即水泥浆水灰比1:1。④注浆结束标准：在正常情况下，采用定压注浆。当注浆压力达到或接近设计终压值时，结束注浆。而当注浆压力接近或达到设计终压的80%，如出现圈套的漏浆，经间歇注浆后，也可结束注浆。

（六）台阶法施工

台阶法是根据台阶达到长度进行施工的技术方法，而台阶长度是根据初次支护形成闭合的断面所决定的，围岩越差，闭合的时间越短。对于一般的隧道断面，正确的选择台阶的长度，适应从土质到岩质的地质条件。长台阶的断面分成上断面和下端面进行开挖，一般上台阶超前五十米，上端面和下端面相距一百米左右，这样就可以采取循环开挖；短台阶法长度一般在五十米以内，两个断面之间相互接近，可以缩短断支闭合的时间，改善受力的条件，更加有利于控制隧道的量值，所以此法的使用也较为广泛。超短台阶法，长度一般小于坑道的跨度，全断面的闭合时间更短，更利于控制围岩变形和控制地表的沉降，但是这种施工的方法对于施工的速度较慢，因此采用这种方法时，尽量的注意开挖的工作面的稳定性，必要时采取一定的辅助措施帮助施工的进程，逐步的减少变形，更好的促进施工的质量。

结束语

综上所述，我国地质比较复杂，隧道施工是与我国交通事业。人民生命财产安全密切相关的事业，国家及施工单位需要提高重视，对复杂地质环境加强研究，改进施工技术，增强施工质量的安全性，从而保障公路隧道施工项目的高效完成，促进我国交通事业的发展。

参考文献：

[1]瞿纪福.刍议当前隧道施工亟待解决的若干技术问题[J].河南科技,2014,19:63-64.