时间：2023-03-21 17:04:11
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇隧道论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
（一）多单位共同管理的问题以后云台山隧道为例，该隧道管理采用分包方式进行。公管公司主要负责道路及设施设备的检测，编制年度维修计划，通过招标方式对外分包，开展监控和巡查工作，配合交警、路政的执法工作。试运行3年来，隧道内发生一起轿车失控碰撞电缆沟事故、一起重载运货车侧翻事故和一起集装箱车车头自燃事故。虽然没有较大事故的发生，但是由于隧道各管理单位只负责自己分管工作，力量分散，缺乏有效的联动机制。每年进行的联合演练，大都是公管公司制定相关预案，各单位只是参与行动，不能真正做到各单位的联动协同作战。所以，一旦发生较大的消防安全事故，不能将各单位资源进行合理有效的分配和整合，做不到对事故进行及时有效的救援。
（二）隧道硬件方面存在的问题消防器材、消防设备的合理配备和确保其完好有效性，是保障隧道消防安全的重要环节。但由于隧道主管部门公管公司人力、经费的不足，造成对隧道消防安全检查和巡查的交通工具、器材和人员的配备较为欠缺。隧道内也存在着消防器材缺乏维护保养、损坏器材没能及时补配、泡沫液未及时补充等现象。
（三）隧道制度监管方面存在的问题由于主管后云台山隧道的公管公司成立不久，包括消防安全管理等相关制度还有待完善。对隧道的消防安全监管方面缺少相应的监管制度和相关规定，从而导致在日常的消防安全检查和巡查时缺少相应的制度和规定约束，不能将消防安全监管工作制度化、规范化。
（四）隧道内危化品车辆管理方面的问题后云台隧道虽然为特长隧道，考虑到港口发展实际，装载危化品车辆在此隧道的通行不可避免。但是，针对装载危化品车辆在隧道内通行时的管理措施较为欠缺。一旦发现泄漏、燃烧等事故，不能第一时间知道车辆装载货物的具体情况，继而影响下一步的救援。
二、相关问题的解决对策
（一）建立共赢的多单位共同监管机制针对交警、路政、消防、清排障部门、危化物品处置部门、医疗、环保、保洁、检查站等隧道管理部门各自分散管理的现状，公管公司应根据隧道的实际情况，制定相应的联动机制。制定相关的制度，进行常态化的多部门的联合监管和日常检查，并定期进行有针对性的各部门参与的大型模拟实战演练，包括应急处置措施、组织疏散等，主要是为了防患于未然，一旦出现事故，可以及时处理，为后续救援工作赢得时间。更能促进各部门之间的相互协作，做到资源整合，将力量和人员统一部署，发生事故后能更科学、更有效、更迅速地对车辆人员进行施救，对事故进行处置。
（二）强化隧道硬件建设针对隧道内消防器材、消防设备存在的问题，以及日常检查和巡查所需设备器材的不足，应加大对隧道经费的投入和相关人员的配备。增购巡查车辆，增加人员配备，购置警戒带、路锥、手套、防毒面罩、安全帽、扩音器、应急照明灯、空气呼吸器、灭火器、应急指示牌等应急设备和物资。对隧道内消防器材要及时有效维护保养和及时配备。检查人员应定期对器材进行检查，查看灭火器气压情况是否正常，查看泡沫液液位等。对未达要求的器材和设备及时更换和维修。
（三）加强隧道制度建设针对隧道消防安全管理情况，管理部门应制定相应的制度和规定。比如：建立日常检查、定期巡查制度，建立检查记录表，做到出现问题时有据可查，对隧道内消防器材、应急设备使用现状也能宏观掌控。对隧道的消防安全管理真正做到规范化、制度化、科学化。此外，要强化隧道监控室的监控管理制度，对相关人员要做到定期培训，提升相关人员的工作水平和安全意识。特别对装载危险品车辆的监控要进行记录，做到谁监控谁记录、谁记录谁负责。真正做到对危险品车辆进行有效的监控，出现问题时能做到第一时间掌握最详细的情况，为后续处理提供可靠的科学依据。每月应将当月情况进行汇总、通报。
引起隧道渗漏水的原因很多，具体原因如下：
1.设计上的原因
（1）由于某种原因，隧道设计在山沟破碎带或断带上又未进行防排水处理，地表水大量补给地下，最终造成隧道渗漏；(2)对不稳定的地基没有进行处理造成地基不均匀沉降,导致补砌结构出现缝或隙,从而产生渗漏现象；（3）拆模时间过早，或围岩压力过大超过衬砌体的设计荷载等，都能使衬砌内应力超过其破坏强度而导致隙和缝。
2.施工原因
（1）混凝土没有按放水级配设计施工，在地下水压力较大的地方，由于抗渗标号低于相应水压，从而出现渗水现象。（2）混凝土捣固不密实，形成蜂窝，因而局部渗漏较多。混凝土在硬化过程中，由于多余水分（未起水滑作用的游离水分）的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细管路，尤其是混凝土拌合物在沉降水过程中析出的一部分备挤向上面，一部分聚集在集料颗粒上面形成透水的管。（3）衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。（4）灌注混凝土的工作未加处理或处理不当，产生结合不严的漏水缝隙。（5）先拱后墙或先墙后拱施工的拱墙连接处填不严，形成渗漏。（6）预留孔洞没有按防水要求处理也会形成渗漏通道。
3.衬砌周围的天然水PH值超标对衬砌混凝土具有一定的腐蚀性，常见的有碳酸性，酸盐性加镁盐性腐蚀。
二、隧道防水技术及施工措施1.防水混凝土防渗漏
混凝土是一种非均性材料，从微观上看属于多孔体，体内含有许多大小不同的微细孔隙。这些孔隙或因不同分为施工孔隙（由于浇灌、振捣质量的不良所引起）和构造孔隙（由于配比不当等原因索引起）。防水混凝土是从材料和施工两方面抑制和减少混凝土内部孔隙的生成，改变孔隙的特性（形状和大小），堵塞漏水通路提高混凝土本身密实性来达到防水的目的。它可分为防水混凝土，外加剂混凝土和膨胀水泥防水混凝土三种。
（1）普通防水混凝土
普通防水混凝土是以调整配合比的方法来提高自身的密实度和抗渗性的一种混凝土。要配制出质量良好的防水混凝土，一定要遵循以下技术要求：
a.水灰比不得大于0.6。
b.混凝土的水泥用量不小于300kg/m3。
c.含砂率尾30～40%，灰砂比1∶2～1∶2.5。
（2）外加剂防水混凝土
外加剂防水混凝土是依靠掺入少量有机或无机物外加剂来改混凝土的和易性，提高其密实性和抗渗性，以适应工程防水需要的一种混凝土。按所掺外加剂的种类不同可分为减水剂防水混凝土，加气剂防水混凝土，三醇胺防水混凝土和化铁防水混凝土。
a.防水混凝土
减水剂对水泥有强烈的分散作用，提高了混凝土的和易性。因此掺入减水剂后，可大大降低拌和用水，这样就减少了游离子，可以改善混凝土孔隙的分布，其孔径剂总孔隙率均显著减少，混凝土的密实性和抗渗性从而得提高。在使用时，木钙、糖蜜得掺量占水泥重量的0.2%~0.3%，超过0.3%时，将使用混凝土强度降低剂过分缓凝。
b.加气剂防水混凝土
c.三乙醇胺水防水混凝土
d.氯化铁防水混凝土
氯化铁防水剂的主要成分是三氯化铁和氯化亚铁，掺入适量的氯化铁防水剂，可以大大提高混凝土的抗渗透性。是几种常用外加剂防水混凝土中抗渗性最好的一种。
氯化铁防水剂的掺量一般以3%为宜，掺量过多，对钢筋锈蚀，混凝土干缩和凝结时间都有影响；掺量过少，则效果不显著，水灰比应不大于0.55，拌和水中应扣除防水剂的含水量，水泥用量不少于310kg/m3，坍落度为3~5cm。冬季配置氯化铁防水混凝土时，应采用硅酸水泥，为了加速凝固，可将氯化铁防水剂掺量适当提高但不大于5%。
（3）膨胀水泥混凝土
膨胀水泥混凝土依靠水泥本身在水化硬化过程中形成大量体积增强大的结晶体，并产生一定膨胀能来减少或消除混凝土的体积收缩提高混凝土的抗裂性，从而提高混凝土的防水的能力，这是一种从内因解决混凝土抗渗性的新途径。
2.各种缝隙防漏
混凝土衬砌一般有三种缝隙，即施工缝、伸缩缝、沉降缝。这缝隙都是地下隧道渗漏的主要部位，必须注意处理。
施工缝是衬砌混凝土间歇灌注时造成的，是防水工程的薄弱环节之一。一般在灌注第二次混凝土前，将第一次衬砌接头表面刷洗干净，铺上20~25m厚的水泥砂浆。
沉降缝又称变形缝，是为防止不均匀沉降引起衬砌的开裂而设置的。伸缩缝是考虑混凝土的热胀冷缩而设置的缝隙。这两种缝隙也是渗漏水的主要通道。防水措施有沥青防水、沥青木板或橡胶带防水等方法。其中橡胶防水适用要求较严的衬砌工程。3.疏排水
对一般性围岩裂隙渗水，采用相应的疏排水措施，将地下水引出，减轻地下水对衬砌结构的压力，有利于更好地进行防水，具体方式常采用盲沟、洞内排水沟及沉井等。
三、防水混凝土工程的施工
防水混凝土工程质量的好坏不仅取决于混凝土本身及其配比，而且施工过程中的各种工序对其质量有一定的影响，因此施工时，必须严格控制施工环节，避免一切可能造成渗漏的隐患。(1)材料配合比必须认真按设计要求确定。(2)严格检查、化验各种原材料，确保材料质量。(3)防水混凝土施工，应尽可能一次浇灌完成，尽可能加长每次砌长度，以减少施工缝。(4)做好基坑排水工作，严防地下水及地面水流入基坑造成积水，影响混凝土正常硬化，导致混凝土强度及抗渗性下降。(5)混凝土运输过程中，要防止产生离析和坍落度损失。(6)混凝土必须振捣密实，采用机械振捣时插入式振捣器插入，间距不超过有效半径的1.5倍，要避免欠振、漏振和过振，要避免振捣器触及模板、止水带及埋设件等。(7)要加强混凝土的养护，为防止混凝土表面出现裂缝，不宜过早拆模。
四、结束语
隧道防水，除了施工和技术方面的因素外，加强管理也是一个至关重要的因素。用长远发展的眼光看，只有加强管理，努力提高整体技术水平，才能保证工期，创优质工程，才能获得良好的经济效益和社会效益，企业才能得以发展。
[摘要]隧道防水，除了施工和技术方面的因素，还要加强管理，只有这样，才能保证工期，创优质工程。本文针对隧道渗漏水，分析了各种原因，提出了以排为主，防、排、截堵相结合的原则，阐述了隧道渗漏水治理措施和方法。
[关健词]隧道防渗漏技术因素
关键词:地铁隧道水平冻结冻结壁地表变形数值模拟
冻结法由于具有高强、阻水、均匀、灵活、经济等特点,在日本及欧洲各国的城市地铁等市政工程中都有广泛应用。我国在北京、上海地铁施工中也采用过局部冻结技术,但地铁隧道的水平冻结施工在我国还没有先例。北京地铁大北窑车站区间隧道施工首次成功地采用了水平冻结技术,水平冻结长度40余米。工程地处交通枢纽,交通繁忙、建筑众多,隧道上覆多条地下市政管线。冻结施工伴有冻胀和融降现象,过量的冻胀量和融降量将使地下管线及地上的建筑物、道路等受到影响甚至破坏,因此,研究和预测城市地铁隧道水平冻结对地下管线、地表变形的影响规律十分必要。
1工程简介
北京地铁大北窑区间隧道局部水平冻结施工工程距大北窑车站东侧40m,位于建外大街与东三环的交叉处,有多条地下管线,隧道顶部有2m厚的粉细砂层,由于多条管线渗漏,致使粉细砂土饱和。隧道暗挖施工时出现流砂坍塌,为保障地面立交桥的安全畅通,隔断门向西40m隧道采用局部水平冻结法施工。地质情况为:0～-115m为杂填土层,-115～-1015m为轻亚粘土层,-1015～-1215m为粉细砂层,-1215～-1815m为圆砾石层,隧道底部-1815～-2215m为轻亚粘土层。
2FLAC软件及模型的建立
FLAC软件即连续介质快速拉格朗日分析软件,是目前世界上最优秀的岩土力学数值计算软件之一,在模拟支护体方面可提供梁、桩、锚杆、壳体等多种结构单元,非常适合于研究隧道开挖等岩土工程问题。
211施工隧道的数值分析模型
选取冻结法施工隧道的横断面作为开挖模拟的力学几何模型,以现场原型工程为研究对象。考虑问题的对称性,取一半建立模型,待开挖的隧道断面取半径为3m的圆形,上覆盖土层厚12m,隧道底板土层厚度分别取10m和23m,满足大于隧道开挖影响范围3～5倍的要求。力学模型尺寸为23m×28m,按平面应变问题求解,模型底部边界采用固定X、Y方向位移约束,左、右边界都采用固定X方向的位移约束条件。由于原型工程属于浅埋隧道,座落在其上方的东三环立交桥的桩基持力层在隧道底板埋深水平以下,故地表上方不需加载。212隧道分步开挖模型选取工程现场隧道纵断面作为隧道开挖模拟的力学几何模型,隧道纵向长40m,断面高112m,开挖步距2m,上覆土层厚12m,隧道底部范围土层深10m,平面40m×28m,网格划分为1120单元,按平面应变问题求解,模型底部边界采用固定X、Y方向位移约束,左右边界采用固定X方向约束。213模型的有关参数本模型采用摩尔—库仑准则参考有关资料确定模型材料参数如表1。
3隧道开挖过程数值计算结果处理
在修正模型中输入土体初始参数后,计算分析主应力、塑性区发展状况及拱顶和隧道上方地表的垂直位移过程,得到如下结论:
(1)作为施工隧道开挖中承受上覆地压的主要载体冻结壁的拱脚上出现应力集中,应力集中系数可达3～4之多。
(2)冻结壁拱脚冻土体可能会出现塑性屈服区,这正是现场隧道收敛测试中出现的两拱脚之间距离先减小后增大现象的根本原因。
(3)在隧道开挖造成土层损失引起地表下沉的过程中,由于抗压、抗弯强度等力学指标比周围土体大得多的冻结壁减缓了隧道中线及附近的地表下沉,从而减少了地表下沉量。
根据PECK原理作出如下地层地表沉降预测:
2
-x
S=Smax·exp
2i2式中Smax地表最大沉降量;
i沉降槽宽度系数;
x距隧道中心线距离。
取i=0141H(H为开挖深度),绘出按PECK公式计算的地面沉降曲线(见图1)。
图1地表沉降曲线图
比较表明,由模拟得到的地面沉降曲线与PECK公式的曲线相一致。从图1可知,隧道开挖后形成的地表沉降槽在垂直隧道轴线方向上的影响范围为隧道外侧约215倍洞径。将沉降槽近似看成三角形,沉降槽的平均倾斜率ΔT=SmaxΠW=0100075(W为沉降槽的半宽)。根据《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)的规定,对于高度<60m的多高层建筑,基础的允许倾斜率≤01003,所以隧道水平冻结施工引起的正常地面沉降不会使地面建筑和混凝土路面遭到破坏。
改变冻结壁厚度(018m、112m、115m、118m)得到地表沉降与冻结壁关系曲线见图2。
图2地表沉降与冻结壁厚度的关系
从以上图形可得出如下结论:
(1)冻结壁的厚度参数是隧道水平冻结施工中的一个重要参数,冻结壁对控制地表沉降的作用很明显。地表沉降在冻结壁厚度S=112m时为12mm,S=018m时为16mm(增加60%),S=115m时为10mm(减少了20%)。
(2)对于原型工程,其他条件(开挖步距、台阶工作面长度及掘砌工艺等)不变时,冻结壁厚度可降为018m,此时地表沉降量为16mm,满足北京地铁施工地表沉降量最大允许值30mm的要求,取一倍安全系数,得到合理的冻结壁厚度为115m。
4隧道开挖施工动态数值模拟
采用虚拟支撑力法来模拟开挖断面的空间效应。在正台阶工作面长度为4m、开挖步距2m以及其他条件都与现场相同的情况下,在模拟程序中设置隧道的顺次开挖拱顶及地表监测点,拱顶处从点(i=4,j=17)开始,每隔2m设置一个测点,直至(i=12,j=17),前后共设5个测点;隧道中线垂直上方地表从点(i=1,j=29)开始,每隔2m设置一个测点,直至(i=33,j=29),前后共设17个测点。分析隧道中线垂直上方地表各点、拱顶各监测点的沉降数据得到如下结论:
(1)当掌子面开挖到与测点距离相差110～115倍洞径时,隧道开挖就对地表产生影响,造成一定范围的沉降。
(2)当开挖工作面推进到距离超过测点2～3倍洞径时,变形速率逐渐稳定下来,主要是地层的变形逐渐趋于平缓。
在开挖第5步时,改变开挖步距(L0=2m、3m、4m),得到拱顶测点(i=1,j=17)的位移沉降历史图(图3)。分析表明,在开挖步距L0=4m的情况下,检测点
注:菱形点、方点及三角点分别代表开挖步距为2、3、4m。
(i=1,j=17)地表下沉量约为L0=1m的117倍。在现有施工能力及组织水平的基础上,根据图示的数据比较,考虑选择开挖步距L0=3m是较为合理的。在开挖第5步时,改变台阶工作面长度(L=2m、3m、6m),得到地表测点(i=1,j=43)的沉降历史图(图4)。
注:菱形点、方点及三角点分别代表开挖步距为2、3、4m。分析表明,适当降低台阶工作面长度对地表沉陷及拱顶下沉量的影响不大,但增大台阶工作面长度却能明显地减少地表的沉陷值及隧道的收敛变形值。在北京复—八线采用水平冻结法施工时,台阶工作面的合理优化长度L=5m。
5结论
(1)通过基于原型工程的数值模拟可得到隧道水平冻结法开挖施工中应力场、位移场分布特征。
(2)通过数值计算得到的考虑地表沉降情况下的合理冻结壁厚度为115m。
以往仅对技术和管理进行了研究，监测类别、内容和要素内容也单一，形成的监控技术体系不够完善，监控系统无法将地质超前预报、监控量测及预警、毒害气体监测、水文监测等技术手段与施工人员管理、安全防护设施管理等手段进行实时、有效的关联，不能真正达到保障安全、优化设计、指导施工、减少灾害后人员财产损失的真正目的，也无法实现真正意义上的隧道施工安全远程智能监控。本文基于以上分析及目的，经公路隧道施工与监控现场调研和分析，并结合公路隧道设计施工技术规范要求［7－8］，将隧道监控内容及要素列出，见表1。
监控系统实施流程
隧道施工安全远程监控系统除需要建立并完善监控内容和要素，还应该建立完善的系统实施工作流程。监测信息的管理、预警、处治流程既是决定能否对不良地质灾害、异常围岩变形与结构荷载、异常施工环境信息等预警信息及时响应，确保施工安全监控预警信息得到及时、妥善处理的前提，也是施工安全监控系统起到应有作用的基础，所以明确隧道施工安全智能远程监控管理实施流程非常必要。根据我国公路隧道施工监控技术现状、管理要求及相关技术规范和标准，提出监控系统的工作内容及对应的工作流程，如图1所示。
监控系统讨论
隧道施工安全远程智能监测设备的研发涉及到掌子面数字化监控与重建、监控指标的智能化预警方法、系统的模块设计、硬件功能的设计与规划、监控信息指标体系、传感器类型、传输技术、设置位置等技术方案的规划和实施，也包括监控设备的使用要求、管理要求和实施方法的建立，如监测时间、频率、数据管理和存储等诸多管理问题的建立和完善，属多学科系统性工程，需进一步开展研究并完善相关技术和管理技术，在此基础上方可进一步完善安全监管，真正提高隧道施工安全水平。
以施工人员信息监控为例，隧道建设过程中，建立隧道危险源监控系统，及时、动态掌握隧道施工危险源信息，有效预警，防止隧道灾害发生;灾害发生后，通过洞内人员信息准确、有效的记录，可反映隧道内施工人员数量和位置，以便及时施救，最大程度地减少隧道施工人员伤亡。因此，对施工人员的安全管理和监控始终是智能监控设备关注的重点。了解隧道内工程技术人员的进出情况、具体数量和位置，尤其是掌握隧道危险区域内的施工人员情况，对确保施工安全及灾后救援十分重要。目前隧道实际施工管理过程中，施工人员进出隧道遵守挂牌等级制度，其统计时效性差，准确度不高。
从技术角度看，在隧道洞口、2次衬砌、掌子面、仰拱工作面等重要作业区域安装无线数据接收器，现场施工人员进出隧道时，随身携带唯一的数据识别标识卡，人员识别标签不断或定时发射载有目标识别码的无线电射频信号，施工人员进入接收器读取范围内，接收器接收到施工人员识别标签发来的载波信号，经接收器接收处理后，将信号进行分析、处理，并发送到洞口通信接口装置，再转换成信号送给洞口服务器，以实现目标的管理自动化。施工管理方应确保施工人员正确携带标识卡，确保接收器及传输线路、洞内及洞口终端显示设备的完善，并进行定期检查。
论文摘要：隧道工程是铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程，因地质条件不明造成隧道施工事故的危害是巨大的，加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。国内外对隧道地震波超前预报技术已研究多年，笔者就这方面的现状及进行了讨论，指出了TSP仪器技术存在的不足，阐述了克服盲目性、提高科学预报的重要性，介绍了新开发的TGP隧道地震波预报系统与技术及应用效果。
随着我国基本建设规模的扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。隧道工程的重要性越来越显著，隧道工程的数量和长度明显增加，规模不断扩大。因此隧道工程的安全施工和贯通，是不可回避重要任务和技术难题。危及隧道工程施工的地质病害大致分为三类：1不良工程地质条件，诸如岩体的裂隙发育密集带、构造破碎带、岩溶发育带、以及人工采矿造成的不良地质条件和高地应力造成的危害等；2不良水文地质条件，诸如岩溶水、构造和裂隙水等；3不良环境条件，诸如有毒有害气体和强放射性的环境。对于以上地质问题,在隧道工程的勘察设计阶段，已经投入大量的地质勘察工作，但是由于地质、地形条件的复杂性和相应勘察技术的现状水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段的精度要求。国内外因地质条件不明造成隧道施工事故的教训是不少的，例如：日本越新干线中山隧道涌水淹没事件；前苏联贝加尔—阿穆尔干线上某隧道的突水事件；我国成昆线、大秦线、衡广复线建设中，因地质问题的停工时间约占到1/3；以及不久前发生的四川某隧道瓦斯爆炸，造成重大事故和人员伤亡。以上隧道施工事故的危害是巨大的，因此强调加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。
我国隧道地震波超前预报技术的研究起始于上个世纪的90年代，铁道部第一勘测设计院物探队提出“负视速度方法”。铁道部第一勘测设计院是较早研究隧道地震超前预报的单位。他们在1992年7月，利用地震反射波方法对云台山隧道进行隧道超前预报，预报成果与开挖后的隧道左壁“破碎带”和“断层”的位置基本一致。从上个世纪90年代初开始，我国物探技术人员一直没有停止对隧道地震超前预报技术的研究。曾昭璜（1994）研究利用多波进行反演的“负视速度法”，这种方法利用来自掌子面前方的纵波、横波、转换波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所产生的负视速度同相轴来反演反射界面的空间位置与产状。北方交通大学的陈立成等人（1994）从全波震相分析理论和技术的角度研究隧道前方界面多波层析成像问题，进行隧道超前预报。他们的研究成果在颉河隧道、老爷岭隧道地质预报中应用，取得预期的效果。该方法的工作原理是以地震反射波方法为基础。工作中他们根据娴熟的地震反射波技术进行数据采集和数据解释，当时没有开发出针对隧道地震预报的处理系统，同时受当时条件所限制，该项技术未能得到进一步深入研究和发展。
1995年左右铁道部下属单位引进瑞士“TSP202”隧道地震波超前预报的仪器，当时曾组织系统内有关地质和物探专家在隧道工点进行了试验，未见明显的效果，认为其技术与“负视速度方法”基本一致，对其处理解释系统争议较大、认识褒贬不一，试验工作无果而终，该设备技术的消化工作也就搁置了。时隔7年后,隧道安全施工要求进行地质预报,该仪器设备由铁路系统的工程局又开始第二次引进，并直接用于隧道施工的预报工作。可以说由于第一次引进消化工作不深入，造成第二次引进后出现：应用工作中的盲目性和简单化，以及其他一些不正常现象。在宜万铁路隧道施工中不断出现的问题，使人们开始反思，不少论文也提出了存在的问题,铁道部也下发文件要求科学地进行超前预报。可以说短短几年的应用实践,人们仍然在探索着地质预报技术的进步。
隧道地震波超前预报属于物探技术，但比地面的地震波物探技术复杂，我国的地质物探工作者一直没有放松该技术的研究工作。北京市水电物探研究所研究地震波勘察检测技术已经有近20年的历史，并且是多道瞬态面波勘察技术的发明单位，生产的SWS型工程勘察与工程检测仪器系统，已经为400多家勘察设计、高等院所广泛应用，并且出口日本等国家。2003年该所投入人力物力研究隧道地震波预报技术，研究TGP12型隧道地质超前预报仪器，以及孔中高灵敏度三分量检波设备，方便的孔中耦合技术，和Windows编程的数据处理软件系统。在经过大量的预报实践验证后，于2005年通过了由国家隧道中心王梦恕院士组织的国内著名隧道专家的评审鉴定。该仪器系统推向市场不到2年的时间，已经有近20台套投入到隧道超前地质预报工作中应用，反馈信息普遍受到用户的好评。
铁道部工程设计鉴定中心赵勇主编的《高速铁路隧道》一书，提出隧道地质超前预报的方法有以下部分组成：①地质分析、②超前平行导坑预报法、③超前水平钻孔法、④物理探测法。并阐述物理探测法与地质分析法、超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法相结合，解决不同地质灾害的应用原则。书中介绍了国产TGP隧道地震波预报系统,声波反射方法，地质雷达方法，红外探水方法等。
本文就隧道地震波预报技术中的若干关键问题，并结合应用中的实际问题阐述如下，目的在于引起同行们讨论，促进地震波预报技术理论水平的提高，促进采集数据质量的提高，促进资料的解释推断工作向合理化方向发展。
一、隧道地震波方法的预报原理
隧道地震预报工作利用地震反射波原理，在隧道内以排列方式激发的地震波，向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面会产生反射波。声阻抗是介质传播弹性波的速度与介质密度的函数，介质的声阻抗数值为速度与密度的乘积。因此地层中的岩性变化界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等界面会产生地震反射波，这种反射波被布置在隧道内的检波器接收，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现地质预报的目的。
由此可以看出，隧道地震波预报技术是通过直接探查声阻抗变化的界面，经过人工分析实现间接推断地质病害的方法。
图（2）不同夹角构造界面的地震波路径与反射波记录形态
图（1）示意与隧道斜交的构造面，其地震波传播的路径图，构造面上的地震波反射点在白色园内。图（2）示意不同夹角构造面的地震波路径与反射波记录形态，与隧道夹角不同的构造面其反射点位置不同，地震波传播路径偏离隧道轴线也不同。构造面与隧道正交时地震波传播路径与隧道轴线平行，右图为与隧道正交构造面产生的地震反射波记录，根据反射波同相轴计算得到界面与检波点之间岩体的地震波速度，该速度代表隧道围岩的性质。由非正交条件下地震反射波记录获得的速度为地震波传播路径岩体的“视速度”，“视速度”值的大小不仅与路径上岩体的性质有关，而且与界面和隧道的夹角有关。应用地震波预报构造面位置的计算是利用地震波在炮孔段的传播速度，各构造面之间岩体的速度是综合界面反射获得的“估算速度”，不是隧道围岩的真速度，应用中结合反射点偏离隧道轴线距离的远近和岩体的各项异性分布综合考虑使用。
图（2）是理想模式的三份量地震波时距曲线形态。实际工作中采集的地震波是错综复杂的，理想模式的地震波是不常存在的，记录上普遍存在有来自三维空间中多个方向的反射波，和各种形式的干扰波，这是应用技术中首先考虑的问题。
针对隧道地震波传播的复杂性，TGP地震预报系统不仅利用地震反射波走时关系，同时采集空间地震波三分量记录，进行地震波的极化分析与计算，该技术的突破有利于地质构造面产状、规模和地质体性质的预报。
二、TGP隧道地质超前预报系统
隧道地震波预报的早期研究，是由研究和利用地震波在时间空间域中的运动学特征开始的，工作中认识到仅仅利用地震波运动学和动力学特征是不够的。隧道工程的地震波在全三维环境条件下传播，这种条件比地面上的平面半无限空间条件复杂得多，而且隧道内地震波的接收与激发测线与探测目的是近于垂直或者大角度相交的条件，因此影响在地质构造面上获得大长度大面积的地震波信息量。针对这种状况，预报工作仅仅利用单一模态的地震波难以胜任。因此，TGP系统强化采集地震波的多波列信息，综合利用地震波的多波列震相信息，因此TGP系统的功能得到明显的增强。
TGP隧道地质超前预报系统包括仪器设备和处理软件两大部分。其中仪器设备有TGP型仪器主机、接收传感器、孔中定位安装工具和电缆等。图（3）是TGP隧道地质超前预报系统的主机。其处理软件由地震波数据输入与编排、空间坐标建立、能量均衡、干扰波分析与去除、触发时差校正、谱分析、纵横波分离、岩体速度参数计算、回波提取与偏移图、有效波分析与衰减参数计算、极化波处理与构造产状图、综合分析与绘制成果图等模块组成。
工程应用中，TGP型隧道地质预报系统对于500多米距离的构造面具有清楚的地震反射波信息，说明仪器系统具有足够的信噪比。实际工作中考虑预报距离和分辨精度两方面要求，预报距离一般采用150米至200米。TGP型隧道地质预报系统具有登记全部测长距离内地质构造信息的功能，利用逐次递进的位置相关分析，和源生成果对比等处理功能，有利于去伪存真和排除异常，提高预报成果的质量。该系统2005年8月通过由国内知名隧道、地质、物探专家组成的专家组评审鉴定。专家们一致认为“TGP12仪器与相关的处理系统，性能稳定可靠，采集的波形完整，信噪比高，与国外同类仪器对比整体上具有国际先进水平，可替代进口产品。”具体评审意见如下：
1、TGP12是集信号放大，模数转换，数据采集、存储和控制为一体的密封防水防震的物探设备；优于利用微机装配式结构的仪器，TGP12适合在恶劣的隧道环境中使用。
2、TGP12的三分量速度型检波器具有高灵敏度，指向性强和较宽的频带响应等特点，因而拾取的地震波信号具有高的质量品质。TGP12孔中接收检波器采用黄油耦合，方便、经济、快捷。优于在钻孔中需要锚固异型钢导管的方式。2米长的钢导管难于携带、运输，价格昂贵，一次性使用，费事费工费财。
3、TGP12的地震波采集触发是开路触发方式，即信号线在雷管引爆炸药的同时被炸断，信号线同时开路触发仪器采集，仪器采集无延时差，保证定位的准确性。超前预报仪器若采用起爆器电脉冲同时触发电雷管和触发主机采集的方案，由于电雷管起爆的延时时间难于做到一致，因此会造成仪器采集的走时误差，这种触发方式在我国的地震波勘探规程中明确规定不宜使用，更何况隧道岩体的速度比覆盖层介质的速度高出几倍以上，以岩体波速4500m/s～5500m/s为例计算，每一毫秒误差会造成2～3m的预报距离误差，一般瞬发电雷管的延时误差不止一毫秒，因此由20多次激发的平均线计算隧道岩体速度，和利用存在误差的时间计算距离，两次误差的乘积造成的误差不容忽视。
4、TGPWIN隧道地震波处理分析软件借鉴了已有相关软件的长处，并充分考虑弹性波在三维空间的传播特点，以及根据TGP仪器采集的数据格式编写。功能特点如下：
（1）全中文界面，通俗易懂，对地震波信号的处理过程，直观、方便，具有友好的人机操作界面。
（2）对P波、SH波、和SV波的分离完善合理，这是超前地质预报数据处理的关键工作之一。
（3）处理软件具有相关部分互相检查的功能，例如点击偏移归位成果图上的反射界面位置，程序会转到该位置界面的反射波组位置，通过分析反射波组的连续性、反射波的极性和能量，确定偏移成果的可靠性和性质。有助于去伪存真，由此及彼，由表及里，深化认识，使预报结论科学可靠。
（4）TGPWIN处理中有自动处理方式，也有手动处理方式，有深入分析异常可靠程度的追踪功能，这样设计既适应非物探专业的普通工程技术人员使用，又适应物探专业人员分析地震波传播特性，对复杂地质条件进行深入研究工作的需要。
5、TGP12系统只要增加不多的配套附件和软件模块，就可以增加仪器用于隧道检测的其它功能，例如：对已衬砌的隧道进行衬砌脱空检测，检查隧道围岩中隐蔽的病害（岩溶）。也可以在掌子面上用锤击的激发方式做到短距离更为精确的地质预报，因而它是一机多能的设备。
TGP12的性价比与国外同类仪器相比具有明显的优势。而且研发、生产在国内，用户可以获得及时周到的技术服务和技术支持，以及仪器维修等方面的方便性。
三、工程应用实例
宜万铁路凉风亚隧道的岩性为灰岩，TGP12型仪器与进口TSP203仪器进行了同点试验，预报成果如下，见图（4）、图（5）。
由以上成果图可以看出：在DK53+322—DK53+346；DK53+370—DK53+380；DK53+390—DK53+420三处存在构造异常，其中DK53+322—DK53+346、DK53+370—DK53+380两处的Vsh波比Vp波反射幅度大，推断以上两处构造带存在有充水或岩溶发育的可能性、。此结论经过日后的隧道开挖证明完全正确。在隧道施工的《变更设计建议书》中结论：“在隧道左壁的DK53+322段发现岩溶，溶蚀带宽度为2.5米，溶蚀带穿过隧道拱顶至右壁的DK53+340米段，并向边墙外延伸，雨后DK53+322处溶洞有较大水量流出，DK53+339处溶洞有少量渗水。该段围岩较破碎，节理发育，受溶洞影响，拱顶岩层出现楔体破坏、掉块”。
TGP12型隧道地质预报系统在云南水富高速公路冷水溪隧道，宜万铁路王家岭隧道、凉风垭隧道，青岛海滨高速仰口隧道，重庆地区数条公路隧道，以及武广客运专线大瑶山隧道等工程使用，获得满意的预报效果。
1、隧道地震波超前预报的概念解释
隧道地震波超前预报技术翻译成英语是“TunnelSeismicPrediction”，简称“TSP”。在我国《客运专线铁路隧道施工技术指南》的第5.0.8条使用了“TSP”缩写词。一般规程中使用缩写英语字母表示某种技术是正常的事情，但是在隧道地质超前预报工作中却出现被歪曲利用的现象，把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”。这种现象对隧道超前预报技术的应用，造成了不良的影响。在有的地方和部门的隧道施工招标和设备招标工作文件中也存在把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”的现象，这是对隧道地震波预报技术缺乏科学认识。
因此，正确认识：“TSP技术”即隧道地震波超前预报技术，有益于正确执行我国的现行隧道规程规范和法规，有益于隧道工程的招投标工作，有益于隧道地震波预报技术的进步，有益于诚实诚信的预报技术服务。
2、隧道地震波预报中的接收与激发问题
在隧道地震预报工作中，有的采用把接收与激置在隧道的洞壁上，这种做法不妥当。众所周知，洞壁的表面波传播较强，对地震反射波会形成不容忽视的干扰。同时钻爆施工影响洞壁岩体松动，局部超欠挖使得洞壁岩体不平整和完整性差，接收检波器和激发点受局部岩体影响大，地震波的传播和衰减比较复杂，严重影响地震波记录的一致性，大大降低有效波的信噪比。因此不宜采取在洞壁激发与接收的做法。
有关
在洞壁激发和接收中面波的干扰问题，原清华大学声学教研室的沈建国教授曾经作过物理模型试验，见图（6）。模型设计在隧道前方有一个溶洞，洞径与隧道断面相当，分别在洞壁的4个深度布置接收排列。
图（7）是洞壁采集的地震波记录，图（8）是在洞壁一定深度内采集的地震波记录。图中：蓝色直线Vp表示直达纵波；蓝色曲线Vp1表示溶洞的反射纵波；红色直线Vr的后面表示面波。由图（7）与图（8）对照可以看到：图（7）面波Vr幅度强，溶洞的反射波无法分辨；图（8）的面波Vr幅度大大减弱，溶洞的反射波较清晰的表现出来。这个模型试验的结果明确说明面波的干扰在钻孔一定深度呈现减弱的趋势。因此，在隧道地震波超前预报检测工作中，采取孔中激发和接收技术措施压制面波非常必要，是提高反射回波记录信噪比质量的重要环节。
TGP隧道地震波预报系统的接收和激发，结合现场施工的方便性，要求钻孔的深度为2.0米。钻孔中采用炸药爆炸产生震源，控制使用小药量炸药，在有条件的地方尽量使用高爆速炸药，同时在孔中充水的条件下爆炸。在充水的条件下爆炸有以下好处：易于产生高频地震波，提高分辨率；同时爆炸泄放到隧道内的爆炸声音小，减弱隧道管波的干扰能量；爆炸时水由孔中喷出的过程有益于产生水平偏振，加强横波的能量，有利于地震预报工作中实现采集高质量的多波信息，实现多波多参数的预报目的。钻孔中接收，采用具有高指向性和高灵敏度的三分量接收探头安置在钻孔的底部，通过耦合剂实现与钻孔壁的直接接触，检波器信号输出采用软电缆，和采用吸声软材料封堵钻孔口等措施，对于高保真地接收地震有效波信号，减少产生干扰波环节等方面很有益处。
3、隧道地震波预报中的干扰波
在隧道地震波采集过程中，存在着多种干扰波，对此必须有明确地认识。例如：对头隧道施工和邻洞施工的干扰波；地表地形和来自其他方向的反射波干扰；洞内电磁波干扰；以及接收装置设计不当产生的干扰波等等。正确认识干扰波和产生的原因，才会采取正确的措施获得高质量的现场地震波记录。下面重点讨论隧道管波的干扰问题。
隧道管波由激发孔爆炸时声波泄放到隧道中产生，被接收传感器接收造成对记录的干扰，见图9。
图中地震记录50毫秒以下出现的呈斜线“黑点”，在右图中斜线用“紫线”表示，由记录上的时距线计算“紫线”表示的速度为340m/s，该线以下的波（左半图中黑色部分）为空气中传播的声波，我定义这种波为“隧道管波”，“隧道管波”出现后覆盖其后出现的地震反射波。“隧道管波”幅度的大小与激发和接收条件有关，“隧道管波”在地震记录上出现的位置与采集偏移距离有关。该紫色线位置为偏移距离为20m的“隧道管波”出现位置。图中蓝色线表示速度为4500m/s的前行纵波和反射纵波，红色线表示速度为2500m/s的前行横波和反射横波。上部的蓝色线Vp和红色线Vs分别表示由震源向前传播的直达纵波与横波。下部的多条蓝色线Vp100、Vp150、Vp200分别表示掌子面前方100米、150米、200米距离处构造面的反射纵波，多条红色线Vs100、Vs150分别表示掌子面前方100米、150米距离处构造面的反射横波。由图看出有30%地震道的反射纵波和50%以上地震道的反射横波淹没在“隧道管波”的干扰中。如果隧道围岩的纵波速度低于4500米/秒、横波速度低于2500米/秒，将会有更多的地震道淹没在“隧道管波”的干扰中，其中影响横波的程度更为严重，这种现象严重影响纵、横波双参数预报。
我提出隧道管波的严重干扰问题，希望引起足够的重视，加强地震波检测理论的学习，克服对有效波和干扰波不加区分，盲目按照流程进行处理的做法，才可以纠正成果中以夹杂干扰波假象进行预报的局面。
在京西梨园岭隧道TGP206与TSP200在同一次预报中进行试验对比，发现TSP200仪器采集的记录中有严重的隧道管波，TGP206仪器采集的记录中无隧道管波。两台仪器工作中使用同一批24炮震源和在同一位置接收，采集的地震波记录出现如此之大的区别，关键在TSP200仪器的接收装置设计不合理。我分析过近百个TSP203与TSP200仪器采集的记录文件，记录上普遍存在着“隧道管波”，检查数据处理的过程中也未见对干扰波进行处理，而是作为地震反射波数据参与了处理，隧道管波干扰的假象混杂在预报成果图中。近几年，我看到的使用TSP203和TSP200资料发表的预报文章中，其现场采集的偏移距离（接收到最近激发炮之间的距离）普遍使用15米或者20米，炮孔之间的距离为1.5米至2米左右。在隧道管波干扰的情况下，这种布置采集的记录见图（9），记录上的隧道管波是构成对有效波预报的严重干扰。我们对以如上参数采集的记录作个初步的分析，假设岩体条件为完整的微风化硬岩，以岩体的纵波速度为4500米/秒，横波速度为2500米/秒计算，未受隧道管波干扰的距离：纵波成果为120米左右，横波成果为60米左右。以现行TSP200或者TSP203双参数预报的做法评论，其未受隧道管波干扰的预报距离为60米左右。如果岩体条件降低，双参数预报的距离还要大打折扣。如果按预报150米距离分析，其中有90米左右的距离中包含有隧道管波的假象资料。请有关使用者自己检查已经处理过的文件，分析我的结论是否有道理。也不妨召开一个有代表性，而且能够深度研究隧道地震波预报技术的会议，研讨是否存在隧道管波干扰的问题和改进措施。
我提出一个不得已而为之的方法，供大家思考。根据各种波传播路径和速度差异的原理，即隧道管波在隧道内的空气中传播，其速度低，地震波在岩体中传播其速度高，现场采用加大偏移距离进行预报数据的采集方法，利用岩体的地震波速度明显高于空气中声波速度的条件，使隧道管波下移，延迟隧道管波在地震波记录出现的时间，加大反射波接收的时间窗口，可以起到加大预报距离的目的。图（10）下部标注有20、30、40的三条紫色线分别表示：偏移距离为20米、30米、40米情况下的隧道管波的出现位置。由图可见，如果采用40米的偏移距离，隧道管波下移，反射波的时间窗口加大，在岩体为完整微风化硬岩的条件下，纵波反射基本上不受干预，横波反射受影响的地震道约为30%。这种方法的不利点是偏移距离加大会影响到地震波频率的降低和能量的衰减，但是权衡利弊，实现“隧道管波”下移的方法，避开隧道管波的干扰，无疑是一个不坏的办法。
隧道管波在记录上的幅度与激发泄放到隧道中的能量，以及接收装置系统对隧道管波的压制能力有关。“隧道管波”产生的源头在激发，在激发孔没有注满水、或激发孔太浅的条件下，激发能量会大量泄放到隧道内。因此，注意改善激发条件有利于减弱隧道管波的干扰。
有关是否可以采取滤波方式处理“隧道管波”的问题。“隧道管波”的频率与激发条件、接收装置条件、以及隧道围岩的性质等有关系，也存在接收装置系统在受震条件下产生次生震荡波，综合起来的干扰波比较复杂。通过滤波方式处理不宜实现滤除目的，如果采用的滤波参数不合理，还会产生改变地震波信息造成其它成果假象的可能性。
4、隧道埋深与预报距离
有一位从事海底隧道地震波超前预报的工程师向我询问有关预报距离的问题，海底隧道在基岩和海底的沉积地层中穿过，如果基岩面的起伏较大，这一类情况与地面上的浅埋隧道一样。在隧道地震超前预报中，海底地形界面和起伏的基岩面同样是地震波的反射面，因此，地形界面和土石界面产生的反射波，与地质构造面产生的反射波均会被仪器接收并叠加在一起，造成地震波记录复杂化。所以，在海底隧道或者浅埋隧道进行超前预报时，要综合考虑上述影响，合理确定预报的距离。一般在无法剔除地形等界面反射波影响的条件下，控制预报距离小于隧道埋藏深度为宜，对于大于埋深的距离预报要慎重。
5、关于围岩参数的预报问题
关于隧道围岩参数的预报问题，应该明确两个问题：一是地震波预报方法获得围岩参数的原理和作用；二是利用围岩参数变更隧道围岩级别的合理性。
地震波预报方法获得的基本参数是纵波速度和横波速度，其他参数均是由此计算得到的二级参数。利用地震波方法求取速度参数计算的过程中，速度数值与介质本身和反射界面的角度两个变量有关系。在地震波预报求取速度的过程中，以测量段（炮孔段）岩体速度为基本参考值，计算中同时考虑岩体反射界面的反射幅度强弱作为计算因素，带有相关比较的性质，因此得到的速度数值称为估算速度，利用估算速度曲线的分布作为分析相邻岩体的定性比较具有一定的合理性。但是，它既不是常规地震波勘探中的均方根速度，也不是岩体的真速度。
地质界面与隧道的关系，地质界面正交隧道轴线的情况应该说是个别的，普遍存在的应该是与隧道存在夹角的情况，因此普遍存在的是地震反射波路径与隧道轴线不重合，地质界面与隧道的夹角越小（以正交为90度），地震波路径与隧道轴线的夹角越大，即地震波路径偏离隧道越远。因此，利用地震反射波路径方向上的速度代表隧道围岩，存在不合理性，因为地质岩体具有的非均质、非连续和各向异性是不容忽视的。
在明确地震波预报获取的速度含义以后，我们来分析利用该速度进行“隧道围岩弹性波分级法”和变更隧道围岩级别的问题。“隧道围岩弹性波分级法”顾名思义，是隧道围岩弹性波的一个分级方法，而不是隧道围岩地质分级的全部。勘察设计报告中围岩级别的结论是综合考虑：隧道通过地带岩体的工程地质、水文地质、隧道埋深与地应力，以及隧道围岩弹性波参数等多方面的资料做出的，仅仅利用预报获得的岩体参数变更围岩的级别存在着片面性。
举例说明如下：图（11）是TSP203仪器预报成果图中的一部分，图中上半部分三项参数的直方图，由上而下为岩体分段的纵、横波速度参数值；岩体的密度值；和岩体的弹性模量值。图的下半部分为反射界面的分布图。以图中的反射界面线与隧道里程线的交点为序，统计反射界面与隧道轴线的夹角，汇总成表1。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
里程
2084
2092
2104
2108
2109
2116
2136
2152
2164
2184
2188
夹角
45°
75°
70°
65°
75°
80°
80°
70°
90°
70°
80°
以表1中最后两个界面的里程和夹角，根据隧道地震反射波传播理论，采用作图方法，绘制的地震反射波的射线路经，分别见图（12）。
上图的预报距离为100米：图中序号11的界面在2188里程，构造面与隧道夹角80°，其地震射线与隧道夹角10°～15°，反射段偏离隧道距离32～37米；图中序号10界面在2184里程，构造面与隧道夹角70°，其地震射线与隧道夹角20°～30°，反射段偏离隧道距离49～59米。如果以正常预报距离150米计算，反射段偏离隧道的距离达到70～80米。地震波射线与隧道轴线方向不同，射线路经与隧道轴线也不具备重合条件，而且偏离隧道50至80米多米以外，这样的速度资料作为隧道掌子面前方围岩的速度不具备代表性，以此变更隧道围岩的分级则更无道理。至于图中提供的其他岩体动参数，例如：动弹性模量、动剪切模量、动泊松比和岩体密度值等参数，皆由岩体纵波和横波速度计算而来，摆在报告中也就是一堆动参数。况且在没有具体岩体动静参数对比资料的基础上，如何使用也存在问题。
我认为隧道地震波超前预报，应该是以预报地质灾害和不良地质条件为主，以估算速度参数定性评价围岩地质条件为辅的方法。
新奥法的思想和基本理论形成于上世纪的60年代，是奥地利学者在长期的隧道工程实践过程中，在岩土开挖理论的一个系统总结的基础上提出来的。新奥法的核心是将围岩不仅视为荷载，也是结构的一部分，最大限度地利用和发挥围岩的自承能力。利用这一基本思想，根据地层条件，在隧道的设计施工中最大程度地利用围岩的自稳能力，合理确定支护的时机，使支护的代价最低。新奥法的基本思路有以下几点：
1）因为围岩要参与整个结构的承载，应尽量减少对围岩的扰动，充分保护岩体。
2）为充分发挥围岩承载能力，应允许并控制岩体的变形。施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，就能通过调整支护结构来控制岩体的变形。
3）开口不利于结构形成整体的受力结构，为此，在施工过程中应使衬砌尽早封闭成整环。
4）利用信息化施工技术，合理布置监测点，及时掌握围岩及支护结构的应力和变形，通过监测信息的反馈及时调整支护参数。
5）多采用喷锚式初衬外加现浇混凝土二衬的复合式衬砌结构。二次衬砌等初衬施工完成、围岩基本稳定之后再施作。二次衬砌可以用来承担围岩流变等引起的后续荷载。基于上述描述，新奥法的精髓可以概括为十二字方针，即“少扰动、早喷锚、勤量测、快封闭”。新奥法自创立以来，在我国的诸多软弱破碎围岩中也得到了广泛而成功的应用，目前已经发展为山岭隧道及地下工程施工的一种重要方法。金鸡岭隧道所处地层围岩稳定性差，故采用新奥法修建，在修建过程中克服多种施工中的难题，取得了较大的成功。本文将对该隧道的施工技术进行系统地分析。
2工程概况
金鸡岭隧道位于鄂州市新庙镇月陂村，为双向四车道，非独立式双连拱隧道。隧道穿越的山体的最高海拔约为98.5m，隧道最大埋深约为40.7m。隧道起讫桩号为K37+870～K38+215，全长345m。进口隧道设计标高为左洞57.493m，右洞57.483m；出口隧道设计标高分别为左洞56.757m，右洞56.747m。隧道进口、出口采用端墙式洞门。隧道地段进出口及浅埋地段上覆岩体比较薄，风化相对更强烈，围岩变形模量较小、稳定性较差。隧道地段以层次多、结构较松散的软质、较软质岩石为多，有软弱的炭质层存在，岩石强度及稳定性较差，洞壁开挖容易产生较大不良变形，产生掉块、坍塌。
3施工技术方案
根据隧道的长度、现场地质条件及工期要求等因素，本隧道采用从进口单口掘进的施工方案。
3.1洞口施工
洞口工程主要施工流程如图1所示。因洞口围岩风化强烈、稳定性差，为保证其稳定性，在洞门表土开挖施工过程中，利用挖掘机而采用不爆破或弱爆破方式挖掘洞门土石方。为增加洞口稳定性及安全，采用强支护处理。在洞口边坡及影响范围内的仰坡上打设锚杆，为增强围岩的整体性和锚杆支护效果，锚杆打入方向应垂直于岩面。锚杆打入深度为4m。同时布置25cm×25cm的钢筋挂网，钢筋直径6.5mm，在钢筋挂网上喷射混凝土，形成锚喷支护。
3.2超前管棚注浆施工
为防止岩层坍塌和地表下沉，保证掘进和后续支护工艺安全，本工程洞口设置有22m长超前管棚作为临时超前支护。管棚采用φ127×4.5mm的钢管，钢管长24m，管棚与4榀I20b做成的拱架连接在一起，并用C25混凝土浇注，形成一个模拟的洞门，在临时洞门的防护下进行洞身开挖。长管棚内注浆采用水泥单液浆。水泥浆水灰比0.9∶1，注浆初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。
3.3隧道段开挖
根据不同的地质断面，选择不同的开挖和支护方式。V类和Ⅳ类围岩地段采用三导洞超短台阶式开挖，施工时采用预裂爆破，上下台阶分开，采用短进尺，弱爆破。对于Ⅲ类围岩洞身开挖，采用全断面开挖，施工时采用光面爆破，循环进尺3.0m。中导洞的断面形式为圆顶直墙，整个断面全部开挖。采用光面爆破进行全断面开挖，爆破前用凿岩机钻眼掏槽。中导坑开挖完毕之后，对整个中导坑底板进行标高复核，用低标号砂浆铺底平整，然后进行底部锚杆施工。钢筋安装好后，分为基础及墙身两部分混凝土浇筑；基础采用普通拼装模板，墙身采用8m长模衬台车、滑模施工工艺进行施工。左右导洞采用全断面法开挖，左右正洞采用上下台阶法开挖，进洞口、出洞口8m范围内掘进进尺为0.5～1.0m，其余位置掘进进尺为1m（Ⅴ级围岩）或2m（Ⅳ级围岩）。
3.4初期支护
岩体开挖后须及时进行支护，以维持围岩稳定，保障后续施工有安全的工作空间。金鸡岭隧道施工中，采用中空注浆锚杆、砂浆锚杆、钢拱架、钢筋网、喷锚支护紧跟开挖面及时施作，以减少围岩暴露时间，抑制围岩变形，防止围岩在短期内松弛。各区段采用的初期支护参数如表3所示。
3.4.1砂浆锚杆
本工程选用20MnSiφ22砂浆锚杆，利用自制凿岩台架，风动凿岩机钻孔，孔深、孔位、外插角偏差应符合设计和规范要求。锚杆采用φ25钢筋按设计长度加工而成，按不同围岩的设计间距梅花形布置。砂浆锚杆的砂浆应拌制均匀并防止石块或其它杂物混入，随拌随用，初凝前必须用完毕。
3.4.2中空注浆锚杆
1）施工方法在隧洞的顶部采用中空注浆锚杆，型号采用D25型。首先需要使用风枪进行钻孔，然后使用注浆泵完成注浆工艺。2）注浆施工要点注浆压力控制是注浆施工关键，根据工程经验可取为地下水压的2～3倍。另外，还需根据围岩自身的裂隙阻力进行调整，最大压力值理论上不宜大于0.4MPa。而注浆的范围一般根据经验类比法或者现场注浆试验来进行确定，注浆量一般通过注浆压力达到0.3MPa来进行控制，单孔注浆量一般不超过1t。
3.4.3钢拱架支护
1）设置方法
钢拱架先在洞外分段加工，在端部设置法兰。安设前由运输车运至洞内，用人工进行螺栓连接和拼装。拼装完成之后，挂网喷浆。
2）施工要点
首先，在钢拱架架设之前应认真检查钢拱架的加工质量；在架设时，先清除底脚浮渣；如果遇到超挖的情况，尚应加设垫块，而中间部位的接头板应用砂或土体埋住，防止喷射混凝土堵住接头板上已经打好的螺栓孔。然后，按照设计要求，焊接系筋和纵筋，段与段之间设置垫片并确保螺栓被拧紧，以保证钢架的受力性能。同时要校核拱架中线的标高和尺寸。而拱架和围岩面之间尚需安设鞍形的垫块，使钢拱架与岩面之间贴实、压紧。
3.4.4钢筋网
按设计要求加工钢筋网，随受喷面起伏铺设，同定位锚杆焊接或绑扎固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，混凝土保护层大于2cm。
3.4.5喷射混凝土
按设计要求的厚度在挂网上喷射混凝土，为保证施工质量，喷混凝土应当分段、分块。施工顺序上先喷墙、后喷拱顶，从下往上喷。为保证喷射混凝土的密实度，混凝土喷嘴应做直径为20cm～30cm的螺旋路径移动，反复缓慢地进行喷射。控制水压、压缩空气的风压，掌握好喷射距离，避免过多的回弹。如果设计厚度大于5cm，应分两层进行喷射，第二层需在第一层终凝一个小时之后进行，同时有必要对第一层的混凝土面层进行冲洗。
3.5二次衬砌
二衬的施工一般要等围岩变形稳定之后才能进行，而围岩稳定的判断要依据监测数据进行分析，等变形数据趋于收敛时方可。在本隧道的施工中，衬砌距离开挖面约为30m～40m之间，一方面能使各工序在空间上互不冲突，同时能保证围岩在开挖后无支护暴露的时间控制在合理的范围之内。隧道边墙及拱部二次衬砌的浇筑采用移动式液压模板台车和泵送混凝土整体浇筑，以保证二次衬砌的密实，超挖部分采用同级混凝土回填。每模衬砌混凝土连续浇筑，一次完成。二次衬砌施作时先浇筑仰拱和矮边墙，再立模进行拱部混凝土浇筑。
3.6施工监测
现场施工监测和监测数据的及时分析和反馈是及时了解围岩状况和隧道安全状况的基本手段，也是现代隧道施工的重要部分，是新奥法的核心之一。根据围岩情况，合理地选择监测断面、布置监测元件，合理频率的动态监测，实时分析监测数据，判断围岩状况，分析初衬和二衬是否达到隧道设计要求，并及时地反馈，从而使工程设计人员和施工人员能够及时调整设计和施工方案。
4结论
1.1排水过程不具顺畅性
对于隧道的设计施工，将新奥法原理理论作为参考依据，在设计过程中，把隧道周边岩体渗水经过衬砌之后的倒水设备，进一步往集水沟引入，继尔往隧道排除。如果存在某些排水设备系统不能够正常运行，将水往隧道排出，便会基于衬砌后期形成难以解决的集水现象。在此位置的水充满空隙的状况下，衬砌会受到和地下水位高度相同静水的压力，而并不是基于设计当中的无水压，也不是折减水压。同时，在渗流的动水压力的影响下，衬砌承受的压力会在在很大程度上高于此前设计标准，进而造成衬砌涌水开裂的破损情况。因为隧道铺地基面长期浸泡在积水当中，到列车动力的催动之下，便会引发底部吊空现象，列车经过时产生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知识行车产生限速，并且会引发断轨等诸多情况。在排水系统不够顺畅的情况下，便会进一步造成雨季积水等不良状况。
1.2防水设施劣质
在隧道和外部水环境之间，防水层是极其重要的部件，能够在隧道与外部水环境分隔中发挥重要作用。基于隧道工程当中，具备两种防水层：其一是柔性防水层；其二为刚性防水层。对于柔性防水层来说，其效果与材质及施工质量存在很大的联系。若防水材料劣质，没有足够的耐久性，便非常容易在运营一段时间后，将防水能力丧失。对于刚性防水层，由于它的功能和混凝土的性能之间具备一定的联系性，如果防水混凝土的衬砌施工质量比较差，在收缩大的作用下便会呈现孔隙及裂缝等一系列情况，进而使得防水层的防水能力大大降低。
2隧道工程影响作用分析
2.1案例分析
隧道工程在建设过程中，也会对水环境构成极大的影响。隧道工程将地下水渗流原有拥有的平衡破坏，在长期疏干的作用之下，使渗流场产生了极大的变化，进而对地下水正常循环造成了非常大的影响，最后恶化了自然生态环境。以某隧道工程作为案例，该隧道工程全长为15.365千米，洞顶埋深为100米～910米，洞中部属于斑古坳地区，地表面植被非常茂密，年平均气温维持在20摄氏度，年均降雨量为1500mm。此隧道的主要问题是渗漏水现象严重，通过多次整治之后，问题仍旧没有得到有效解决。在长期排水的作用下，致使地下水位呈现下降的现象，井水干涸，并且正常的农业灌溉也受到了非常大的影响。另外，因为地面沉降致使房屋产生变形及开裂情况，使当地农业及生活均无法正常开展，该地区居民只能外迁，从而损失了很大一笔经济费用。对于此隧道工程，对地下水环境的主要影响包括两方面的内容：一方面为疏干地下水；另一方面为渗流场变化使岩土应力发生变化。
2.2疏干地下水
造成自然环境灾害最主要的原因为隧道长期排水。隧道挖掘之后，把水循环系统破坏，例如知识地下水资源被很大程度的流失。在隧道积水与汇水的作用下，使形成地下水运动的方向发生较为的改变。在长期排水的情况下，位于隧道中的地下水系统渐渐将地下水排出。将有关理论当作参考标准，地下水的补给量不能让其排水量得到充分满足，于是其水位便会发生持续下降的现象。在地下水位慢慢减弱的状况下，地下水和地表水径流间都会产生一定程度的变化，以直接的方式导致岩溶泉发生出水量极少的情况。与此同时，也可能造成地表的取水井水位下降及水井干涸等现象，进一步知识居民生活用水尤为匮乏。另外，地下水位下降会知识原农田土壤的含水量大大减退，尤其对水稻区域的影响更为严峻，可能引发无法继续种植的情况，最终对农业的正常运作产生了非常大的影响。
2.3渗流场变化使岩土应力发生变化
首先，由于隧道让许多地下水疏干，进一步让水位产生下降情况，而饱和岩土层当中空隙的水压力则会呈现减弱的趋势，不饱和区域负水压力区变大，在总应力不发生变化的状况之下，有效的应力便会得到进一步的上升。其次，应渗流场发生明显改变，地下水渗流的方向也会随着发生改变，变成在新水力梯度的状况下，便可能朝着隧道中心发生流动，此时方向为向下方向。另外，应渗流方向发生明显变化，地下水的渗流力也会随之发生变化，从而让竖直向下应力加大，最终导致总应力提升。在此状况下，岩土便会产生新的沉降，直至达到新的动态平衡状态为止。土体沉陷则会让隧址区的房屋产生倾斜现象，也会产生开裂现象，进而导致不能继续应用，在土体沉陷对农田造成严重影响的状况之下，便在很大程度上增加了农业耕种的难度。
3结语
①由于每个地区的具体环境都不相同，所以公路隧道的建设也都需要结合当地的实际情况加以更改，所以在隧道工程开工以前，首先要对施工环境进行考察，做好现场调查研究工作。
②核对设计文件和编制施工组织设计，预测隧道施工可能对地下已设结构物的影响。
③积极了解施工现场的天气、施工材料和运输情况，对施工现场可能会出现的用电问题、水量问题（雨水冲刷）以及材料供应等作好准备。
④对交通运输条件和施工运输便道进行方案比选，合理安排施工工具，现场核对隧道平面、纵面设计等。
⑤对施工地周围的生活供应、医疗条件以及电力通信、劳动力等做好勘察，并测试周围的水源、水质，拟定供水方案。
⑥按照公路隧道施工方案或技术的不同，工程实施前需要预先准备好施工所需要的一系列材料，比如砂石、水泥和钢筋等，还有一些特殊的防水材料或钢材。这些原材料在投入工程使用前都必须经过严格的质量检查和筛选，坚决杜绝使用劣质材料，而符合国家规定的材料也要进行合理堆放，避免施工人员由于材料乱堆放而导致其他事故的发生。
2公路隧道工程施工中的难点和技术
2.1公路隧道建设环节的相关技术
公路隧道在施工时除了要按照隧道施工的技术规范行事以外，还需要对材料的质量进行严格的检测，并围绕新奥法原理来按照“紧封闭、勤测量”的原则来对各种复杂的施工技术问题进行处理。随着科技的进步，隧道施工方法也比较多，比如我国常用的新奥法人工钻爆施工等（台车钻爆和人工钻爆），下面我们就人工钻爆技术进行分析。
2.1.1洞口施工
公路隧道由于地势原因，在洞口施工时很容易出现山体滑坡、失稳等现象，这就要求施工人员在施工时及时勘察地势，并结合实际情况提出合理的进洞位置和加固方案，这样才能在出现滑坡现象时及时采取措施进行防治，避免一些可能对施工人员造成的安全隐患。还有在洞口开挖之前，要及时进行边仰坡的排水工作，检查周边的排水系统是否完好，避免出现水流倒灌的问题。另外，要及时清除基坑中的废物杂物，洞口之上的仰坡坡脚如果有损坏，要及时修补，在监理工程师验收合格之后才能够进行下一步的施工。
2.1.2洞身的施工
完成了洞口开挖之后，先要进行超前支护，才能再进行洞身施工。洞身的施工方法有很多种，比如全段面法、台阶法、眼镜工法和超前支护法等，而如何选择具体的施工方案则要根据具体的围岩情况。
2.1.3初期支护
初期支护是为了加强隧道围岩的自承力，从而形成一个完整的支护体系，是复合式衬砌的重要组成之一，属于早期支护。进行支护时，一定要严格按照规范来施工。在公路隧道建设中，部分围岩的自稳能力极差，根据新奥法原则，需要在软弱破碎的围岩地段及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，施工过程中可以通过合理的机械和劳力组织，三台阶开挖和初期支护同时开始，同时完成，形成一个循环的两大步骤。
2.1.4监控测量
监控测量是工程实施过程中的重要内容，细致的监控测量能为施工提供科学、可靠的监测信息，通过信息来反馈具体实际的施工情况，并进一步确保施工质量和施工安全。在这个信息化的时代，具体的数据资料在工程建设中能起到许多重要作用。
2.1.5二次衬砌
二次衬砌不仅对围岩起支护作用，而且还美化了隧道外观，所以衬砌质量必须要达到内实外光的效果，以保证隧道的美观。如果初期支护的围岩变形，且变形速率无减缓迹象，严重超过规范要求，初期支护多处开裂时，必须及时采用临时应急支顶措施，如果因此影响到二次衬砌的质量，就必须对支护类型和参数进行及时调整，做到既能有效控制变形，避免塌方发生，又能保证工程质量。另外，在挑选二次衬砌所用的台车时，要尽量挑选表面平整、接缝严实的大模板或整体式模板台车，必须要满足设计的要求，选择合适的刚度，减少模板变形等问题，这样才能保证衬砌表面的光滑平整，还有就是做好防排水措施，避免渗漏水。
2.2新奥法施工技术
新奥法施工是世界通用的国际工法，在隧道施工时可以根据地段的不同来选择性采用钻爆法施工，实施光面爆破。在具体操作中，要以维护和利用围岩的自承能力作为出发点，尽量减少对围岩的扰动，可以考虑采用“中洞超前，预留光爆层，光爆扩边”的复式开挖法。首先开挖导洞，根据隧道断面尺寸来确定导洞断面大小，钻孔前测量中线和水平线，按画好的炮眼位置和顺序钻孔，装药和填炮泥与一般隧道爆破相类似；然后再二次开挖，根据隧道情况的不同来确定导洞挖掘的深度；最后开挖光爆层，通过复式开挖法让光面爆破痕留存率达到90%以上，使隧道开挖轮廓与设计轮廓更加吻合，降低围岩的扰动，能够很好地体现出新奥法的施工优点。
2.3施工过程中的难点管理
2.3.1施工进度问题
由于公路隧道工程的复杂性，很容易出现一些突发的危险问题，所以为了能够确保工程能够在工期内完成，必须做好相应的管理工作。在施工过程中，必须严格按照执行公司所制定的各种管理制度，将责任落实到个人头上，在设计工程方案时，要对工期做好科学合理的安排，对施工团队和现场的管理人员做好相应的专业培训工作。
2.3.2对工程质量的检查
如果将劣质的材料投入工程使用，会造成非常大的安全隐患，因此必须要加强对施工整个过程的质量监督和管理，需要监督部门建立和完善质量监督管理体系，将责任落实到个人头上，严格按照质量验收制度的规范来对工程质量进行监督和检测，发现问题，必须要严查，这样才能大大减少工程质量问题。
3结束语
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