《特殊地质环境下公路深埋隧道地质灾害预测及其施工处治对策研究——以石万公路走马岭隧道为例.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特殊地质环境下公路深埋隧道地质灾害预测及其施工处治对策研究——以石万公路走马岭隧道为例.pdf（176页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、成都理工大学博士学位论文特殊地质环境下公路深埋隧道地质灾害预测及其施工处治对策研究以石万公路走马岭隧道为例姓名：肖文申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘汉超20070501摘要摘要基于走马岭隧道的特殊地质环境，隧道在开挖过程中将会遇到岩溶及岩溶水、断层、软岩及塑性变形、煤层及瓦斯等多种不良工程地质灾害问题。为此，通过对可能出现的地质灾害进行预测，以便为隧道的动态设计与施工提供可靠的依据与保障，以便确保隧道的正常，降低和避免各种突发性灾害对人员生命财产的威胁隐患；同时，为复杂地质环境下深埋长大公路隧道的地质灾害预测及施工处治对策方面，提出一套较为完整的研究思路、技术路线、合理的理论方法体
2、系以及行之有效的施工处治对策，应用于隧道工程的建设实践。论文的主要研究内容有如下方面：1 通过对我国已建或在建典型隧道施工所遇到的各种主要地质灾害问题进行调查和分析，初步了解了我国隧道工程施工所遇到的主要地质灾害问题，包括隧道的地质条件、主要工程灾害类型、诱发因素、工程处治措施及其治理效果，为研究特殊地质环境下隧道施工的地质灾害预测及其处治措施问题的提供了基础。2 通过对隧道工程地质勘察报告、现场大范围的地质调查资料及对隧址区遥感解译图像的分析研究，掌握了隧道的工程地质及气象水文条件，确定了在隧道在施工过程中将会遇到岩溶与岩溶水、断层、软岩及塑性变形、煤层和瓦斯等主要地质灾害问题。3 研究了隧
3、址区的岩溶发育特征、分布形态及其水文地质条件。4 对隧道的涌水状况进行了全过程现场监测，并对监测结果进行了分析，采用多种常规方法对隧道涌水量进行了预测及分析；对岩溶涌出水采用渗流模拟原理，利用M o d f l o w 软件进行了三维数值计算，对隧道天然渗流场及隧道开挖后渗流场进行了分析；在此基础上，分析研究了隧道岩溶段的施工处治对策，结合现场情况，明确了动态施工的具体措施及其施工要点。5 对隧道围岩施工的地质条件进行了全过程跟踪调查，明确了跟踪调查的内容；对隧道围岩分类方法进行了研究，建立了走马岭隧道围岩动态分类标准，选取了围岩分类的基本指标，并对分类方法进行了相关性分析；选取典型断面利用地
4、质雷达对隧道施工进行了超前地质探测，并对结果进行分析。：6 选取典型断面，对隧道软弱围岩进行了变形检监测及分析，主要包括围岩内部位移、接触压力量测，以及基于量测位移的反分析研究；同时，对软弱围岩典型断面进行了3 维有限元数值模拟，对围岩应力场、位移场、锚杆受力特征、隧道开挖效应及其影响、支护结构的优化设计进行了分析；结合实际情成都理工大学博士学位论文况，对隧道软弱围岩大变形段的拖工处治对策进行了分析研究，明确了动态施工的具体措施及其施工要点。7 选取典型断面，对断层破碎岩体采用基于离散单元法的U D E C 程序进行数值模拟分析，对围岩应力位移、支护结构的受力特征、地下水力计算及其岩体完整性对
5、支护结构受力的影响进行了分析研究：同时，对断层破碎带的施工处治对策进行针对性研究，提出了综合处治措施，并对施工方案和施工要点进行了明确。8 针对地质勘察报告对煤层及瓦斯气体状况的分析，以及实际施工过程中的地质跟踪调查，确定了隧道瓦斯的地质研究工作方法，根据实际情况，对隧道煤层段及瓦斯气体的施工对策和预防措施进行了分析研究，有针对性的提出了合理的具体施工方案、措施和预防要点。通过上述内容的研究，论文取得了主要成果和创新点：1 系统提出了研究岩溶、软弱围岩、破碎岩体等特殊地质环境下公路深埋隧道地质灾害预测和施工处治对策的关键技术路线和理论分析方法，为研究隧道的不良地质问题提供了方向性指导。2 通过
6、研究，认为隧址区内的岩溶发育呈现方向性、成层性和垂直分带性等特征，为研究类似地质环境下的岩溶发育规律提供了参考作用。3 系统提出了隧道岩溶、软弱围岩、破碎岩体等地质灾害预测的技术手段与方法，正确建立了走马岭隧道围岩的动态分类方法和标准，可推广于其他类似隧道工程的研究。4 正确选定了隧道岩溶与岩溶水、软弱围岩、破碎岩体等特殊地质灾害问题的数值分析软件、计算模型、边界条件及有关计算参数，为研究类似地质环境下隧道的地质灾害问题提供了可靠的计算方法和手段。5、系统提出了走马岭隧道岩溶、软弱围岩、破碎岩体、煤层瓦斯等不良地质问题的动态设计与施工的工作程序，并提出了合理有效的施工处理对策，为处理其它类似隧
7、道地质灾害问题提供了指导和借鉴作用。关键词：公路隧道，岩溶，软弱围岩，断层，破碎岩体，煤层与瓦斯、地质灾害，预测，施工对策，研究n摘要T i t l e：P r e d i c t i o no fg e o l o g i c a lh a z a r d sa n dc o r r e s p o n d i n gm a n a g e m e n td u r i n gt h eh i g h w a yt u n n e lc o n s t r u c t i o ni ns p e c i a lg e o l o g i c a le n v i r o n m e n tS
8、 u b t i t l e：T a k eZ o uM aL i n gT u n n e lo fS h i w a nr o a da se x a m p l eM a j o r：G e o t e c h n i c a iE n g i n e e r i n gA u t h o r：X i a oW e nS u p e r v i s o r：L i uH a n c h a oA B S T R C TD u et ot h ep e c l l l i a rg e o l o g i c a le n v i r o n m e mo fZ o uM aL i n g
9、t u n n e l，t h eg e o l o g i c a lh a z a r d so c c u r r e dd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o nd u r i n gc o n s t r u c t i o ni n c l u d eK a r s t,w a t e r-g u s h i n g，f a u l t,c o l l a p，s o f tr o c k,p l a s t i cd e f o r m a t i o n,c o a la n dg a sg u s h i n ga n dS Oo n S
10、oi ti sn e c e s s a r yt op r e d i c tg e o l o g i c a lh a z a r d sw h i c hC a np r o v i d er e l i a b l er e f e r e n c ef o rd y n a m i cd e s i g na n dc o n s t r u c t i o ni no r d e rt og u a r a n t e es a f e t yo fc o n s t r u c t i o na n dr e d u c el i f ea n dp r o p e r t y
11、l o s s M e a n w h i l e，t h ep r e d i c t i o nw o r kC a l lp u tf o r w a r dab e t t e rr e s e a r c hw a y,r e a s o n a b l et h e o r e t i ca n dr e l i a b l ec o t t n t e r m e a s u r e sf o rd e e pl o n gh i g h w a yt u n n e li ns p e c i a lg e o l o g i c a le n v i r o n m e n
12、t T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s：(1)T h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fg e o l o g i c a lh a z a r d s o c c u r r e di ni n c o m p l e t ea n dc o m p l e t e dh i g h w a y sa l ec a r r i e do u tt of i n do u tm a i ng e o l o g i c a lh a z a
13、 r d si n c l u d i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s，m a i nt y p e sa n di n d u c e m e n t so fg e o l o g i c a lh a z a r d s，t r e a t m e n t sa n de f f e c t sw h i c hp r o v i d es o m ef o u n d a t i o nr e s e a r c hf o rp r e d i c t i o na n dt r e a tm e a s l e so fs p e
14、c i a lg e o l o g i c a lh a z a r d so fh i g h w a yt u n n e li np e c u l i a rg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t(2)T h ee n g i n e e r i n gg e o l o g y,w e a t h e ra n dh y&o l o g i cd a t aa r ea c q u i r e dt h r o u g ha n a l y z i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g i c a le x
15、 a m i n a t i o nr e p o n g e o l o g i c a ls u r v e ym e m o ka n dg e o l o g i c a lr e m o t es e n s i n gi m a g e M e a n w h i l e，t h em a i ng e o l o g i c a lh a z a r d ss u c ha sk a r s t s，w a t e r-g u s h i n g，f a u l t s，s o f tr o c k,p l a s t i cd e f o r m a t i o na n dg
16、 a sg u s h i n go c c u r r e dd u r i n gc o n s t r u c t i o na r ep r e d i c t e d(3)T h ed e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c s，d i s t r i b u t i o na n dh y d r o l o g i cg e o l o g i c a lc o n d i t i o no f k a r s t si nt u n n e lr e g i o na l es t u d i e d(4)T h eo b
17、s e r v a t i o no fw a t e r-g u s h i n gi sc a r r i e do u td u r i n gt h ew h o l ec o n s t r u c t i o np e r i o d，a n dt h eo b s e r v a t i o nd a t ai sa n a l y z e db ys e v e r a lr o u t i n em e t h o d st op r e d i c tt h ew a t e r-g u s h i n gi nt h et u n n e l T h eo r i g i
18、 n a ls e e p a g ef i e l da n dt u n n e l i n ge f f e c ta r ei n v e s t i g a t e db yM o d f l o w3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nb a s e do ns e e p a g et h e o r y I l l成都理工大学博士学位论文P r i m a r ym a n a g ea n dc o n s t r u c t i o nm e a s u l sa r ep u tf o r w a r da f t e ra n a
19、 l y s i so fK a r s tr e g i o ni nt u n n e l i n gc o m b i n e dw i t ha c t u a lg e o l o g i c a li n s t a n c e si ns i t u(5)T h eo b s e r v a t i o no f g e o l o g i c a lc o n d i t i o n so f c o n s t r u c t i o np e r i o di sc o n d u c t e d A n dt h ec l a s s i f i c a t i o no
20、 ft u n n e lw a l lr o c ki ss e tu pb a s eo nt h ed y n a m i cc l a s s i f y i n gc r i t e r i o nt h r o u g ha n a l y z i n gt h ec o r r e l m i o nb e t w e e ne a c hc l a s s i f i c a t i o nm e a na f t e rc h o o s i n gb a s i cc l a s s i f i c a t i o ni n d e x F i n a l l yg e o
21、 l o g i c a lh a z a r d si nc o n s t r u c t i o no ft u n n e la r ep r e d i c t e db ye x p l o r i n gt y p i c a ls e c t i o nb yg r o u n dp e n e t r a t i n gr a d a r c 6)D e f o r m a t i o no f t y p i c a ls o f tt a n n e lw a l lr o c ki so b s e r v e da n di n v e r s e-a n a l y
22、 s i so fd i s p l a c e m e n ti sc o n d u c t e dO nt h eb a s eo fi n t e r n a ld i s p l a c e m e n ta n dc o n t a c tp r e s s u r e S t r e s sa n dd i s p l a c e m e n tf i e l d，a x i ss t r e n g t hc h a r a c t e r i s t i c so fa n c h o r，t u n n e l i n ge f f e c ta n do p t i m
23、i z a t i o no fr e t a i n i n gs t r u c t u r e sa r ei n v e s t i g a：t cb y3 Df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s P r i m a r ym a n a g ea n dc o n s t r u c t i o nm e a s u r e so fd y n a m i ct u n n e l i n ga r cp u tf o r w a r da f t e ra n a l y s i so fl a r g ed c f o r m m i o
24、 nr e g i o nw i t ha c t u a lg e o l o g i c a li n s t a n c e si ns i t u(7)P r o b l e m sr e l a t e dc r a c k e dw a l lr o c ko f t y p i c a ld e f a u l ts e c t i o ni n c l u d i n gt r e s s，d i s p l a c e m e n to f w a l lr o c k,u n d e r g r o u n dh y d r o l o g y，a f f e c t so
25、 f i n t e g r a l i t yo nS t r e S So fr e t a i n i n gs t r u c t u r e sa r es i m u l a W Mb yd i s c r e t ee l e m e n tm e t h o dU D E C A n di n t e g r a t e dm a n a g em e a s u r e sa r ep u tu pf o rc r a c k e dw a l lr o c kr e g i o ni nd e f a u l t(8)R e s e a r c hm e a n sa r
26、ec o n f i r m e db a s e do no b s e r v a t i o no fg e o l o g i c a lc o n d i t i o na n da n a l y s i so fc o a la n dg a so fg e o l o g i c a le x a m i n a t i o nr e p o r t A n df e a s i b l ec o n s t r u c t i o na n dh a z a r dp r e v e n t i v em e a s u r e so ft u n n e l l i n g
27、i nc o a la n dg a sg u s h i n gr e g i o na r ep u tu po nt h eb a s eo f a c t u a lg e o l o g i c a li n s t a n c e si ns i t u T h em a i na c h i e v e m e n t sa n di n n o v a t i o np o i n t so f t h e s i sa r ea sf o l l o w s：(1)P u t 印s o m er e s e a r c ha d v i c e si n c l u d i
28、n gar e l m i v ei n t e g r a t e dr e s e a r c hm e t h o d，t e c h n i q u ec o u r s ea n ds y s t e mi n f of o rp r e d i c t i o no fg e o l o g i c a lh a z a r d ss u c ha sK a r s t，s o f tw a l lr o c k,c r a c k e dr o c ka n dc o r r e s p o n d i n gm a n a g e m e n td u r i n gt h e
29、h i g h w a yt u n n e lc o n s t r u c t i o ni ns p e c i a lg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t(2)I ti sp o s t e dO u tt h a tt h eK a r s td i s t r i b u t i o nd i s p l a y so r i e n t a t i o n,d e l a m i n a t i o na n dv e r t i c a l i t yt h a tC a nb eu s e di no t h e rh i g h
30、w a yt u n n e l si ns i m i l a rg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t s(3)T h ep r e d i c t i o ns y s t e mg e o l o g i c a lh a z a r d si n c l u d i n gk a r s t s，s o f ta n dc r a c k e dw a l lr o c ki ss e tu po nt h eb a s eo f a n a l y z i n gd y n a m i cc l a s s i f i c a t i o
31、no f w a l lr o c kw h i c hi sh e l p f u lf o ra d j u s t i n gr e t a i n i n gs t r u c t u r e sw o r k i n gp a r a m e t e r so ra d o p t i n ge f f e c t i v em a n a g ea n dc o n s t r u c t i o nm e a s u l si no t h e rh i g h w a yt u n n e l s(4)T h ea n a l y s i sm o d e l，s i m u
32、l a t i o ns o f tw a r c，i n v e s t i g a t i o nm e t h o d sa n dI V摘要b o u n d a r yc o n d i t i o na r ep u tu pw h i c hc a l lb eu s e di no t h e rh i g h w a yt u n n e lr e s e a r c ha n dc o n s t r u c t i o n(5)T h ed y n a m i cd e s i g na n dc o n s t r u c tp r o g r a m m e sa n
33、 dm a n a g em e a s u r e sf o rt u n n e l si ns p e c i a lg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t ss u c ha sK a r s t，s o f ta n dc r a c k e dw a l lr o c k,c o a la n dg a sg u s h i n ga n dS Oo np r o v i d eS O m ea d v i c e sa n dr e f e r e n c ef o rt u n n e l si nt h es i m i l a rg
34、 e o l o g i c a le n v i r o n m e n t s K e y w o r d s：h i g h w a yt u n n e l，k a r s t，s o f tw a l lr o c k，d e f a u l t，c r a c k e dr o c k，c o a la n dg a s，g e o l o g i c a lh a z a r d，p r e d i c t i o n，c o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t，m e n tV独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研
35、究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛嫠堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：蔗友2 0 0 7 年3 月1 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盛壑理王盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权虞叠堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的
36、学位论文在解密后适用本授权书)签名蔗支2 0 0 7 年3 J q l 日第l 章引言第1 章引言1 1 论文研究的目的和意义走马岭隧道是在建的石万公路的关键性控制工程，隧道全长2 4 6 9 k m，最大埋深4 0 0 m 左右。隧道穿越的主要地质单元为方斗山背斜，背斜是由下侏罗系一三叠系岩组组成的构造剥蚀溶蚀中低山，主要岩层为三叠系上统须家河组砂岩、中统巴东组泥灰岩、下统嘉陵江组和大冶组灰岩。隧址区位于川黔湘鄂褶皱带万县弧形构造带，地质构造复杂，方斗山背斜岩溶发育。隧址区开挖过程中存在的主要工程地质问题是可能遭遇高压岩溶涌(突)水、围岩稳定、煤层瓦斯等突发性地质灾害【1 11 2 1。隧道
37、的施工打破了地下水一隧道围岩体相互作用的天然动态平衡状态，地应力场、地下水的水动力场与水化学场等“三场”由天然状态转变为人工开挖状态，为了适应这种状态的改变，“三场”必然会自动地进行调整、重分布，其结果多表现为(大规模的)涌突水(泥)、围岩变形失稳破坏等。而(大规模的)涌突水问题既是岩溶隧道施工中常见的主要地质问题，也是隧道营运中的主要病害。在深埋长隧道中，由于隧道通过地段的工程地质及水文地质条件极其复杂，揭露的水文地质单元多，水源补给量充足，所以其涌突水具有规模较大、水头压力高、水量特别大的特点，因而大规模高压岩溶涌突水问题就成为了制约深埋长隧道施工工期和安全营运的重大地质灾害问题 3 1
38、1 4 1 i s 。隧道围岩地质情况复杂多变，各种不良地质所导致的工程事故屡见不鲜。一方面，原地质勘察由于经济、时间、技术等原因，对拟建隧道围岩的地质勘探难以达到详查或精查的程度；另一方面，这又无疑会加剧施工的难度，甚至出现坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸等工程灾害问题，以及隧道建成后出现危险变形等工程质量问题。因此，在特殊地质环境条件下的隧道设计与施工关键技术问题，已是摆在隧道工程界的一个突出课题【6】i f 。走马岭隧道的地质勘察报告揭示该隧道在施工过程中将会遇到以下重大地质灾害问题1 2 1：1、岩溶与岩溶水：岩溶发育具有方向性，且具有成层性；岩层为三叠系大冶组(T l d)自云岩、石灰岩溶及
39、嘉陵江组(T l j)石灰岩，其中嘉陵江组岩溶较其它岩组发育：岩溶发育随深度增加而减弱，据水文地质测绘岩溶多发育在地下水垂直循环带中，以垂直类型的溶浊洼地、落水洞为主：深部水平循环带中岩溶个数较少，以水平发育为主。成都理工大学博士学位论文2、断层：该隧道茨竹垭正断层属张性构造，有利于地下水下渗透冲蚀巴东组的泥岩、页岩，溶蚀巴东组下部的泥灰岩及嘉陵江组灰岩，同时加剧深部泥岩、页岩风化、软化，使该段围岩的力学性质受到破坏，降低强度。3、软岩及塑性变形：该隧道部分段落穿越须家河组底部泥岩、煤层和巴东组泥岩、页岩及薄层泥灰岩；地层厚度较大，分布连续，属极软岩、软质岩及硬质岩相间组合，为I I、I 类围
40、岩，泥、页岩岩石饱和单轴抗压强度一般在5 I O M P a，岩层节理较发育，层理发育，层间结合差，岩体破碎，对隧道施工有较大影响：其中K 4 6+9 6 7 K 4 7+0 5 0 段须家河组底部泥岩夹煤层等软弱岩层，力学性能差，可能产生较大的塑性变形或出现位移现象。4、煤层及瓦斯：该隧道将穿越须家河组下部(T 3 x j)和珍珠冲组底部(J l z h)两个含煤岩系，根据煤层煤样及钻孔煤芯煤样分析测试成果，煤层灰分高达6 6 6，最低也为5 8 7 1，根据化验成果判定虽属炭质泥岩，但其挥发含量较高，可达1 7 6，表明其仍具有较强的生烃能力。由此可见，走马岭隧道开挖过程中存在的主要工程地
41、质问题是可能遭遇高压岩溶(突)水、围岩稳定问题和煤层瓦斯等突发性地质灾害，其中以岩溶涌水和围岩稳定性问题最为突出。本论文主要研究的内容包括围岩大变形、特殊岩层、断层破碎带、煤层瓦斯、支护结构失稳等地质及工程安全性问题。通过本项目的实施，论证隧道岩溶涌突水(泥)、围岩稳定问题、煤层瓦斯等突发性地质灾害对工程的影响，查明隧道临近地区的岩溶发育规律、地下水的系统性等基本岩溶水文地质条件，预测隧道涌突水和瓦斯气等有害气体的危害、评价隧道围岩应力变形与稳定性及其处治对策，一方面在岩溶区复杂地质条件下深埋长大公路隧道地质灾害预测与围岩稳定性研究方面，提出一套较为完整的研究思路、技术路线和理论方法体系，应用
42、于公路建设实践；另一方面通过可能出现的地质灾害的预测，为隧道项目的设计施工提供可靠的依据与保障，以确保工程施工和运行的安全顺畅，降低和避免各种突发性灾害对人员生命财产的威胁隐患。不仅大大节约公路建设造价，且保证行车安全性。无论从隧道本身的施工进度和工程安全的角度考虑，还是立足于促进公路隧道设计、施工技术发展的高度，针对该座隧道开展专题研究都是有其充分的现实意义的，具体体现在：l、通过本项研究，实时指导隧道施工，尽量避免工程事故的出现，确保隧道安全、快速、经济的贯通，从而节约工程投资。2、可以充实我国公路隧道在特殊地质和环境条件下的设计、施工技术体系，符合当前隧道工程的发展需要，既对隧道的动态设
43、计具有直接指导意义，又有2第1 章引言广泛的推广应用前景，其必要性和意义是显而易见的。总之，针对特殊地质和环境条件下的隧道建设，通过本论文研究，可形成比较系统、完善、实用、有效的围岩稳定性分析和地质灾害预测办法，为隧道合理的设计和施工技术指导，确保隧道安全、快速、经济的施工，有利于施工方案与支护措施的正确调整，从而节约工程投资，并且适于推广普及，应用于其它隧道的建设中。1 2 国内外研究现状1 2 1 隧道围岩稳定性分析国内外关于岩溶条件下地下深埋长大隧道等地下工程(洞室)的研究，以往大都集中在水利水电、铁路工程勘察、设计和建设方面，而在公路建设方面较少涉及。由于西部大开发政策的影响，近年来在
44、川渝湘黔地区高等级公路建设蓬勃发展，地下深埋长大公路隧道的涌突水与围岩稳定研究逐渐升温，然而总体来说，其理论分析、研究思路和技术路线体系的建立与完善等方面尚处在起步阶段旧。长期以来，隧道围岩的稳定性分析一直是业界关注的热点，根据国际隧道协会(1 9 7 8)的总结表明，比较成熟的计算模型大致可分为四大类：一是以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验类比模型；二是以现场量测和实验室试验为主的实用方法；三是作用一反作用模型(即荷载结构法)，如弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法；四是连续介质模型，包括解析法和数值法。当前，稳定性预测也多借鉴上述四种方法【9】【1 0】1 1 10 2
45、 【1 3】。国内外学者自1 9 世纪开始对隧道围岩稳定进行了大量的理论与试验研究，围岩稳定性性分析方法主要有：1、块体理论支持的分析方法，主要用于裂隙岩体的稳定性分析，以石根华、G o o d m a n 提出的D D A 法(块体系统不连续变形分析)和任青文提出的块体单元法为代表【1 6 l；2、模型试验方法，多用于重要的难以用现场试验方法解决的复杂工程；3、数值分析法，基于某种力学模型和分析理论对围岩进行稳定性分析的方法，是目前应用较广泛的一种分析方法，根据力学模型和分析思想的不同又分为有限元分析、边界元分析、离散元分析等。每种计算模型都各有其适用的场合，也各有其自身的局限性。由于隧道施
46、工参数随地质因素复杂变化而变化，在开挖支护过程中又不可避免地增加了许多难以预料的人为行为，因此施工人员普遍以经验类比模型来进行预测，但这需要工程人员具备一定的工程经验积成都理工大学博士学位论文累。而以量测为主的实用方法，由于成果直观，且易于掌握，故深受现场人员的欢迎，但其预测的时效性不强。对于荷载结构模型，其力学概念清晰，计算过程简单，也存在一定的市场，特别是无经验可循的新型工程，但其一方面简化因素太多，且有些并不完全符合实际情况，另一方面隧道围岩自身的力学机理与作用模式也与其不同，因此所得结果与实际有较大差距，正逐渐被舍弃。连续介质模型则是当前稳定性预测的主流与发展方向，尤其是数值方法，例如
47、有限元法和边界元法等等。有线元法的基本特点是细分单元，因此尽管计算空间区域内存在着复杂多变的多种因素(如工程地质因素、岩体力学特性、边界条件以及围岩与支护结构的相互作用等)，存在着不断变化的计算时间范围(如洞室开挖、锚喷支护、二次衬砌施作等)，但只要具有足够的、符合实际的、满足实用精度要求的计算参数，有限元法应是解决复杂的围岩稳定性预测的较适合模型【1 7 l l l a l l。9 I 嗍。1 9 8 1 年姚建国在隧道工程量测技术会议上介绍了边界元法在国内隧道工程的首次应用。王建字等人在介绍美、日等国隧道工程建设中应用有限元法的实际情况时，结合国内经验，提出“线弹分析加围岩变形监控资料反馈
48、修正”是在隧道施工设计中有效应用有限元法的正确途径。李世烽等人，则在收集大量隧(坑)道工程资料的基础上，成功地总结了工程经验，运用系统科学的观点，建立专家系统，采用边界元法，结合现场量测数据，进行了隧道位移反分析智能化的研究，形成了“典型类比分析法”的系统科学理论，其成果在交通、水利、人防等领域得到了成功的应用。4、人工智能方法，隧道围岩岩体工程力学行为及其变形和破坏机制在主、客观两方面相当程度上都是随机、模糊的，基于此，神经网络、遗传算法、数据挖掘等人工智能学科的兴起，为我们解决这类不确定的工程问题提供了很好的理论基础，例如：胡建华等利用改进的M B P 神经网络进行围岩稳定性识别；安红刚将
49、遗传进化算法与有限元相结合，对隧道围岩稳定性进行最优建模和获得全局最优解：冯夏庭基于数据挖掘的地下隧道围岩稳定性判别1 2 l l 2 2 1。5、围岩分类法，在实际工程的计算与设计中，因该法简单、明了而被广泛使用，但因参数过多且难以确定，常采用模糊数学的方法加以处理。例如：铃木昌次提出了采用模糊回归分析进行岩体分类的方法：同济大学黄宏伟提出的工程类比模糊经验法；隧道围岩分级有许多种方法，在欧洲盛行的挪威法是通过施工中的观察和量测而求出的Q 值进行围岩分级，日本铁路隧道一般将围岩分l V 级，特殊围岩分4 个级别；我国1 9 9 5 年实施的工程岩体分析标4第1 章引言准(G B 5 0 2
50、1 8-9 4)，是采用岩体基本质量分级和岩体基本质量指标修正进行，将匿岩分六个等级；我国铁路隧道设计规范(，r B1 0 0 0 3-9 9)将围岩分类改称围岩分级，级别和顺序与国家标准统一，即I(好差)：而我国公路隧道设计规范O T J 0 2 6 9 0)沿用原铁路的隧道围岩分类标准，即I V I(差好)。公路隧道设计规范J T GD 7 0 2 0 0 4，将围岩分类改称围岩分级，级别和顺序与国家标准统一，即I V I(好差)。我国工程岩体分级标准、公路、铁路隧道关于围岩分级档次之间的关系如表1-I 2 3 出】2 S l【2 6】1 2 1【2 川。襄1-1 国内围岩分级对比=襄依据