隧道工程专题读书报告

隧道工程专题读书报告 研究生课程考核试卷 (适用于课程、提交报告) 科 目: 隧道工程 教 师: 靳晓光 姓 名: 冯 昊 学 号: 20151602011t 专 业: 土木工程 类 别: 学 术 上课时间: 2015年9月至2015年12月 考 生 成 绩: 卷面成绩 平时成绩 课程综合成绩 阅卷评语: 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院制 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 重庆大学研究生《 隧道工程学》课程考核要求 注:1、本试卷格式用于考核方式为“提交报告”、“课程论文”、“考查”等各类别研究生课程的考核。 2、要有明确的课程考核要求:如课程论文(报告)题目(范围)、篇幅(字数)、必须的参考资料、提交时间等。并提前将课程考核试卷发给学生。 3、提交课程论文撰写格式参考《重庆大学博士、硕士学位论文撰写格式》。 课程要求:(至少完成以下三项内容的一项) (1)根据隧道工程学讲授内容，结合自己的研究方向，翻译一篇外文期刊论文(外国作者)，并对论文进行总结、评述(包括研究内容、研究方法、研究过程、优点及不足之处等)。 (2)根据隧道工程学讲授内容，至少选择3个主题进行分析评述(包括研究现状、研究方向、存在的不足、发展趋势等)，完成读书报告。 (3)结合一具体隧道工程，进行隧道施工过程的理论分析和数值模拟(二维、三维及复杂程度根据自己的情况确定)分析，完成分析报告。 报告具体要求: 1)页数大于15页。 2)研究报告或论文双面打印 3)该试题附在正文前面。 请以书面形式于课程结束一周内(最迟本学期末)交到岩土馆307室，同时把电子版发到jxgcqu@163.com邮箱。 目 录 隧道工程专题读书报告..................................................................................................- 2 - 0 引 言 .................................................................................................................- 2 - 1 隧道工程岩爆问题 ..............................................................................................- 3 - 1.1 概述 .........................................................................................................- 3 - 1.2 岩爆的研究现状 ........................................................................................- 3 - 1.2.1 岩爆机理 .........................................................................................- 3 - 1.2.2 岩爆发生的条件 ..............................................................................- 4 - 1.2.3 岩爆的分类 .....................................................................................- 6 - 1.2.4 判定岩爆的依据 ..............................................................................- 6 - 1.3 发展趋势与待解决的问题 ..........................................................................- 7 - 2 隧道中“水”问题的研究....................................................................................- 8 - 2.1 概述 .........................................................................................................- 8 - 2.2隧道“水”问题研究现状 ...........................................................................- 8 - 2.2.1 隧道开挖的涌水问题 .......................................................................- 8 - 2.2.2 结构物防水 ................................................................................... - 10 - 2.2.3 施工中的排水和止水 ..................................................................... - 12 - 2.3 防水问题分析和展望 ............................................................................... - 15 - 2.3.1 进一步提高地下工程设计和施工的技术水平 .................................. - 15 - 2.3.2 防水混凝土供料和浇捣质量问题 .................................................... - 16 - 2.3.3 传统的施工缝工艺必须革新 ........................................................... - 16 - 2.3.4 结构防水宜采用多层防水线 ........................................................... - 16 - 2.3.5 地下结构的防腐蚀和防霉 .............................................................. - 16 - 3 隧道围岩分级 ................................................................................................... - 18 - 3.1 概述 ....................................................................................................... - 18 - 3.2 隧道围岩分级研究现状 ........................................................................... - 18 - 3.2.1 隧道围岩分级方法 ......................................................................... - 18 - 3.2.2 围岩分级中的问题 ......................................................................... - 21 - 3.3隧道围岩等级发展趋势 ............................................................................ - 22 - 3.3.1 动态化 .......................................................................................... - 22 - 3.3.2 定量化 .......................................................................................... - 22 - 3.3.3 智能化 .......................................................................................... - 23 - 3.3.4 信息化 .......................................................................................... - 23 - 参考文献.............................................................................................................. - 24 - - 1 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 隧道工程专题读书报告 0 引 言 随着社会经济水平的持续发展和人们对生活质量要求的不断提高，中国的交通运输及工程建设规模与数量在总体上呈不断增长的趋势。隧道作为地下通道的工程建筑物，具有其它某些工程无法比拟的优势，因此在数量上和建设规模上迅速上升。隧道作为交通运输线路上的工程结构物，具有重大的社会与经济效益。特别是在山岭地区可克服地形和高程障碍，改善线形，缩短里程，节省时间和减少对植被的破坏;在城市中则可减少地面用地，对疏导交通起到积极的作用。由此可见，隧道建设对于交通的发展起着积极的促进作用。 本学期中，在靳晓光教授的隧道工程课程中，我们系统且详细的了解了隧道在勘察—设计—到施工中所面临的一系列问题，重点学习了:围岩的分级，隧道施工中的地下水问题，隧道围岩的岩爆问题以及隧道支护中锚杆原理和选择等问题。现结合课程内容，在参考相关文献的基础上，将本学期所学隧道工程的重点问题做出如下报告。 - 2 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 1 隧道工程岩爆问题 1.1 概述 岩爆是高地应力条件下隧道等地下工程洞室开挖过程中,因开挖卸荷引起洞室周边围岩产生强烈的应力分异作用,储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂脱落、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种常见动力失稳施工地质灾害。 世界上最早的一次岩爆于1738年发生在英国的锡矿。我国最早有记录的矿山岩爆于1933年发生在抚顺胜利煤矿。据32个重点煤矿的不完全统计，1949—1985年，我国至少曾经发生过1842起岩爆和煤爆。岩爆地质灾害现象直接威胁着施工人员、设备的安全，影响工程进度，增加工程投资，已成为世界性的地下工程难题之一。岩爆这一现象自1978年首次提出至今,世界上许多国家对其给予了足够的研究和重视,但迄今为止对岩爆的定义仍未形成统一的认识。概括起来,对岩爆的定义持两种观点:一种以挪威专家B. F. Russense为代表,认为只要岩石中有声响,产生片帮、爆裂、剥落甚至弹射等现象,有新鲜破裂面产生即为岩爆;另一种以中国学者谭以安为代表,认为只有产生弹射、抛掷性破坏者才能称为岩爆,而将无动力弹射现象的破裂归属于静态下的脆性破坏。 1.2 岩爆的研究现状 1.2.1 岩爆机理 岩爆其本质上是洞室围岩剧烈破坏的体现,其发生机理可以简述为:初始应力场使硬质脆性岩体储聚的弹性应变能因开挖卸荷而突然释放,导致围岩应力在局部集中,首先克服岩体的黏聚力和内摩擦力而产生张-剪脆性破坏,并伴随声响和震动,消耗部分弹性应变能,同时将剩余的能量转化为岩块的动能,使围岩急剧向动态失稳发展,造成岩片脱离母体,向临空方向猛烈抛掷弹(散)射。 从岩爆的形成机理可知,高地应力及围岩二次应力集中是形成岩爆的基本条件,开挖洞室时,必将扰动原岩的初始应力状态,破坏洞周围岩的初始应力平衡,从而导致应力重分布,正是二次应力的高度集中,常使围岩应力超过岩爆的临界应力,从而产生岩爆。但是,许多的工程实例证明围岩应力的高度集中不一定就会产生岩爆,同时还需要在岩性、岩石强度、储能条件等方面达到相应要求,因此岩爆的产生是受多因素综合影响的。 徐林生等指出:岩爆是高地应力条件下隧道开挖后来不及作初期支护以及加固强度不够的情况下所发生的围岩失稳现象，一般二次衬砌完成后，较少再有岩爆现象发生。岩爆就其破坏机制而言，是一种开挖卸荷条件下高地应力区地下硐室岩体自身积蓄的大量弹性应变能突然猛烈释放所造成的拉张脆性或张剪脆性并存的急剧破裂或爆裂破坏灾害现象 - 3 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 一般情况下，未开挖的地下岩体为三向应力状态，随着洞室及巷道的开挖，巷道两侧表面围岩为单向压缩状态，巷道表面顶板围岩处于单向拉伸状态，深部为三向应力状态。当三向应力状态的岩体因开挖而成为单向压缩或双向压缩状态过程时，可能发生岩爆，图1给出了岩爆应力演化模型。 图1 岩爆应力演化模型 谭以安指出，在岩爆渐进破坏过程之中，岩爆的破坏过程氛围三个阶段:1.劈裂成板2.剪断成块3.块片弹射。这三个阶段所构成的渐进破坏过程都是很短促的。三个阶段在时序及空间关系上是由洞壁向里依次重复重迭发生。 1.2.2 岩爆发生的条件 (1)岩爆发生的地应力条件 地下工程实践中,通常将大于20MPa的硬质岩体内的初始地应力称为高地应力.高地应力是岩爆发生的必要条件.初始地应力高,可能是构造应力造成的,也可能是洞室埋藏深度较大所致;因而实录岩爆现象可以发生在浅部,也可以发生在深部地下工程洞室围岩中.例如,川藏公路二郎山隧道东段实测最大水平主应力达35.3MPa,岩爆均发生在临界深度410m以上的洞段;太平驿水电站交通隧道围岩实测最大水平主应力达31.3MPa,岩爆区埋深为260~600m;而秦岭隧道则在埋深约70m处就有较为严重的岩爆现象发生(注:该处实测最大水平主应力达27.3MPa).因此,岩爆发生与否与地下工程洞室埋深状况并不存在着密切的对应关系.国内外工程实践还表明,岩爆发生部位主要集中在与岩体初始地应力场中最大主应力σ相垂直的洞室主应力作用面上、下角隅处附近。 1 (2)岩体结构及其性能条件 岩体结构及其性能条件是岩爆发生与否的物质基础.按照我国公路隧道设计规范(JTJ026-90)中的围岩分类,岩爆主要发生在?、?类围岩中,它不发生在非常完整的围岩中,也不发生在节理裂隙很发育的?、?类围岩中,发生岩爆的岩石通 - 4 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 常为高弹性储能的硬脆性岩浆岩(如花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等)和灰岩、白云岩、砂岩等沉积岩以及混合花岗岩、花岗片麻岩、片麻岩、石英岩、大理岩等变质岩。 (3)地质构造条件 地下工程中岩爆的发生也与地质构造条件关系较为密切,这些岩爆总体上可以划分为以下三种类型:第一种类型的岩爆主要发生在最大主应力近于水平的高地应力区和地壳中构造应力较为集中的部位(如褶皱翼部等),在水平构造应力长期作用下,岩体内储存了足以导致岩爆的弹性应变能;第二种类型的岩爆是由于断层错动所引起的,当开挖靠近断层,特别是从断层底下通过时,地下工程开挖使作用于断层面上的正应力减小,从而使沿断层面的摩擦阻力降低,引起断层局部突然重新活动,进而形成岩爆;这类岩爆一般多发生在构造活动区埋深较大的地下工程中,破坏性很大;第三类岩爆主要发生在距断裂构造(带)一定距离范围的局部构造应力增高区洞段,它是由于断裂构造活动导致局部岩体发生松弛现象,从而造成了局部应力降低带,其应力则向断裂构造(带)两侧一定范围的围岩中转移,从而造成了引发该类岩爆活动的局部构造应力增高区. (4)水文地质条件 发生岩爆的地下工程由于地处高地应力区,因而岩体嵌合较为紧密,围岩表面比较干燥,地下水不发育。一般有地下水活动的湿润地段,围岩中地应力较易释放,故就不易发生岩爆活动。 (5)开挖施工因素 高地应力区地下工程洞室施工过程中,如果开挖方法、工程措施等选择不当,则会大大恶化围岩的物理力学性能和应力条件,从而诱发或加剧岩爆的发生.例如在相同情况下，采用掘进机施工的隧道,就可能不发生岩爆,而采用钻爆法施工的隧道就会发生岩爆。这是因为钻爆法在坑道轮廓上造成的超欠挖所致,而超欠挖会造成围岩局部高度应力集中,并导致岩爆发生。隧道内表面的凹凸不平,对岩爆的发生也具有一定的影响。因此,控制超欠挖也是控制岩爆发生的重要措施。 同时，我们了解到,在高地应力区地下洞室开挖掘进施工过程中,若经常在掌子面和洞壁喷撒冷水,一定程度上也可以降低表层围岩的强度;采用超前钻孔向硬质岩体内高压均匀注水,则可以通过以下三个方面的作用来防治岩爆的发生:一是可以提前释放弹性应变能并将最大切向应力向围岩深部转移;二是高压注水的楔劈作用可以软化、降低岩体的强度;三是高压注水可产生新的张裂隙并使原有裂隙继续扩展,从而降低岩体储存弹性应变能的能力。 根据国内外地下工程岩爆防治的经验,高地应力区采用钻爆法施工时,应短进尺掘进,减小药量和减少爆破频率,控制光面爆破的效果,以减少围岩表层应力集中现象.轻微岩爆、中等岩爆区:一般进尺控制在2~2.5m,尽可能全断面开挖,一次成形,以减少围岩应力平衡状态的破坏,必要时可以采用超前钻孔应力解除方法,形成局部应力释放区,以减少(弱)岩爆;轻微岩爆段在开挖清撬后,一般向洞壁喷5~10cm厚的C20混凝土。 - 5 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 1.2.3 岩爆的分类 岩爆分类是岩爆预测和防治的基本依据之一。 目前,学术界对岩爆分类还未达成一致意见。例如:汪泽斌(1988)根据国内外34个地下工程岩爆特征,将岩爆划分为破裂松脱型、爆裂弹射型、爆炸抛突型、冲击地压型、远围岩地震型和断裂地震型6大类;武警水电指挥部天生桥二级水电站岩爆课题组(1991)对岩爆分类有两种标准:一是按破裂程度将岩爆分为破裂松驰型和爆脱型两大类,二是按规模将岩爆划分为零星岩爆(长0.5,10 m)、成片岩爆(长10,20 m)和连续岩爆(长>20 m)三大型;张倬元、王士天教授等(1994)按岩爆发生部位及所释放的能量大小,将岩爆分为三大类型,即洞室围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆、矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆、断层错动引起的岩爆;王兰生教授等(1998)将岩爆类型划分为爆裂松脱型、爆裂剥落型、爆裂弹射型和抛掷型四大类;郭志1996)也根据岩爆岩体破坏方式,将岩爆划分为爆裂弹射型、片状剥落型和洞壁垮塌型三大类。 上述划分主要是依据岩爆特征进行的。谭以安(1988)和左文智、张齐桂(1995)等则从形成岩爆的应力作用方式出发,将岩爆类型划分为水平应力型、垂直应力型、混合应力型三大类和若干亚类。徐林生对于岩爆的分类思想相近与谭以安的分类方法，分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类。 1.2.4 判定岩爆的依据 目前，已有许多岩爆理论研究，其中主要的包括强度理论、能量理论、冲击倾向理论、刚度理论、失稳理论、分形理论以及突变理论。在理论和施工现场探测相结合基础上，国内外学者提出了多种岩爆判据和岩爆分级，而且总结出较好的预测预报方法和防治措施。 为了判断洞室或隧洞(隧道)在何种情况下发生岩爆以及若可能发生岩爆时其严重程度如何，国内外学者提出了许多岩爆判据和岩爆分级。 (1)E.Hoek方法: 采用隧洞最大断面切向应力与岩石单轴抗压强度之比，分为四级，从一级至四级分别为:少量片帮，严重片帮，需重型支护与严重岩爆。 (2)Turchaninov方法(T方法): Turchaninov根据科拉岛希宾地块的矿井建设经验，提出了岩爆活动性由洞室切向应力和轴向应力之和与岩石单轴抗压强度之比确定。同样分为四类，依次为无岩爆、可能有岩爆、肯定有岩爆与有严重岩爆。 (3)Kidybinski方法:弹性能量(应变能)指数判据(主要根据煤得试验) 弹性能量有弹性应变能与损耗应变能之比计算得。当其大于等于5时，为强烈岩爆状态，小于2时，为无岩爆状态，其他则为中等岩爆状态。 (4)Russense判据: Russense岩爆判别方法是根据洞室最大切向应力与岩石点荷载强度的关系，建立了岩爆烈度关系图。把点荷载换算成岩石的单轴抗压强度，并根据岩爆烈度 - 6 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 关系图判别是否有无岩爆发生。最大剪应力与单轴抗压强度之比越大，岩爆现象越严重。将之分为无岩爆，若岩爆，中岩爆与强岩爆。 同时，必要的话，追对不同的具体隧道工程，研究人员也会针对该工程进行确定判据，如秦岭隧道与二郎山公路隧道。 由以上几位学者提出的判据可知，判断岩爆是否发生及活动强度，与围岩应力，围岩性质及能量等有关。因此，表1-1能更加清晰的表现出各个判别标准所运用到的应力参数。 表1-1岩爆判别指标 由上表可以看出，目前的这几项判别准则之中，更多的利用的是围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度。 1.3 发展趋势与待解决的问题 对岩爆发生的机理与评判标准仍旧处于探索之中，至今，国内外未有一套完整体系能够将岩爆现象全面的定义，评判，分类。各种岩爆判据对工程的适用性还有待探讨，而新思想也将不断的融入于岩爆的研究之中。 其次，目前在对岩爆有了基本了解之后，学者们纷纷投入于岩爆预测的研究之中,现有的预测方法主要为(1) 工程类比法:(2) 理论分析方法(3) 现场实测方法。随着研究的深入，岩爆预测的方法将更加准确，耐用，便捷。 岩爆是长大隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害，岩爆研究对于隧道的勘测设计、施工组织及安全生产具有重要的现实意义。岩爆机理研究是岩爆预测及控制技术发展的基础;由于现有理论的不完善,以之为基础的预报体系及控制技术还不能对岩爆灾害进行准确预报和有效控制。 近年来，学者们专注于对岩爆产生机理与预测的研究，忽略了对有岩爆倾向性开挖空间的有效防护理论与技术的研究,因此相对来说对岩爆防治措施的研究较少。相对于产生机理与预测，有效的防护也是相当重要的。在设计路线无法改变的情况下，需要做的便是在施工过程中及掘进后，利用一系列防护手段来减少岩爆发生的可能性。 - 7 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 2 隧道中“水”问题的研究 2.1 概述 水，不仅是影响隧道正常施工的因素之一，也是影响岁到正常运营的因素之一。众所周知，隧道施工地下水问题是与隧道工程伴生的，并伴随着隧道工程施工的整个过程。隧道施工时的涌水问题不仅对作业环境有影响，也会使掌子面不稳定，影响锚喷混凝土的施工质量。特别是在有大量高压涌水的情况下，常常酿成重大事故。隧道水害整治的方法归纳起来就是:防、截、堵、排相结合，因地制宜，综合整治。对于具体的隧道水害问题，应按照工程的实际情况选用合理的整治技术。隧道工程实践表明，地下水的存在是难免的，但它对工程的危害是可以避免和减少的，因此，如何较好地整治隧道水害成了一项艰巨而又重要的任务。 2.2隧道“水”问题研究现状 2.2.1 隧道开挖的涌水问题 众所周知，隧道施工地下水问题是与隧道工程伴生的，并伴随着隧道工程施工的整个过程。隧道施工时的涌水问题不仅对作业环境有影响，也会使掌子面不稳定，影响锚喷混凝土的施工质量。特别是在有大量高压涌水的情况下，常常酿成重大事故。隧道中的涌水问题整理如表2-1所示。 表2-1 隧道开挖中的涌水问题 原因或环境 直接作用 预计的现象和影响 渗透水 •软岩的软化 •土压增大 •促进破碎带、裂隙剥离 •侧壁崩塌的诱因 •粘土的膨胀 •吸水膨胀]围岩流变 •无凝集力围岩的流动化 •围岩崩塌、丧失稳定 接近涌水带 •隔水墙的破坏 •掌子面围岩的崩塌、流失 •坑道淹没 排水设备过小 •排水不良 •洞内环境不良 •支护基础承载力降低 集中涌水 •流速大、水深 •掩埋掌子面设备 •作业危险 •停止施工 竖井、斜井 •泵排水 •洞内积水 地下水的继续流出 •地下水位降低 •水源枯竭 •水位降低 •海岸部海水侵入 - 8 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 掌子面开挖中或支护完成之前，掌子面保持一定时间的自稳是隧道施工方法的前提。次自稳性，主要是与构成掌子面地质的力学强度特性有关。在掌子面因渗透压而会出现崩塌流出等现象，使其强度降低。特别是在未固结的围岩中，因初始强度低，伴随涌水会造成掌子面坍塌现象。 在未固结围岩中，如降低水位过度，会出现干燥流沙现象。根据地质条件，考虑其渗透性，在可能的凝聚力的条件下，调整和控制含水比是很重要的。 掌子面有涌水时，涌水易向支护底部集中而妨碍作业，同时使底部围岩劣化，因底部压密而造成支护变异和断面异常等。 侧臂有涌水时，喷混凝土会粘附不良，或不能施工。对一定程度的涌水，可增加速凝剂的添加量，或采用金属网等，提高混凝土的粘附性。因施工后的涌水冲刷，会在衬砌与围岩之间形成空洞等附着不良现象，要十分注意。施工时，将涌水部分集中进行排水是很重要的。 周边涌水是造成施工效率大幅度降低的汇总要原因。涌水一般向隧道坡度低的一侧流动，在逆坡施工时，需要强制排水。在易于泥化的地质条件下，不能利用坡度排水，需要配置组后的水泵。对土法的大量涌水，要增加辅助设备。从竖井或斜井开挖时，要有独立的排水电源，并准备好预备电源。因涌水使路基地层劣化，施工效率降低，重型机械的行走不安全等，这是造成洞内事故的直接原因。必须对洞内排水给予足够注意。 空隙水会降低围岩的内摩擦角，危及掌子面的自稳性，渗透水流也会造成细粒流失的现象。 涌水的冲刷会在喷混凝土的背后造成空洞，而在以后的水的作用下，空洞会逐渐扩大，造成隧道变异和二次衬砌质量降低。二次衬砌施工前，要充分调查漏水地点的背后是否有空洞，必要时，应用砂浆充填和设置导水系统、防水板等。 施工后，因隧道周边渗水的存在，在仰拱或路基下的分界处，会形成积水，此积水的侵蚀有时会形成围岩空洞。有此种可能的情况时，要铺设中央集水管或调查洞内水沟的高程。 因隧道施工而采用降低水位方法时，会形成周边地层的压密下沉，这是造成地表下沉的重要原因。在施工前就要考虑地层的特性，作好施工。特别是有地面结构物时，要调整变更止水方法。 同样地，因地下水位的降低也会造成水资源、水文环境的很大变化，对水利用会造成很大的影响。 为了保障隧道施工的顺利进行，同时尽最大力度保护维持当地原有地质地貌环境，需要经济合理的处理地下水，最大可能的减小对隧道施工的影响。 目前，处理地下水处理对策主要集中在两方面:一，结构物的防水，排水。二，施工中的止水和排水。两者既有区别又有联系。本次我们重点讨论施工中的止水和排水。 - 9 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 2.2.2 结构物防水 隧道结构物的防水和排水问题，在建国初期，我国修建的铁路隧道，是以混凝土自身的防水性能和向衬砌背后注浆为主要的防水方法，只要工艺到位，就可以满足结构的防水要求。今天，随着新型防水材料及防水板的出现，隧道的防水技术有了新的发展进步，因此老式的防水方法逐渐被淘汰，而用防水板取代。其负面的效果就是忽略了混凝土的自身防水效果。 防水的一个基本原则，就是不容许地下水进入隧道内，而应该从隧道背后排出，即要在隧道的衬砌背后设置通畅的排水设施，而隧道内部也需要设置排水沟等为洞内的清洁水，雨水的排出。因此在隧道的排水上不存在以“堵”为主，还是以“排”为主，地下结构在任何情况下都要满足防水的要求。 表2-2不同防水等级的适用范围 电气化铁路隧道，地下铁道区间隧道，城市公路隧道，公路隧道等一般属于二级防水要求，而地下铁道车站则属于对防水有严格要求的场所，一般定位为一级。在一般情况下，防水等级的标准可参考表2-3的规定。 - 10 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 表2-3地下工程防水等级标准 2.2.2.1 自防水技术 衬砌的自防水技术包括两个方面:一个是采用防水混凝土;一个是处理好各种施工缝，变形缝的防水。 2.2.2.2 施工缝、变形缝的防水 防水混凝土的自身防水性能是比较好的，只要施工工艺按照要求操作，就可以获得满意的防水效果。但是施工缝，变形缝等防水薄弱环节如果处理不好，防水混凝土也就会失去防水作用，因此，做好施工缝，变形缝的防水是极为重要的。 (1)首先，防水混凝土应连续浇筑，宜少留施工缝。当需要留设施工缝是需要按照相关规范施工。 (2)变形缝应满足密封防水，适应变形，施工方便，检查容易等要求。 2.2.2.3 防水板、喷射防水膜 防水板是保证隧道防水功能的重要措施，但其本身也存在着很多的问题，突出的表现在防水板的质量上，以及施工中的不规范操作等都严重的影响着防水板的防水功能。鉴于此，目前各国都在寻找新的防水方法，日，美，德等国的科学家首先提出用喷射成膜法去消除防水板的缺点，并付诸行动，取得了宝贵的实践经验。 - 11 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 2.2.2.4 隧道排水 在排水型隧道中必须做好衬砌背后的排水系统，使水流通畅的排出。一般的来说，隧道衬砌排水系统的构造如图2-1: 图 2-1 衬砌背后的排水构造(单位:mm) 1-初期支护 2-盲沟 3-主体结构 4-中心排水盲沟 5-横向排水沟 6-排水明沟 7-纵向排水沟 8-隔浆层 9-引流井 10-无纺布 11-无砂混凝土 12-管座混凝土 衬砌背后的围岩渗漏水可通过盲沟，盲管，暗沟导入基底衬砌背后的排水系统中排出。通常，涌水沿着防水板背后流下，到衬砌背后下部集中后，通过导水沟导入中央排水管，排出隧道。这些通道，即使一部分被土砂和混凝土等堵塞，就会破坏导水功能，对衬砌产生不良的影响。在衬砌背后下部设置的集水管，要用防水板包裹后充分固定并小心施工。集水管和导水管的结合部位易漏水，因此要采用防水板和橡胶等确保其充分的防水性。 2.2.3 施工中的排水和止水 施工中的排水和止水常常是与围岩的加固联系在一起的。实际中，排水和止水是常常不能截然分开的，因此，排水和止水相互配合的方法是我们经常采用的方法。隧道施工中的山岭隧道中通常采用的地下水对策列于表2-4。 表2-4 山岭隧道的地下水对策 基本方法 划分 方法 排水 重力排水 排水钻孔，排水坑道 强制排水 井点降水 并用 上述方法并用 止水 压注 压气 冻结 并用 压注，压气，止水，排水等并用 - 12 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 2.2.3.1 排水方法 一般施工中的排水方法有利用重力的自然排出的排水钻孔，排水坑道以及利用井点的强制排水方法。 1. 排水钻孔与排水行道 排水钻孔一般是根据钻孔的长度进行分类的，表2-5是一个分类的标准。 表2-5 排水钻孔的分类 类别 长度 工法 有无岩芯 施工位置 采用机械 A 大于500m 双重管法 无--有 从断面外 旋转式，55KV级 B 300m左右 双重管法 无--有 从断面外 旋转式，30-55KV级 C 30--60m左右 无岩芯方式 无 从掌子面中心 旋转式，30KV级 D 10--30m左右 无岩芯方式 无 从掌子面中心 冲击式 E 3m左右 无岩芯方式 无 从掌子面中心 冲击式 (1)排水钻孔的设置场所 在洞内进行施工的时候，钻孔的设置场所，在短台阶法中可考虑设计在上半段面和下半断面。在短尺钻孔的场合，从上半断面施工是经济的。但是在施工后排水效果有问题时，如需要追加钻孔的话，有必要从掌子面的下方位置施工。长钻尺钻孔的场合，为确保大型机械的操作空间，避免作业间的干扰，应在断面外进行开挖。 (2)钻孔长度 钻孔的长度应根据开挖目的，调查要求以及搭接长度等决定。 (3)钻孔方向 对应止水层的分布状态，需研究最有效率的钻孔方向，一般在短尺钻孔的场合最好按距滞水层最短的距离设计，尽量靠近隧道。在长钻尺的场合也是一样的。 2. 降低地下水位工法 开挖工程中，对地下水位高的场合，要排出地下水，在无水安全的环境下进行作业。为此要采取隔断地下水或排水措施。可用抽水泵排出涌水，以保持地下水位在开挖面一下，还可以强化地层，保持地层的稳定。 一般来说降低地下水位的方法有:从地表降低地下水位的方法;从隧道内降低地下水位的方法。 由于地表条件的限制，有时不能在地面设浅井点。这种条件下，可在隧道内设浅井点，水平钻孔或超前坑道等降低地下水位。在隧道内部修深井点，应向隧道下方或斜下方钻深井点，进行抽水。 一般地，在开挖工程中多采用降水槽，井点降水，深井点降水及真空深井点降水等方法。 2.2.3.2 止水方法 根据施工经验，一般在仅仅实施降低地下水位工法不能获得充分的降水效果时，为保护环境不能降水时，水底隧道等涌水的供水无限时情况下，需要采取止水方法，施工中使用较多的止水方法主要有:压注法，压水法和冻结法等，根据围岩性质的不同一般采取的止水方法是不同的。不管在何种地质环境条件下，仅 - 13 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 仅采用止水方法单一措施是难于达到完全的止水效果的，要根据具体工程的围岩条件，周边的环境条件，同时采用压注法和降低地下水位的方法，才能获得经济合理的效果。 压注法 压注法是向地层中注浆，造成固结土，降低地层的透水性，同时强化底层的方法，从压注目的和压注机理来看，可分为充填岩层裂隙的岩层压注和固化土质地层为目的的地层压注。压注止水法，目前想要达到完全止水的目的是不可能的，其目标仅仅是在隧道周围一定的范围内提高围岩的止水性能，把透水系数提高到某一基准值。 压注的方式一般主要有:从地表面进行压注，从隧道洞内压注，利用超前导坑进行压注。 在压注材料的选择上，通常是根据施工目的和地质条件选定，在初步选择时可参考表3-3选择。 表2-6 压注材料选择参考表 - 14 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 压注工法的选择，在施工中要根据浆液的凝固时间，特性和压注手段等有许多的方法，目前采用的方法大致按表2-7分类。 表2-7压注工法的种类 压注范围指用浆液能均匀改良土的范围，可按图2-2的例子进行设定，但在实际的压注中因地质构造的复杂性，几乎很难采用理论的方法，因此多根据经验确定。 图2-2 压注范围 压注量的选择，要根据压注目的，并考虑土质，孔隙率，浆液的种类，压注方法等决定。 压注法的效果管理，需要综合，主要方法有:根据压注压力推定，根据对开挖后的掌子面状况目视推定，根据土质实验推定，在有可能的条件下，应采用土质实验的方法确定。 2.3 防水问题分析和展望 2.3.1 进一步提高地下工程设计和施工的技术水平 以上海地铁二个刚完成主体结构时的车站施工为例,从其渗漏水统计资料得 - 15 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 到的数据显示,经同一技术领导部门审批,采用相同的施工组织设计、施工工艺(包括施工管理水平),即使由二个不同施工队伍去实施,最后漏点频率相近。这就充分说明,按此施工工艺(包括施工管理水平)最后的防水效果只能达到这样水平。欲要提高防水效果必须从根本上改进全套施工工艺(包括管理水平)。目前,上海地区采用非刚性接缝施工的地下连续墙接缝处漏水率很大(80%左右),再加上其它因素造成墙渗漏水率更高。 2.3.2 防水混凝土供料和浇捣质量问题 商品混凝土搅拌站级配发生失误在工程中屡有发生,尤其是在前10年左右建立的老式称量系统准确率较差。最近5年采用引进设备和技术得到提高,但事实上也有过配料错误、减水剂自动控制阀失灵等事故。更多是发生在搅拌车到了现场,在场施工人员随便加水,这在夏天高温时发生较多,这是大面积型渗漏水肇事根源之一。 虽然商品混凝土施工工艺对坍落度要求增大到12cm左右,一般情况下单纯性因漏振而造成渗漏水机率已减少,但在断面复杂和突变形状下有时发生蜂窝、露筋。解决办法是严格质保体系和质保奖罚制度,当然对复杂断面要认真做好浇捣前准备工作,具体落实技术措施,例如增加门子板等。 2.3.3 传统的施工缝工艺必须革新 内衬侧墙施工缝处理工艺采用传统的凿毛做法,渗漏水现象较严重,约占整个接缝长度20%是漏水的(因冷接缝造成漏水点尚不包括在内),特别在凿毛大量采用风镐,很难做到“精工细作”的要求。上海地铁车站防水要求在施工缝中设置遇水膨胀腻子,在工艺设计上有了改进,但是如何在凿毛后高低不平表面粘好防水条,尚未很好解决操作工序。在浇捣混凝土的过程中会出在防水腻子被局部损坏,所以尚需加强质量管理工作。 2.3.4 结构防水宜采用多层防水线 隧道和地下工程结构防水,采用多层次防水线是我国多年来施工经验的概括。目前,我国隧道和地下工程多层次防水线的做法是: 第一道防水线:初期支护加背后注浆,初次支护一般都采用喷射混凝土,视地质条件决定喷射混凝土是否加钢筋和网构拱架; 第二道防水线:在初期支护与二次模注混凝土间设置封闭的塑料防水板隔水层,其作用是防止二次模注混凝土开裂,并起到隔水和防水作用; 第三道防水线:二次模注采用抗渗等级高的防水混凝土,并做好接头缝的处理。实践证明,只要认真做好每一道防水线,其防水效果还是比较理想的。 2.3.5 地下结构的防腐蚀和防霉 暴露于干湿交替循环的混凝土,由于地下水位的标高起伏等原因,极易发生侵蚀。不断重复循环的干湿过程就会导致在混凝土和罩面层区内的盐分浓度迅速增加。如果这些盐分是侵蚀性的话,则混凝土质量恶化的情况就会发生。当混凝 - 16 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 土表面沉积侵蚀性盐类时,可通过定期清洗来除去盐的沉淀物,通过重新嵌缝或是将渗漏的施工缝密封来消除侵人水的源头艺对隧道的内侧表面涂覆保护性的、不起吸附作用的涂料,亦能起到停止盐类侵蚀的保护作用。由于地下工程构筑物的周围是土壤,而土壤中含有大量霉菌、细菌、放射菌等微生物,因而防水材料会被霉菌侵蚀,会造成这些材料的劣化而影响工程质量,这是不容忽视的。 据国外资料报道,用天然橡胶、氯丁胶、聚氨醋橡胶做长期的土埋试验,8年后其抗张强度损失大于51%。因此,必须采取防水措施,而行之有效的方法通常是采用添加防霉剂等措施。防霉剂主要应具有高效的抑菌作用、性质稳定、不易分解、不影响原材料和对人体低毒甚至无毒等特点。 系列防水材料的研究和推广,是提高产品质量、降低防水工程成本的一个有效途径。随着煤化学、石油化学工业的发展,为建筑工程防水材料的研制,提供了廉价的合成树脂、合成橡胶,改变了以单一的沥青作为建筑防水材料的局面。高分子复合材料的发展,进一步开阔了材料来源。一种合成材料可以根据其用途加工成不同的形态。如聚乙烯、聚氨酷等可以制成硬的,也可以制成软的,其软硬程度也可以不同。人们根据工程实际需要,选择和研究经济效果最好的防水材料,可以充分发挥高分子复合材料的特性,提高防水工程质量,降低工程成本。 - 17 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 3 隧道围岩分级 3.1 概述 工程岩体分级实际上是通过岩体的一些简单和容易实测的指标,把工程地质条件和岩体力学性质参数联系起来, 并借鉴已建工程的经验教训,对岩体进行归类的一种工作方法。其目的是通过分级,概括地反映各类工程岩体的质量好坏,为工程设计和施工方法的选择等提供参数和依据。 隧道围岩分级是当今隧道工程稳定性评价中应用最多、最广泛、实践经验较丰富而又简便实用的经验分析模型，它不仅是隧道稳定性评价的基础，也是正确指导设计、合理制订施工方案的重要保证，更是隧道工程投资预算的主要依据。 3.2 隧道围岩分级研究现状 3.2.1 隧道围岩分级方法 3.2.1.1单一因素分级法: 这种分级按围岩体的某一影响因素，采用某一物理力学指标进行分级，见表3-l。 表3-1 单因素单指标分级 分级名称 备注 f 普式岩石分级(前苏联) /100，破碎岩f=tanφ 坚固性系数一般用f=RR CC 隧道围岩分级 S - C 以抗压强度的分级 E/R - L 模压比分级(Deere D.U) 仅能反应岩石的致密程度 E 弹性系数分级 只能大致地反映岩体的完整性 E/E OMs 3.2.1.2多种因素综合分级 考虑多种种因素组合的分级是以大量实践资料为基础的，它同时引进了围岩体的动态分析，故对判断围岩的稳定性是比较合理和可靠的，也具有一定的理论意义，是围岩分级研究中一个有发展前途的方法。当前，国内外多因素分级的方法可归纳为以下几种: 表3-2 多因素单指标的分级 分级名称 指标 包含影响因素 K.Terzaghi岩石载荷分级 地质和工程因素 P H.Lauffer稳定时间分级 地质和工程因素 T Deere D.U.岩石质量指标分RQD,, 是岩石强度、节理频率、蚀变密度、充填物等级 综合指标 弹性波速度分级 是岩石强度、密度、孔隙率和弹性系数及裂隙V P 发育程度的综合指标 除了以上几种方法之外，在目前的隧道施工过程中，除了爆破法之外，全断面隧道掘进机即TBM被运用的越来越广泛。目前的一些隧道围岩分级(或称分类) - 18 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 方法，大多数乃是针对隧道围岩稳定性等级的划分而提出的，难以满足 TBM 施工条件下的隧道施工需要。因此，何发亮等在围岩稳定性等级划分的基础上，根据影响TBM工作条件的4个主要地质因素:岩石的单轴抗压强度、岩体的完整程度(裂隙化程度)、岩石的耐磨性和岩石的硬度，进行 TBM 施工条件下的隧道围岩分级，符合 TBM 施工条件下隧道围岩分级主要应针对工程岩体可掘进性的原则要求。 这种分级方法认为，岩体质量是多种因素的函数，按表达方式有积商法与和差法2种，见表3-3 表3-3 积商法与和差法 确定性模型 分级名称 岩体质量系数表达式 参数含义 积商模型 N(Barton1974年的岩-----块体尺寸 RQD/Jn 体质量Q分级 J/J-------块体间的抗剪强度 ra J/SRF-----作用应力 w ,,,,RQDJJ,,wr,,,,Q,,,,,,,JJSRF,,na,,,, 谷德振、黄鼎成1979I-----岩体的完整性系数 Z=IFS 年的岩体质量系数分f------结构面的抗剪性系数 级 S-------岩石的坚固性系数 和差模型 Wicham G(E(1972A----指一般地质状态，包括RSR=(A+B+C)% 年的岩石结构等级岩石类型软硬及地质构造的 (RSR)分级 影响 B-------指节理产状，隧洞轴与 节理走向关系 C-----指地下水影响 RMR+(R+节理状态+节理RSs-------岩石单轴抗压强度 Z.T.Bleniawski 1974cc 年的岩石等级数分级间距+地下水影响+节理方RQD------岩石质量指标(节 (RMR) 位修正参数)% 理方位修正参数)?0 3.2.1.3不确定性模型 岩体力学问题通常带有不确定性，如随机性、模糊性和未确知性。隧道围岩分级的不确定性模型分为随机模型、模糊性模型和灰色模型等。 (1)随机模型 随机性思维的数学描述是概率论，它弥补了经典因果律的不足，用可能性取 - 19 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 代必然性。高谦等在1994年提出了采场巷道围岩分类的概率统计分析方法，并应用到实际工程当中。该围岩分级方法，将复杂围岩体稳定性问题视为一个随机性问题，用数学理论方法，对大量数据进行数理统计分析，并进行验证讨论，进行修正，同时结合其对围岩的综合分析，最终将这些方法应用到隧道围岩分级以及监控量测数据分析中对围岩稳定性评价警戒值的确定上。 (2)模糊模型( 隧道围岩分级方法中包含参数较多，而有些参数难以准确测定，加之岩体工程力学行为及其变形、破坏机理的不确定性和不确知性。对此情况，不少学者采用模糊数学的方法加以处理。日本的铃木昌次等提出了采用模糊回归分析进行岩体分类的方法，对花岗岩、粘板岩及片岩地层中隧道围岩分类基准式进行了推导。铁二院莫君政等对?，?类围岩的既有117座隧道洞口的围岩分类、洞身的埋置深度及施工安全程度等情况进行统计，求得不同洞身埋置深度对于围岩稳定性的隶属函数，从而推导出围岩稳定性的隶属函数。 (3)灰色模型 由于地下工程地质条件的复杂性及受地质勘察手段所限，尚不能获得准确判定围岩级别的全部数据，因此围岩级别判别也就只能靠经验的定性的方法。灰色系统理论是针对既无经验，数据又少的不确定性问题，即“少数据不确定性”问题提出的哺]。根据灰色系统理论对隧道围岩进行聚类分析，仅依靠少数指标，按影响分级的主要因素聚类，即可定量化确定围岩级别，且数学推导严谨，概念清晰，评价结果可靠。基于此，刘康和提出了灰色聚类在围岩稳定性 分类中的应用，刘玉国也提出了地下工程围岩稳定性灰色评价模型与应用。 3.2.1.4围岩分级智能系统 (1)专家系统 在隧道稳定性评价系统中，涉及的知识和数据是多种多样的，其间存在大量的定性描述和逻辑关系。1984年H(H(Einstei等人首先发表了题为《人工智能在岩石力学中的应用》的论文。1985年Fairhurst提出用模糊数学结合专家系统解决隧道支护问题，随后岩体工程领域陆续出现了一些专家系统。铁路隧道围岩分类的专家系统，程士俊研制的铁路隧道围岩分类专家系统均属此类。但是，尽管目前专家系统研制和开发的很多，而达到适用程度的少。1997年李世辉等提出从定性到定量的综合集成法是比较可行的途径。 (2)神经网络系统 神经网络是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种智能科学，它具有极强的自学习、非线性动态和并行分布式处理能力。在处理信息十分复杂、背景知识不清楚、推理规则不明确的问题时，尤其凸现其独特的优越性。1998年张玉祥展示了其对巷道围岩稳定性识别模糊神经网络与模糊数学的研究成果。武汉科技大学的雷学文等运用人工神经网络理论，建立了围岩稳定性分类的人工神经网络识别模型。神经网络的出现，为隧道围岩问题的解决提供了一种强有力的理论工具。 - 20 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 3.2.1.5岩体力学介质分级 1975年国家建委提出的人工洞室围岩分类，及1981年水电部东北院提出的地下洞室围岩分类等均属岩体力学介质分级之列。这种分级方法首先是将岩体划分为不同力学属性的介质类型，再跟据其力学介质类型确定力学模型和围岩应力计算理论与方法，从而评价围岩的稳定性和进行合理的支护设计忙。 3.2.1.6特殊岩类分级 对于特殊岩类(如具膨胀性的岩石)，用一般的分级方法是不合适的，必须根据它们的特殊力学属性进行分级。 3.2.2 围岩分级中的问题 3.2.2.1公路隧道围岩分级应体现专用性 隧道按其功能可分为国防隧道、水电隧道、探矿隧道、铁路隧道及公路隧道等。各类隧道的工程特点及对隧道围岩稳定性的要求是不同的，因而对围岩稳定性评价的原则、准则和测试方法都不尽相同，不仅选用定量指标的参数不同，而且采用的评价模型也应不同，其他诸如分级的档数、分级的界限等都不尽相同。例如，现行高速公路隧道围岩分级方法主要参考国标《工程岩体分级标准》，该标准的建立主要借鉴了国防、铁路、水电等方面的隧道隧洞资料。高速公路隧道以其特有的工程特点对围岩稳定性有着极为严格的要求，所制订的围岩分级方案应充分体现高速公路隧道的特殊性，要具有专用性。如此才能更加高效的运用于公围岩的等级评价。 3.2.2.2地质勘察资料的代表性低 岩体工程性质的不均一性、岩体裂隙发育的各向异性和岩体工程地质特征的复杂性,使得可能相隔不远的岩体,工程性质却相差的很大。这些性质给勘探工作增加了难度和工作量,而现在的公路隧道正向长大发展,又没有相应的勘察规范,一般的勘探过程中所取样本偏少,且代表性不够,就会使地质勘探的数据离散性增加,降低了数据的准确性。如此一来，在京进行围岩等级分类时便会产生一定的误差。 3.2.2.3隧道围岩分级理论存在主观因素 目前，几乎所有隧道围岩分级方法中，都不同程度的带有一定的主观性。特别是在勘察阶段，较容易受主观因素的影响。以定性为主的分级方法，如现行的公路、铁路隧道围岩分级等方法经验的成分较大，有一定人为因素和不确定性，在使用中往往存在结论不一致，随勘察人员的认识和经验的差别，对同一围岩常做出级别不同的判断。定量分级中，对公式中各参数的打分，以及测试对象的抽样，数据的选取也都带有一定的人为主观性。考虑多种因素组合的分级是以大量实践资料为基础的，是围岩分级研究中一个有发展前途的方法。但目前这类分级方法还没有与有关的地质测试手段联系起来，因而在确定各项指标时，有的通过试验或现场实测确定的，有的主要是凭经验决定(，带有一定的主观因素，对同一处围岩体进行分级评价时难免产生矛盾和失误。再如，由模糊模型进行围岩分 - 21 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 级时，需建立隶属函数对分级指标进行“特征化”处理，其隶属函数的建立则具有一定的主观性，另外对权值的选取也有很浓的人为因素。 3.2.2.4设计勘察所得围岩等级与实际施工时存在差异性 在勘察和设计阶段，受勘察手段、工作量和自然地质条件的限制，勘察阶段围岩的分类是非常初步的，由此进行的设计也是一种预设计，对围岩级别的划分是较粗的，还可能出现围岩级别失误的现象。在隧道进行开挖施工时，隧道围岩应力状态发生改变，因而围岩的等级也可能发生变化。在整个施工过程中，可以说围岩等级是处于动态变化之中的。因此，在隧道施工阶段的围岩分级至关重要。然而这种变更没有特定的准则，只是现场工程人员的主观臆断，随意性很大，常因个人经验和判别方式的不同，在围岩级别变更上出现矛盾。因而，我们急切需要在施工阶段制订一套有效的围岩分级方案。既要考虑到围岩现场暴露后的各实际参数值，又要考虑隧道施工的动态变化。 3.3隧道围岩等级发展趋势 纵观当前隧道围岩分级的现状，可以看到它正在向一个动态化、定量化、智能化和信息化的方向发展。 3.3.1 动态化 隧道工程在施工过程中导致工程失稳是一个复杂的系统工程，它是一个由多种介质组成的高度复杂的动态系统。隧道稳定性呈现出一个随时间演化发展的动态过程，该动态行为受到各种因素的共同作用，众多因素耦合在一起。在隧道稳定性的动态演化中这些因素的重要程度会随施工的进行时刻发生转化，并且相互影响、相互作用。因此，隧道围岩分级必须是一个动态的系统工程。围岩级别除了取决于地质条件外，还应和工程尺度、形状、施工工艺技术等条件有关。在围岩级别判别中，要在隧道施工过程中现场测定影响隧道稳定性的各种因素，并将这些信息动态优化集成，进而评价隧道工程的稳定性。 3.3.2 定量化 隧道围岩分级应向多参数定量化、统一化发展。围岩分级定量化包括2个方面:一是分级因素的定量化;二是总体判别准则的定量化。定量化是学科发展的趋势，也是隧道围岩分级成熟的标志。如果我们能够定量地描述岩体工程中的各种不确定性因素，并研究出适当的方法在工程问题的分析中考虑它们的影响，那么岩土工程设计与施工的质量必将大大提高。隧道工程施工过程和运行期间的稳定性目前都有相应的评价方法，但多是基于经验和定性评价。鉴于隧道工程施工过程中的复杂性及使用标准的差异，应该寻求一种对隧道系统动态行为进行描述的定量评价方法，以确保隧道支护结构体系在施工和运行过程中的稳定性。岩体力学的最新研究成果使高速公路隧道围岩分级定量化成为可能，由岩体结构面三维网络模拟得到的RQD或入随空间方位变化图可分析结构面发育程度的各向异性，连续性系统为结构面力学性质分析提供了可靠的定量参数，轮廓曲线仪的研制和开发实现了结构面粗糙度。由人为定量描述向客观定量描述的转化，为结构 - 22 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 面力学性状的定量统计研究提供了重要的手段。 3.3.3 智能化 重视新理论、新方法在岩体分级中的应用。电子计算机等先进手段的迅速发展，使一些新理论、新方法相继应用于岩体分级中，出现了一些新的分级方法。 隧道围岩的智能分级便是新分级方法中的典型。岩体的地质条件、变形破坏机制、材料本构模型及其参数等很难准确地加以确定，在许多情况下对岩体进行精细的定量模拟难以成功。而新型的智能科学可以看作是解决这类问题的一条可行途径。它注重把岩体作为一种复杂多变地质体的客观实际，改用全新的研究思路，科学地运用系统科学、不确定数学与多种非线性解题方法的综合，将岩石工程稳定性从定性上升到定量的综合集成分析。对于该理论的学习研究，对我们的围岩分级是一条可行之路。尽管智能化围岩分级尚存在着一些不足，但还具有深远的发展空间，相信对该问题今后会有所突破。 3.3.4 信息化 由于围岩体地质状况的非线性、随机性以及不确定性，加之人为因素的影响及勘测手段落后等原因，致使围岩分级所需各参数值仅是相对准确，因而不能真实反映围岩体的性状。新奥法中的信息化设计思想给我们提供了解决该问题的思路。岩体力学问题的决策大都是不完善的系统分析过程，不确定的信息只通过反馈才能进一步确定。这里特别需要探索的是方法和多次反馈闭合求精法。从工程地质调查、现场量测等人手，采用多手段、多方法的闭合，经过一次或多次的反馈循环，逐渐逼近工程实际并完善信息化隧道围岩分级方法。李世辉等将围岩稳定状态系统看作开放的复杂巨系统，它不仅包括围岩与支护结构，还包括施工方法等人为因素。他所开发的典型类比分析系统就将现场岩体力学试验资料和位移反分析的成果纳入围岩分级中，体现了信息化围岩分级的思路。 - 23 - 隧道工程专题读书报告 冯昊 20151602011t 参考文献 [1] 李果,周承京,张勇,徐航,高云瑞,张茹. 地下工程岩爆研究现状综述 [J]. 水利水电科技进展. 2013 (03) [2] 陈祥,孙进忠,张杰坤,陈庆寿. 岩爆的判别指标和分级标准及可拓综合判别方法 [J]. 土木工程学报. 2009 (09) [3] 何满潮,苗金丽,李德建,王春光. 深部花岗岩岩爆过程实验研究[A]. 中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C]. 2009 [4] 谭以安. 岩爆形成机理研究 [J]. 水文地质工程地质. 1989 (01) [5] 徐林生. 地下工程岩爆发生条件研究 [J]. 重庆交通学院学报. 2005 (03) [6] 张志强,关宝树,翁汉民. 岩爆发生条件的基本分析 [J]. 铁道学报. 1998 (04) [7] 宫凤强,李夕兵. 岩爆发生和烈度分级预测的距离判别方法及应用 [J]. 岩石力学与工程学报. 2007 (05) [8] 王广德,石豫川,葛华,寇佳伟,单治钢,周春宏. 岩爆与围岩分类 [J]. 工程地质学报. 2006 (01) [9] 何泽民,徐林生. 公路隧道围岩分级问题探讨 [J]. 西部探矿工程. 2007 (03) [10]何发亮,谷明成,王石春. TBM施工隧道围岩分级方法研究 [J]. 岩石力学与工程学报. 2002 (09) [11]李坚炜,金丽芳,郝勇. 隧道围岩分级方法综合研究 [J]. 山西建筑. 2009 (01) [12]朱大军,杜鹏,梁美丽. 国内外两种不同的隧道围岩分级方法 [J]. 山西建筑. 2007 (29) [13]张永兴.岩石力学.重庆:中国建筑工业出版社，2008, [14]关宝树.隧道施工要点集.成都:西南交通大学出版社，2003 - 24 -