時間：2023-03-21 17:04:11
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引起隧道滲漏水的原因很多，具體原因如下：
1.設計上的原因
（1）由于某種原因，隧道設計在山溝破碎帶或斷帶上又未進行防排水處理，地表水大量補給地下，最終造成隧道滲漏；(2)對不穩定的地基沒有進行處理造成地基不均勻沉降,導致補砌結構出現縫或隙,從而產生滲漏現象；（3）拆模時間過早，或圍巖壓力過大超過襯砌體的設計荷載等，都能使襯砌內應力超過其破壞強度而導致隙和縫。
2.施工原因
（1）混凝土沒有按放水級配設計施工，在地下水壓力較大的地方，由于抗滲標號低于相應水壓，從而出現滲水現象。（2）混凝土搗固不密實，形成蜂窩，因而局部滲漏較多。混凝土在硬化過程中，由于多余水分（未起水滑作用的游離水分）的蒸發，在混凝土中形成透水的開放性毛細管路，尤其是混凝土拌合物在沉降水過程中析出的一部分備擠向上面，一部分聚集在集料顆粒上面形成透水的管。（3）襯砌混凝土材料中有雜物，腐爛后形成縫隙或孔洞。（4）灌注混凝土的工作未加處理或處理不當，產生結合不嚴的漏水縫隙。（5）先拱后墻或先墻后拱施工的拱墻連接處填不嚴，形成滲漏。（6）預留孔洞沒有按防水要求處理也會形成滲漏通道。
3.襯砌周圍的天然水PH值超標對襯砌混凝土具有一定的腐蝕性，常見的有碳酸性，酸鹽性加鎂鹽性腐蝕。
二、隧道防水技術及施工措施1.防水混凝土防滲漏
混凝土是一種非均性材料，從微觀上看屬于多孔體，體內含有許多大小不同的微細孔隙。這些孔隙或因不同分為施工孔隙（由于澆灌、振搗質量的不良所引起）和構造孔隙（由于配比不當等原因索引起）。防水混凝土是從材料和施工兩方面抑制和減少混凝土內部孔隙的生成，改變孔隙的特性（形狀和大小），堵塞漏水通路提高混凝土本身密實性來達到防水的目的。它可分為防水混凝土，外加劑混凝土和膨脹水泥防水混凝土三種。
（1）普通防水混凝土
普通防水混凝土是以調整配合比的方法來提高自身的密實度和抗滲性的一種混凝土。要配制出質量良好的防水混凝土，一定要遵循以下技術要求：
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）外加劑防水混凝土
外加劑防水混凝土是依靠摻入少量有機或無機物外加劑來改混凝土的和易性，提高其密實性和抗滲性，以適應工程防水需要的一種混凝土。按所摻外加劑的種類不同可分為減水劑防水混凝土，加氣劑防水混凝土，三醇胺防水混凝土和化鐵防水混凝土。
a.防水混凝土
減水劑對水泥有強烈的分散作用，提高了混凝土的和易性。因此摻入減水劑后，可大大降低拌和用水，這樣就減少了游離子，可以改善混凝土孔隙的分布，其孔徑劑總孔隙率均顯著減少，混凝土的密實性和抗滲性從而得提高。在使用時，木鈣、糖蜜得摻量占水泥重量的0.2%~0.3%，超過0.3%時，將使用混凝土強度降低劑過分緩凝。
b.加氣劑防水混凝土
c.三乙醇胺水防水混凝土
d.氯化鐵防水混凝土
氯化鐵防水劑的主要成分是三氯化鐵和氯化亞鐵，摻入適量的氯化鐵防水劑，可以大大提高混凝土的抗滲透性。是幾種常用外加劑防水混凝土中抗滲性最好的一種。
氯化鐵防水劑的摻量一般以3%為宜，摻量過多，對鋼筋銹蝕，混凝土干縮和凝結時間都有影響；摻量過少，則效果不顯著，水灰比應不大于0.55，拌和水中應扣除防水劑的含水量，水泥用量不少于310kg/m3，坍落度為3~5cm。冬季配置氯化鐵防水混凝土時，應采用硅酸水泥，為了加速凝固，可將氯化鐵防水劑摻量適當提高但不大于5%。
（3）膨脹水泥混凝土
膨脹水泥混凝土依靠水泥本身在水化硬化過程中形成大量體積增強大的結晶體，并產生一定膨脹能來減少或消除混凝土的體積收縮提高混凝土的抗裂性，從而提高混凝土的防水的能力，這是一種從內因解決混凝土抗滲性的新途徑。
2.各種縫隙防漏
混凝土襯砌一般有三種縫隙，即施工縫、伸縮縫、沉降縫。這縫隙都是地下隧道滲漏的主要部位，必須注意處理。
施工縫是襯砌混凝土間歇灌注時造成的，是防水工程的薄弱環節之一。一般在灌注第二次混凝土前，將第一次襯砌接頭表面刷洗干凈，鋪上20~25m厚的水泥砂漿。
沉降縫又稱變形縫，是為防止不均勻沉降引起襯砌的開裂而設置的。伸縮縫是考慮混凝土的熱脹冷縮而設置的縫隙。這兩種縫隙也是滲漏水的主要通道。防水措施有瀝青防水、瀝青木板或橡膠帶防水等方法。其中橡膠防水適用要求較嚴的襯砌工程。3.疏排水
對一般性圍巖裂隙滲水，采用相應的疏排水措施，將地下水引出，減輕地下水對襯砌結構的壓力，有利于更好地進行防水，具體方式常采用盲溝、洞內排水溝及沉井等。
三、防水混凝土工程的施工
防水混凝土工程質量的好壞不僅取決于混凝土本身及其配比，而且施工過程中的各種工序對其質量有一定的影響，因此施工時，必須嚴格控制施工環節，避免一切可能造成滲漏的隱患。(1)材料配合比必須認真按設計要求確定。(2)嚴格檢查、化驗各種原材料，確保材料質量。(3)防水混凝土施工，應盡可能一次澆灌完成，盡可能加長每次砌長度，以減少施工縫。(4)做好基坑排水工作，嚴防地下水及地面水流入基坑造成積水，影響混凝土正常硬化，導致混凝土強度及抗滲性下降。(5)混凝土運輸過程中，要防止產生離析和坍落度損失。(6)混凝土必須振搗密實，采用機械振搗時插入式振搗器插入，間距不超過有效半徑的1.5倍，要避免欠振、漏振和過振，要避免振搗器觸及模板、止水帶及埋設件等。(7)要加強混凝土的養護，為防止混凝土表面出現裂縫，不宜過早拆模。
四、結束語
隧道防水，除了施工和技術方面的因素外，加強管理也是一個至關重要的因素。用長遠發展的眼光看，只有加強管理，努力提高整體技術水平，才能保證工期，創優質工程，才能獲得良好的經濟效益和社會效益，企業才能得以發展。
[摘要]隧道防水，除了施工和技術方面的因素，還要加強管理，只有這樣，才能保證工期，創優質工程。本文針對隧道滲漏水，分析了各種原因，提出了以排為主，防、排、截堵相結合的原則，闡述了隧道滲漏水治理措施和方法。
[關健詞]隧道防滲漏技術因素
（一）多單位共同管理的問題以后云臺山隧道為例，該隧道管理采用分包方式進行。公管公司主要負責道路及設施設備的檢測，編制年度維修計劃，通過招標方式對外分包，開展監控和巡查工作，配合交警、路政的執法工作。試運行3年來，隧道內發生一起轎車失控碰撞電纜溝事故、一起重載運貨車側翻事故和一起集裝箱車車頭自燃事故。雖然沒有較大事故的發生，但是由于隧道各管理單位只負責自己分管工作，力量分散，缺乏有效的聯動機制。每年進行的聯合演練，大都是公管公司制定相關預案，各單位只是參與行動，不能真正做到各單位的聯動協同作戰。所以，一旦發生較大的消防安全事故，不能將各單位資源進行合理有效的分配和整合，做不到對事故進行及時有效的救援。
（二）隧道硬件方面存在的問題消防器材、消防設備的合理配備和確保其完好有效性，是保障隧道消防安全的重要環節。但由于隧道主管部門公管公司人力、經費的不足，造成對隧道消防安全檢查和巡查的交通工具、器材和人員的配備較為欠缺。隧道內也存在著消防器材缺乏維護保養、損壞器材沒能及時補配、泡沫液未及時補充等現象。
（三）隧道制度監管方面存在的問題由于主管后云臺山隧道的公管公司成立不久，包括消防安全管理等相關制度還有待完善。對隧道的消防安全監管方面缺少相應的監管制度和相關規定，從而導致在日常的消防安全檢查和巡查時缺少相應的制度和規定約束，不能將消防安全監管工作制度化、規范化。
（四）隧道內危化品車輛管理方面的問題后云臺隧道雖然為特長隧道，考慮到港口發展實際，裝載危化品車輛在此隧道的通行不可避免。但是，針對裝載危化品車輛在隧道內通行時的管理措施較為欠缺。一旦發現泄漏、燃燒等事故，不能第一時間知道車輛裝載貨物的具體情況，繼而影響下一步的救援。
二、相關問題的解決對策
（一）建立共贏的多單位共同監管機制針對交警、路政、消防、清排障部門、危化物品處置部門、醫療、環保、保潔、檢查站等隧道管理部門各自分散管理的現狀，公管公司應根據隧道的實際情況，制定相應的聯動機制。制定相關的制度，進行常態化的多部門的聯合監管和日常檢查，并定期進行有針對性的各部門參與的大型模擬實戰演練，包括應急處置措施、組織疏散等，主要是為了防患于未然，一旦出現事故，可以及時處理，為后續救援工作贏得時間。更能促進各部門之間的相互協作，做到資源整合，將力量和人員統一部署，發生事故后能更科學、更有效、更迅速地對車輛人員進行施救，對事故進行處置。
（二）強化隧道硬件建設針對隧道內消防器材、消防設備存在的問題，以及日常檢查和巡查所需設備器材的不足，應加大對隧道經費的投入和相關人員的配備。增購巡查車輛，增加人員配備，購置警戒帶、路錐、手套、防毒面罩、安全帽、擴音器、應急照明燈、空氣呼吸器、滅火器、應急指示牌等應急設備和物資。對隧道內消防器材要及時有效維護保養和及時配備。檢查人員應定期對器材進行檢查，查看滅火器氣壓情況是否正常，查看泡沫液液位等。對未達要求的器材和設備及時更換和維修。
（三）加強隧道制度建設針對隧道消防安全管理情況，管理部門應制定相應的制度和規定。比如：建立日常檢查、定期巡查制度，建立檢查記錄表，做到出現問題時有據可查，對隧道內消防器材、應急設備使用現狀也能宏觀掌控。對隧道的消防安全管理真正做到規范化、制度化、科學化。此外，要強化隧道監控室的監控管理制度，對相關人員要做到定期培訓，提升相關人員的工作水平和安全意識。特別對裝載危險品車輛的監控要進行記錄，做到誰監控誰記錄、誰記錄誰負責。真正做到對危險品車輛進行有效的監控，出現問題時能做到第一時間掌握最詳細的情況，為后續處理提供可靠的科學依據。每月應將當月情況進行匯總、通報。
關鍵詞:地鐵隧道水平凍結凍結壁地表變形數值模擬
凍結法由于具有高強、阻水、均勻、靈活、經濟等特點,在日本及歐洲各國的城市地鐵等市政工程中都有廣泛應用。我國在北京、上海地鐵施工中也采用過局部凍結技術,但地鐵隧道的水平凍結施工在我國還沒有先例。北京地鐵大北窯車站區間隧道施工首次成功地采用了水平凍結技術,水平凍結長度40余米。工程地處交通樞紐,交通繁忙、建筑眾多,隧道上覆多條地下市政管線。凍結施工伴有凍脹和融降現象,過量的凍脹量和融降量將使地下管線及地上的建筑物、道路等受到影響甚至破壞,因此,研究和預測城市地鐵隧道水平凍結對地下管線、地表變形的影響規律十分必要。
1工程簡介
北京地鐵大北窯區間隧道局部水平凍結施工工程距大北窯車站東側40m,位于建外大街與東三環的交叉處,有多條地下管線,隧道頂部有2m厚的粉細砂層,由于多條管線滲漏,致使粉細砂土飽和。隧道暗挖施工時出現流砂坍塌,為保障地面立交橋的安全暢通,隔斷門向西40m隧道采用局部水平凍結法施工。地質情況為:0～-115m為雜填土層,-115～-1015m為輕亞粘土層,-1015～-1215m為粉細砂層,-1215～-1815m為圓礫石層,隧道底部-1815～-2215m為輕亞粘土層。
2FLAC軟件及模型的建立
FLAC軟件即連續介質快速拉格朗日分析軟件,是目前世界上最優秀的巖土力學數值計算軟件之一,在模擬支護體方面可提供梁、樁、錨桿、殼體等多種結構單元,非常適合于研究隧道開挖等巖土工程問題。
211施工隧道的數值分析模型
選取凍結法施工隧道的橫斷面作為開挖模擬的力學幾何模型,以現場原型工程為研究對象。考慮問題的對稱性,取一半建立模型,待開挖的隧道斷面取半徑為3m的圓形,上覆蓋土層厚12m,隧道底板土層厚度分別取10m和23m,滿足大于隧道開挖影響范圍3～5倍的要求。力學模型尺寸為23m×28m,按平面應變問題求解,模型底部邊界采用固定X、Y方向位移約束,左、右邊界都采用固定X方向的位移約束條件。由于原型工程屬于淺埋隧道,座落在其上方的東三環立交橋的樁基持力層在隧道底板埋深水平以下,故地表上方不需加載。212隧道分步開挖模型選取工程現場隧道縱斷面作為隧道開挖模擬的力學幾何模型,隧道縱向長40m,斷面高112m,開挖步距2m,上覆土層厚12m,隧道底部范圍土層深10m,平面40m×28m,網格劃分為1120單元,按平面應變問題求解,模型底部邊界采用固定X、Y方向位移約束,左右邊界采用固定X方向約束。213模型的有關參數本模型采用摩爾—庫侖準則參考有關資料確定模型材料參數如表1。
3隧道開挖過程數值計算結果處理
在修正模型中輸入土體初始參數后,計算分析主應力、塑性區發展狀況及拱頂和隧道上方地表的垂直位移過程,得到如下結論:
(1)作為施工隧道開挖中承受上覆地壓的主要載體凍結壁的拱腳上出現應力集中,應力集中系數可達3～4之多。
(2)凍結壁拱腳凍土體可能會出現塑性屈服區,這正是現場隧道收斂測試中出現的兩拱腳之間距離先減小后增大現象的根本原因。
(3)在隧道開挖造成土層損失引起地表下沉的過程中,由于抗壓、抗彎強度等力學指標比周圍土體大得多的凍結壁減緩了隧道中線及附近的地表下沉,從而減少了地表下沉量。
根據PECK原理作出如下地層地表沉降預測:
2
-x
S=Smax·exp
2i2式中Smax地表最大沉降量;
i沉降槽寬度系數;
x距隧道中心線距離。
取i=0141H(H為開挖深度),繪出按PECK公式計算的地面沉降曲線(見圖1)。
圖1地表沉降曲線圖
比較表明,由模擬得到的地面沉降曲線與PECK公式的曲線相一致。從圖1可知,隧道開挖后形成的地表沉降槽在垂直隧道軸線方向上的影響范圍為隧道外側約215倍洞徑。將沉降槽近似看成三角形,沉降槽的平均傾斜率ΔT=SmaxΠW=0100075(W為沉降槽的半寬)。根據《建筑地基基礎設計規范》(GBJ7—89)的規定,對于高度<60m的多高層建筑,基礎的允許傾斜率≤01003,所以隧道水平凍結施工引起的正常地面沉降不會使地面建筑和混凝土路面遭到破壞。
改變凍結壁厚度(018m、112m、115m、118m)得到地表沉降與凍結壁關系曲線見圖2。
圖2地表沉降與凍結壁厚度的關系
從以上圖形可得出如下結論:
(1)凍結壁的厚度參數是隧道水平凍結施工中的一個重要參數,凍結壁對控制地表沉降的作用很明顯。地表沉降在凍結壁厚度S=112m時為12mm,S=018m時為16mm(增加60%),S=115m時為10mm(減少了20%)。
(2)對于原型工程,其他條件(開挖步距、臺階工作面長度及掘砌工藝等)不變時,凍結壁厚度可降為018m,此時地表沉降量為16mm,滿足北京地鐵施工地表沉降量最大允許值30mm的要求,取一倍安全系數,得到合理的凍結壁厚度為115m。
4隧道開挖施工動態數值模擬
采用虛擬支撐力法來模擬開挖斷面的空間效應。在正臺階工作面長度為4m、開挖步距2m以及其他條件都與現場相同的情況下,在模擬程序中設置隧道的順次開挖拱頂及地表監測點,拱頂處從點(i=4,j=17)開始,每隔2m設置一個測點,直至(i=12,j=17),前后共設5個測點;隧道中線垂直上方地表從點(i=1,j=29)開始,每隔2m設置一個測點,直至(i=33,j=29),前后共設17個測點。分析隧道中線垂直上方地表各點、拱頂各監測點的沉降數據得到如下結論:
(1)當掌子面開挖到與測點距離相差110～115倍洞徑時,隧道開挖就對地表產生影響,造成一定范圍的沉降。
(2)當開挖工作面推進到距離超過測點2～3倍洞徑時,變形速率逐漸穩定下來,主要是地層的變形逐漸趨于平緩。
在開挖第5步時,改變開挖步距(L0=2m、3m、4m),得到拱頂測點(i=1,j=17)的位移沉降歷史圖(圖3)。分析表明,在開挖步距L0=4m的情況下,檢測點
注:菱形點、方點及三角點分別代表開挖步距為2、3、4m。
(i=1,j=17)地表下沉量約為L0=1m的117倍。在現有施工能力及組織水平的基礎上,根據圖示的數據比較,考慮選擇開挖步距L0=3m是較為合理的。在開挖第5步時,改變臺階工作面長度(L=2m、3m、6m),得到地表測點(i=1,j=43)的沉降歷史圖(圖4)。
注:菱形點、方點及三角點分別代表開挖步距為2、3、4m。分析表明,適當降低臺階工作面長度對地表沉陷及拱頂下沉量的影響不大,但增大臺階工作面長度卻能明顯地減少地表的沉陷值及隧道的收斂變形值。在北京復—八線采用水平凍結法施工時,臺階工作面的合理優化長度L=5m。
5結論
(1)通過基于原型工程的數值模擬可得到隧道水平凍結法開挖施工中應力場、位移場分布特征。
(2)通過數值計算得到的考慮地表沉降情況下的合理凍結壁厚度為115m。
以往僅對技術和管理進行了研究，監測類別、內容和要素內容也單一，形成的監控技術體系不夠完善，監控系統無法將地質超前預報、監控量測及預警、毒害氣體監測、水文監測等技術手段與施工人員管理、安全防護設施管理等手段進行實時、有效的關聯，不能真正達到保障安全、優化設計、指導施工、減少災害后人員財產損失的真正目的，也無法實現真正意義上的隧道施工安全遠程智能監控。本文基于以上分析及目的，經公路隧道施工與監控現場調研和分析，并結合公路隧道設計施工技術規范要求［7－8］，將隧道監控內容及要素列出，見表1。
監控系統實施流程
隧道施工安全遠程監控系統除需要建立并完善監控內容和要素，還應該建立完善的系統實施工作流程。監測信息的管理、預警、處治流程既是決定能否對不良地質災害、異常圍巖變形與結構荷載、異常施工環境信息等預警信息及時響應，確保施工安全監控預警信息得到及時、妥善處理的前提，也是施工安全監控系統起到應有作用的基礎，所以明確隧道施工安全智能遠程監控管理實施流程非常必要。根據我國公路隧道施工監控技術現狀、管理要求及相關技術規范和標準，提出監控系統的工作內容及對應的工作流程，如圖1所示。
監控系統討論
隧道施工安全遠程智能監測設備的研發涉及到掌子面數字化監控與重建、監控指標的智能化預警方法、系統的模塊設計、硬件功能的設計與規劃、監控信息指標體系、傳感器類型、傳輸技術、設置位置等技術方案的規劃和實施，也包括監控設備的使用要求、管理要求和實施方法的建立，如監測時間、頻率、數據管理和存儲等諸多管理問題的建立和完善，屬多學科系統性工程，需進一步開展研究并完善相關技術和管理技術，在此基礎上方可進一步完善安全監管，真正提高隧道施工安全水平。
以施工人員信息監控為例，隧道建設過程中，建立隧道危險源監控系統，及時、動態掌握隧道施工危險源信息，有效預警，防止隧道災害發生;災害發生后，通過洞內人員信息準確、有效的記錄，可反映隧道內施工人員數量和位置，以便及時施救，最大程度地減少隧道施工人員傷亡。因此，對施工人員的安全管理和監控始終是智能監控設備關注的重點。了解隧道內工程技術人員的進出情況、具體數量和位置，尤其是掌握隧道危險區域內的施工人員情況，對確保施工安全及災后救援十分重要。目前隧道實際施工管理過程中，施工人員進出隧道遵守掛牌等級制度，其統計時效性差，準確度不高。
從技術角度看，在隧道洞口、2次襯砌、掌子面、仰拱工作面等重要作業區域安裝無線數據接收器，現場施工人員進出隧道時，隨身攜帶唯一的數據識別標識卡，人員識別標簽不斷或定時發射載有目標識別碼的無線電射頻信號，施工人員進入接收器讀取范圍內，接收器接收到施工人員識別標簽發來的載波信號，經接收器接收處理后，將信號進行分析、處理，并發送到洞口通信接口裝置，再轉換成信號送給洞口服務器，以實現目標的管理自動化。施工管理方應確保施工人員正確攜帶標識卡，確保接收器及傳輸線路、洞內及洞口終端顯示設備的完善，并進行定期檢查。
論文摘要：隧道工程是鐵路、公路和水利水電等大型項目中的重要工程，因地質條件不明造成隧道施工事故的危害是巨大的，加強隧道施工地質超前預報工作是非常必要的。國內外對隧道地震波超前預報技術已研究多年，筆者就這方面的現狀及進行了討論，指出了TSP儀器技術存在的不足，闡述了克服盲目性、提高科學預報的重要性，介紹了新開發的TGP隧道地震波預報系統與技術及應用效果。
隨著我國基本建設規模的擴大，隧道工程已經成為鐵路、公路和水利水電等大型項目中的重要工程。隧道工程的重要性越來越顯著，隧道工程的數量和長度明顯增加，規模不斷擴大。因此隧道工程的安全施工和貫通，是不可回避重要任務和技術難題。危及隧道工程施工的地質病害大致分為三類：1不良工程地質條件，諸如巖體的裂隙發育密集帶、構造破碎帶、巖溶發育帶、以及人工采礦造成的不良地質條件和高地應力造成的危害等；2不良水文地質條件，諸如巖溶水、構造和裂隙水等；3不良環境條件，諸如有毒有害氣體和強放射性的環境。對于以上地質問題,在隧道工程的勘察設計階段，已經投入大量的地質勘察工作，但是由于地質、地形條件的復雜性和相應勘察技術的現狀水平，以及時間、經費等條件的限制，勘察階段的地質資料一般難于達到施工階段的精度要求。國內外因地質條件不明造成隧道施工事故的教訓是不少的，例如：日本越新干線中山隧道涌水淹沒事件；前蘇聯貝加爾—阿穆爾干線上某隧道的突水事件；我國成昆線、大秦線、衡廣復線建設中，因地質問題的停工時間約占到1/3；以及不久前發生的四川某隧道瓦斯爆炸，造成重大事故和人員傷亡。以上隧道施工事故的危害是巨大的，因此強調加強隧道施工地質超前預報工作是非常必要的。
我國隧道地震波超前預報技術的研究起始于上個世紀的90年代，鐵道部第一勘測設計院物探隊提出“負視速度方法”。鐵道部第一勘測設計院是較早研究隧道地震超前預報的單位。他們在1992年7月，利用地震反射波方法對云臺山隧道進行隧道超前預報，預報成果與開挖后的隧道左壁“破碎帶”和“斷層”的位置基本一致。從上個世紀90年代初開始，我國物探技術人員一直沒有停止對隧道地震超前預報技術的研究。曾昭璜（1994）研究利用多波進行反演的“負視速度法”，這種方法利用來自掌子面前方的縱波、橫波、轉換波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所產生的負視速度同相軸來反演反射界面的空間位置與產狀。北方交通大學的陳立成等人（1994）從全波震相分析理論和技術的角度研究隧道前方界面多波層析成像問題，進行隧道超前預報。他們的研究成果在頡河隧道、老爺嶺隧道地質預報中應用，取得預期的效果。該方法的工作原理是以地震反射波方法為基礎。工作中他們根據嫻熟的地震反射波技術進行數據采集和數據解釋，當時沒有開發出針對隧道地震預報的處理系統，同時受當時條件所限制，該項技術未能得到進一步深入研究和發展。
1995年左右鐵道部下屬單位引進瑞士“TSP202”隧道地震波超前預報的儀器，當時曾組織系統內有關地質和物探專家在隧道工點進行了試驗，未見明顯的效果，認為其技術與“負視速度方法”基本一致，對其處理解釋系統爭議較大、認識褒貶不一，試驗工作無果而終，該設備技術的消化工作也就擱置了。時隔7年后,隧道安全施工要求進行地質預報,該儀器設備由鐵路系統的工程局又開始第二次引進，并直接用于隧道施工的預報工作。可以說由于第一次引進消化工作不深入，造成第二次引進后出現：應用工作中的盲目性和簡單化，以及其他一些不正常現象。在宜萬鐵路隧道施工中不斷出現的問題，使人們開始反思，不少論文也提出了存在的問題,鐵道部也下發文件要求科學地進行超前預報。可以說短短幾年的應用實踐,人們仍然在探索著地質預報技術的進步。
隧道地震波超前預報屬于物探技術，但比地面的地震波物探技術復雜，我國的地質物探工作者一直沒有放松該技術的研究工作。北京市水電物探研究所研究地震波勘察檢測技術已經有近20年的歷史，并且是多道瞬態面波勘察技術的發明單位，生產的SWS型工程勘察與工程檢測儀器系統，已經為400多家勘察設計、高等院所廣泛應用，并且出口日本等國家。2003年該所投入人力物力研究隧道地震波預報技術，研究TGP12型隧道地質超前預報儀器，以及孔中高靈敏度三分量檢波設備，方便的孔中耦合技術，和Windows編程的數據處理軟件系統。在經過大量的預報實踐驗證后，于2005年通過了由國家隧道中心王夢恕院士組織的國內著名隧道專家的評審鑒定。該儀器系統推向市場不到2年的時間，已經有近20臺套投入到隧道超前地質預報工作中應用，反饋信息普遍受到用戶的好評。
鐵道部工程設計鑒定中心趙勇主編的《高速鐵路隧道》一書，提出隧道地質超前預報的方法有以下部分組成：①地質分析、②超前平行導坑預報法、③超前水平鉆孔法、④物理探測法。并闡述物理探測法與地質分析法、超前平行導坑預報法、超前水平鉆孔法相結合，解決不同地質災害的應用原則。書中介紹了國產TGP隧道地震波預報系統,聲波反射方法，地質雷達方法，紅外探水方法等。
本文就隧道地震波預報技術中的若干關鍵問題，并結合應用中的實際問題闡述如下，目的在于引起同行們討論，促進地震波預報技術理論水平的提高，促進采集數據質量的提高，促進資料的解釋推斷工作向合理化方向發展。
一、隧道地震波方法的預報原理
隧道地震預報工作利用地震反射波原理，在隧道內以排列方式激發的地震波，向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面會產生反射波。聲阻抗是介質傳播彈性波的速度與介質密度的函數，介質的聲阻抗數值為速度與密度的乘積。因此地層中的巖性變化界面、構造破碎帶、巖溶和巖溶發育帶等界面會產生地震反射波，這種反射波被布置在隧道內的檢波器接收，輸入到儀器中進行信號的放大、數字采集和處理，實現地質預報的目的。
由此可以看出，隧道地震波預報技術是通過直接探查聲阻抗變化的界面，經過人工分析實現間接推斷地質病害的方法。
圖（2）不同夾角構造界面的地震波路徑與反射波記錄形態
圖（1）示意與隧道斜交的構造面，其地震波傳播的路徑圖，構造面上的地震波反射點在白色園內。圖（2）示意不同夾角構造面的地震波路徑與反射波記錄形態，與隧道夾角不同的構造面其反射點位置不同，地震波傳播路徑偏離隧道軸線也不同。構造面與隧道正交時地震波傳播路徑與隧道軸線平行，右圖為與隧道正交構造面產生的地震反射波記錄，根據反射波同相軸計算得到界面與檢波點之間巖體的地震波速度，該速度代表隧道圍巖的性質。由非正交條件下地震反射波記錄獲得的速度為地震波傳播路徑巖體的“視速度”，“視速度”值的大小不僅與路徑上巖體的性質有關，而且與界面和隧道的夾角有關。應用地震波預報構造面位置的計算是利用地震波在炮孔段的傳播速度，各構造面之間巖體的速度是綜合界面反射獲得的“估算速度”，不是隧道圍巖的真速度，應用中結合反射點偏離隧道軸線距離的遠近和巖體的各項異性分布綜合考慮使用。
圖（2）是理想模式的三份量地震波時距曲線形態。實際工作中采集的地震波是錯綜復雜的，理想模式的地震波是不常存在的，記錄上普遍存在有來自三維空間中多個方向的反射波，和各種形式的干擾波，這是應用技術中首先考慮的問題。
針對隧道地震波傳播的復雜性，TGP地震預報系統不僅利用地震反射波走時關系，同時采集空間地震波三分量記錄，進行地震波的極化分析與計算，該技術的突破有利于地質構造面產狀、規模和地質體性質的預報。
二、TGP隧道地質超前預報系統
隧道地震波預報的早期研究，是由研究和利用地震波在時間空間域中的運動學特征開始的，工作中認識到僅僅利用地震波運動學和動力學特征是不夠的。隧道工程的地震波在全三維環境條件下傳播，這種條件比地面上的平面半無限空間條件復雜得多，而且隧道內地震波的接收與激發測線與探測目的是近于垂直或者大角度相交的條件，因此影響在地質構造面上獲得大長度大面積的地震波信息量。針對這種狀況，預報工作僅僅利用單一模態的地震波難以勝任。因此，TGP系統強化采集地震波的多波列信息，綜合利用地震波的多波列震相信息，因此TGP系統的功能得到明顯的增強。
TGP隧道地質超前預報系統包括儀器設備和處理軟件兩大部分。其中儀器設備有TGP型儀器主機、接收傳感器、孔中定位安裝工具和電纜等。圖（3）是TGP隧道地質超前預報系統的主機。其處理軟件由地震波數據輸入與編排、空間坐標建立、能量均衡、干擾波分析與去除、觸發時差校正、譜分析、縱橫波分離、巖體速度參數計算、回波提取與偏移圖、有效波分析與衰減參數計算、極化波處理與構造產狀圖、綜合分析與繪制成果圖等模塊組成。
工程應用中，TGP型隧道地質預報系統對于500多米距離的構造面具有清楚的地震反射波信息，說明儀器系統具有足夠的信噪比。實際工作中考慮預報距離和分辨精度兩方面要求，預報距離一般采用150米至200米。TGP型隧道地質預報系統具有登記全部測長距離內地質構造信息的功能，利用逐次遞進的位置相關分析，和源生成果對比等處理功能，有利于去偽存真和排除異常，提高預報成果的質量。該系統2005年8月通過由國內知名隧道、地質、物探專家組成的專家組評審鑒定。專家們一致認為“TGP12儀器與相關的處理系統，性能穩定可靠，采集的波形完整，信噪比高，與國外同類儀器對比整體上具有國際先進水平，可替代進口產品。”具體評審意見如下：
1、TGP12是集信號放大，模數轉換，數據采集、存儲和控制為一體的密封防水防震的物探設備；優于利用微機裝配式結構的儀器，TGP12適合在惡劣的隧道環境中使用。
2、TGP12的三分量速度型檢波器具有高靈敏度，指向性強和較寬的頻帶響應等特點，因而拾取的地震波信號具有高的質量品質。TGP12孔中接收檢波器采用黃油耦合，方便、經濟、快捷。優于在鉆孔中需要錨固異型鋼導管的方式。2米長的鋼導管難于攜帶、運輸，價格昂貴，一次性使用，費事費工費財。
3、TGP12的地震波采集觸發是開路觸發方式，即信號線在雷管引爆炸藥的同時被炸斷，信號線同時開路觸發儀器采集，儀器采集無延時差，保證定位的準確性。超前預報儀器若采用起爆器電脈沖同時觸發電雷管和觸發主機采集的方案，由于電雷管起爆的延時時間難于做到一致，因此會造成儀器采集的走時誤差，這種觸發方式在我國的地震波勘探規程中明確規定不宜使用，更何況隧道巖體的速度比覆蓋層介質的速度高出幾倍以上，以巖體波速4500m/s～5500m/s為例計算，每一毫秒誤差會造成2～3m的預報距離誤差，一般瞬發電雷管的延時誤差不止一毫秒，因此由20多次激發的平均線計算隧道巖體速度，和利用存在誤差的時間計算距離，兩次誤差的乘積造成的誤差不容忽視。
4、TGPWIN隧道地震波處理分析軟件借鑒了已有相關軟件的長處，并充分考慮彈性波在三維空間的傳播特點，以及根據TGP儀器采集的數據格式編寫。功能特點如下：
（1）全中文界面，通俗易懂，對地震波信號的處理過程，直觀、方便，具有友好的人機操作界面。
（2）對P波、SH波、和SV波的分離完善合理，這是超前地質預報數據處理的關鍵工作之一。
（3）處理軟件具有相關部分互相檢查的功能，例如點擊偏移歸位成果圖上的反射界面位置，程序會轉到該位置界面的反射波組位置，通過分析反射波組的連續性、反射波的極性和能量，確定偏移成果的可靠性和性質。有助于去偽存真，由此及彼，由表及里，深化認識，使預報結論科學可靠。
（4）TGPWIN處理中有自動處理方式，也有手動處理方式，有深入分析異常可靠程度的追蹤功能，這樣設計既適應非物探專業的普通工程技術人員使用，又適應物探專業人員分析地震波傳播特性，對復雜地質條件進行深入研究工作的需要。
5、TGP12系統只要增加不多的配套附件和軟件模塊，就可以增加儀器用于隧道檢測的其它功能，例如：對已襯砌的隧道進行襯砌脫空檢測，檢查隧道圍巖中隱蔽的病害（巖溶）。也可以在掌子面上用錘擊的激發方式做到短距離更為精確的地質預報，因而它是一機多能的設備。
TGP12的性價比與國外同類儀器相比具有明顯的優勢。而且研發、生產在國內，用戶可以獲得及時周到的技術服務和技術支持，以及儀器維修等方面的方便性。
三、工程應用實例
宜萬鐵路涼風亞隧道的巖性為灰巖，TGP12型儀器與進口TSP203儀器進行了同點試驗，預報成果如下，見圖（4）、圖（5）。
由以上成果圖可以看出：在DK53+322—DK53+346；DK53+370—DK53+380；DK53+390—DK53+420三處存在構造異常，其中DK53+322—DK53+346、DK53+370—DK53+380兩處的Vsh波比Vp波反射幅度大，推斷以上兩處構造帶存在有充水或巖溶發育的可能性、。此結論經過日后的隧道開挖證明完全正確。在隧道施工的《變更設計建議書》中結論：“在隧道左壁的DK53+322段發現巖溶，溶蝕帶寬度為2.5米，溶蝕帶穿過隧道拱頂至右壁的DK53+340米段，并向邊墻外延伸，雨后DK53+322處溶洞有較大水量流出，DK53+339處溶洞有少量滲水。該段圍巖較破碎，節理發育，受溶洞影響，拱頂巖層出現楔體破壞、掉塊”。
TGP12型隧道地質預報系統在云南水富高速公路冷水溪隧道，宜萬鐵路王家嶺隧道、涼風埡隧道，青島海濱高速仰口隧道，重慶地區數條公路隧道，以及武廣客運專線大瑤山隧道等工程使用，獲得滿意的預報效果。
1、隧道地震波超前預報的概念解釋
隧道地震波超前預報技術翻譯成英語是“TunnelSeismicPrediction”，簡稱“TSP”。在我國《客運專線鐵路隧道施工技術指南》的第5.0.8條使用了“TSP”縮寫詞。一般規程中使用縮寫英語字母表示某種技術是正常的事情，但是在隧道地質超前預報工作中卻出現被歪曲利用的現象，把“TSP技術”歪曲解釋成“TSP***儀器”。這種現象對隧道超前預報技術的應用，造成了不良的影響。在有的地方和部門的隧道施工招標和設備招標工作文件中也存在把“TSP技術”歪曲解釋成“TSP***儀器”的現象，這是對隧道地震波預報技術缺乏科學認識。
因此，正確認識：“TSP技術”即隧道地震波超前預報技術，有益于正確執行我國的現行隧道規程規范和法規，有益于隧道工程的招投標工作，有益于隧道地震波預報技術的進步，有益于誠實誠信的預報技術服務。
2、隧道地震波預報中的接收與激發問題
在隧道地震預報工作中，有的采用把接收與激置在隧道的洞壁上，這種做法不妥當。眾所周知，洞壁的表面波傳播較強，對地震反射波會形成不容忽視的干擾。同時鉆爆施工影響洞壁巖體松動，局部超欠挖使得洞壁巖體不平整和完整性差，接收檢波器和激發點受局部巖體影響大，地震波的傳播和衰減比較復雜，嚴重影響地震波記錄的一致性，大大降低有效波的信噪比。因此不宜采取在洞壁激發與接收的做法。
有關
在洞壁激發和接收中面波的干擾問題，原清華大學聲學教研室的沈建國教授曾經作過物理模型試驗，見圖（6）。模型設計在隧道前方有一個溶洞，洞徑與隧道斷面相當，分別在洞壁的4個深度布置接收排列。
圖（7）是洞壁采集的地震波記錄，圖（8）是在洞壁一定深度內采集的地震波記錄。圖中：藍色直線Vp表示直達縱波；藍色曲線Vp1表示溶洞的反射縱波；紅色直線Vr的后面表示面波。由圖（7）與圖（8）對照可以看到：圖（7）面波Vr幅度強，溶洞的反射波無法分辨；圖（8）的面波Vr幅度大大減弱，溶洞的反射波較清晰的表現出來。這個模型試驗的結果明確說明面波的干擾在鉆孔一定深度呈現減弱的趨勢。因此，在隧道地震波超前預報檢測工作中，采取孔中激發和接收技術措施壓制面波非常必要，是提高反射回波記錄信噪比質量的重要環節。
TGP隧道地震波預報系統的接收和激發，結合現場施工的方便性，要求鉆孔的深度為2.0米。鉆孔中采用炸藥爆炸產生震源，控制使用小藥量炸藥，在有條件的地方盡量使用高爆速炸藥，同時在孔中充水的條件下爆炸。在充水的條件下爆炸有以下好處：易于產生高頻地震波，提高分辨率；同時爆炸泄放到隧道內的爆炸聲音小，減弱隧道管波的干擾能量；爆炸時水由孔中噴出的過程有益于產生水平偏振，加強橫波的能量，有利于地震預報工作中實現采集高質量的多波信息，實現多波多參數的預報目的。鉆孔中接收，采用具有高指向性和高靈敏度的三分量接收探頭安置在鉆孔的底部，通過耦合劑實現與鉆孔壁的直接接觸，檢波器信號輸出采用軟電纜，和采用吸聲軟材料封堵鉆孔口等措施，對于高保真地接收地震有效波信號，減少產生干擾波環節等方面很有益處。
3、隧道地震波預報中的干擾波
在隧道地震波采集過程中，存在著多種干擾波，對此必須有明確地認識。例如：對頭隧道施工和鄰洞施工的干擾波；地表地形和來自其他方向的反射波干擾；洞內電磁波干擾；以及接收裝置設計不當產生的干擾波等等。正確認識干擾波和產生的原因，才會采取正確的措施獲得高質量的現場地震波記錄。下面重點討論隧道管波的干擾問題。
隧道管波由激發孔爆炸時聲波泄放到隧道中產生，被接收傳感器接收造成對記錄的干擾，見圖9。
圖中地震記錄50毫秒以下出現的呈斜線“黑點”，在右圖中斜線用“紫線”表示，由記錄上的時距線計算“紫線”表示的速度為340m/s，該線以下的波（左半圖中黑色部分）為空氣中傳播的聲波，我定義這種波為“隧道管波”，“隧道管波”出現后覆蓋其后出現的地震反射波。“隧道管波”幅度的大小與激發和接收條件有關，“隧道管波”在地震記錄上出現的位置與采集偏移距離有關。該紫色線位置為偏移距離為20m的“隧道管波”出現位置。圖中藍色線表示速度為4500m/s的前行縱波和反射縱波，紅色線表示速度為2500m/s的前行橫波和反射橫波。上部的藍色線Vp和紅色線Vs分別表示由震源向前傳播的直達縱波與橫波。下部的多條藍色線Vp100、Vp150、Vp200分別表示掌子面前方100米、150米、200米距離處構造面的反射縱波，多條紅色線Vs100、Vs150分別表示掌子面前方100米、150米距離處構造面的反射橫波。由圖看出有30%地震道的反射縱波和50%以上地震道的反射橫波淹沒在“隧道管波”的干擾中。如果隧道圍巖的縱波速度低于4500米/秒、橫波速度低于2500米/秒，將會有更多的地震道淹沒在“隧道管波”的干擾中，其中影響橫波的程度更為嚴重，這種現象嚴重影響縱、橫波雙參數預報。
我提出隧道管波的嚴重干擾問題，希望引起足夠的重視，加強地震波檢測理論的學習，克服對有效波和干擾波不加區分，盲目按照流程進行處理的做法，才可以糾正成果中以夾雜干擾波假象進行預報的局面。
在京西梨園嶺隧道TGP206與TSP200在同一次預報中進行試驗對比，發現TSP200儀器采集的記錄中有嚴重的隧道管波，TGP206儀器采集的記錄中無隧道管波。兩臺儀器工作中使用同一批24炮震源和在同一位置接收，采集的地震波記錄出現如此之大的區別，關鍵在TSP200儀器的接收裝置設計不合理。我分析過近百個TSP203與TSP200儀器采集的記錄文件，記錄上普遍存在著“隧道管波”，檢查數據處理的過程中也未見對干擾波進行處理，而是作為地震反射波數據參與了處理，隧道管波干擾的假象混雜在預報成果圖中。近幾年，我看到的使用TSP203和TSP200資料發表的預報文章中，其現場采集的偏移距離（接收到最近激發炮之間的距離）普遍使用15米或者20米，炮孔之間的距離為1.5米至2米左右。在隧道管波干擾的情況下，這種布置采集的記錄見圖（9），記錄上的隧道管波是構成對有效波預報的嚴重干擾。我們對以如上參數采集的記錄作個初步的分析，假設巖體條件為完整的微風化硬巖，以巖體的縱波速度為4500米/秒，橫波速度為2500米/秒計算，未受隧道管波干擾的距離：縱波成果為120米左右，橫波成果為60米左右。以現行TSP200或者TSP203雙參數預報的做法評論，其未受隧道管波干擾的預報距離為60米左右。如果巖體條件降低，雙參數預報的距離還要大打折扣。如果按預報150米距離分析，其中有90米左右的距離中包含有隧道管波的假象資料。請有關使用者自己檢查已經處理過的文件，分析我的結論是否有道理。也不妨召開一個有代表性，而且能夠深度研究隧道地震波預報技術的會議，研討是否存在隧道管波干擾的問題和改進措施。
我提出一個不得已而為之的方法，供大家思考。根據各種波傳播路徑和速度差異的原理，即隧道管波在隧道內的空氣中傳播，其速度低，地震波在巖體中傳播其速度高，現場采用加大偏移距離進行預報數據的采集方法，利用巖體的地震波速度明顯高于空氣中聲波速度的條件，使隧道管波下移，延遲隧道管波在地震波記錄出現的時間，加大反射波接收的時間窗口，可以起到加大預報距離的目的。圖（10）下部標注有20、30、40的三條紫色線分別表示：偏移距離為20米、30米、40米情況下的隧道管波的出現位置。由圖可見，如果采用40米的偏移距離，隧道管波下移，反射波的時間窗口加大，在巖體為完整微風化硬巖的條件下，縱波反射基本上不受干預，橫波反射受影響的地震道約為30%。這種方法的不利點是偏移距離加大會影響到地震波頻率的降低和能量的衰減，但是權衡利弊，實現“隧道管波”下移的方法，避開隧道管波的干擾，無疑是一個不壞的辦法。
隧道管波在記錄上的幅度與激發泄放到隧道中的能量，以及接收裝置系統對隧道管波的壓制能力有關。“隧道管波”產生的源頭在激發，在激發孔沒有注滿水、或激發孔太淺的條件下，激發能量會大量泄放到隧道內。因此，注意改善激發條件有利于減弱隧道管波的干擾。
有關是否可以采取濾波方式處理“隧道管波”的問題。“隧道管波”的頻率與激發條件、接收裝置條件、以及隧道圍巖的性質等有關系，也存在接收裝置系統在受震條件下產生次生震蕩波，綜合起來的干擾波比較復雜。通過濾波方式處理不宜實現濾除目的，如果采用的濾波參數不合理，還會產生改變地震波信息造成其它成果假象的可能性。
4、隧道埋深與預報距離
有一位從事海底隧道地震波超前預報的工程師向我詢問有關預報距離的問題，海底隧道在基巖和海底的沉積地層中穿過，如果基巖面的起伏較大，這一類情況與地面上的淺埋隧道一樣。在隧道地震超前預報中，海底地形界面和起伏的基巖面同樣是地震波的反射面，因此，地形界面和土石界面產生的反射波，與地質構造面產生的反射波均會被儀器接收并疊加在一起，造成地震波記錄復雜化。所以，在海底隧道或者淺埋隧道進行超前預報時，要綜合考慮上述影響，合理確定預報的距離。一般在無法剔除地形等界面反射波影響的條件下，控制預報距離小于隧道埋藏深度為宜，對于大于埋深的距離預報要慎重。
5、關于圍巖參數的預報問題
關于隧道圍巖參數的預報問題，應該明確兩個問題：一是地震波預報方法獲得圍巖參數的原理和作用；二是利用圍巖參數變更隧道圍巖級別的合理性。
地震波預報方法獲得的基本參數是縱波速度和橫波速度，其他參數均是由此計算得到的二級參數。利用地震波方法求取速度參數計算的過程中，速度數值與介質本身和反射界面的角度兩個變量有關系。在地震波預報求取速度的過程中，以測量段（炮孔段）巖體速度為基本參考值，計算中同時考慮巖體反射界面的反射幅度強弱作為計算因素，帶有相關比較的性質，因此得到的速度數值稱為估算速度，利用估算速度曲線的分布作為分析相鄰巖體的定性比較具有一定的合理性。但是，它既不是常規地震波勘探中的均方根速度，也不是巖體的真速度。
地質界面與隧道的關系，地質界面正交隧道軸線的情況應該說是個別的，普遍存在的應該是與隧道存在夾角的情況，因此普遍存在的是地震反射波路徑與隧道軸線不重合，地質界面與隧道的夾角越小（以正交為90度），地震波路徑與隧道軸線的夾角越大，即地震波路徑偏離隧道越遠。因此，利用地震反射波路徑方向上的速度代表隧道圍巖，存在不合理性，因為地質巖體具有的非均質、非連續和各向異性是不容忽視的。
在明確地震波預報獲取的速度含義以后，我們來分析利用該速度進行“隧道圍巖彈性波分級法”和變更隧道圍巖級別的問題。“隧道圍巖彈性波分級法”顧名思義，是隧道圍巖彈性波的一個分級方法，而不是隧道圍巖地質分級的全部。勘察設計報告中圍巖級別的結論是綜合考慮：隧道通過地帶巖體的工程地質、水文地質、隧道埋深與地應力，以及隧道圍巖彈性波參數等多方面的資料做出的，僅僅利用預報獲得的巖體參數變更圍巖的級別存在著片面性。
舉例說明如下：圖（11）是TSP203儀器預報成果圖中的一部分，圖中上半部分三項參數的直方圖，由上而下為巖體分段的縱、橫波速度參數值；巖體的密度值；和巖體的彈性模量值。圖的下半部分為反射界面的分布圖。以圖中的反射界面線與隧道里程線的交點為序，統計反射界面與隧道軸線的夾角，匯總成表1。
序號
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
里程
2084
2092
2104
2108
2109
2116
2136
2152
2164
2184
2188
夾角
45°
75°
70°
65°
75°
80°
80°
70°
90°
70°
80°
以表1中最后兩個界面的里程和夾角，根據隧道地震反射波傳播理論，采用作圖方法，繪制的地震反射波的射線路經，分別見圖（12）。
上圖的預報距離為100米：圖中序號11的界面在2188里程，構造面與隧道夾角80°，其地震射線與隧道夾角10°～15°，反射段偏離隧道距離32～37米；圖中序號10界面在2184里程，構造面與隧道夾角70°，其地震射線與隧道夾角20°～30°，反射段偏離隧道距離49～59米。如果以正常預報距離150米計算，反射段偏離隧道的距離達到70～80米。地震波射線與隧道軸線方向不同，射線路經與隧道軸線也不具備重合條件，而且偏離隧道50至80米多米以外，這樣的速度資料作為隧道掌子面前方圍巖的速度不具備代表性，以此變更隧道圍巖的分級則更無道理。至于圖中提供的其他巖體動參數，例如：動彈性模量、動剪切模量、動泊松比和巖體密度值等參數，皆由巖體縱波和橫波速度計算而來，擺在報告中也就是一堆動參數。況且在沒有具體巖體動靜參數對比資料的基礎上，如何使用也存在問題。
我認為隧道地震波超前預報，應該是以預報地質災害和不良地質條件為主，以估算速度參數定性評價圍巖地質條件為輔的方法。
新奧法的思想和基本理論形成于上世紀的60年代，是奧地利學者在長期的隧道工程實踐過程中，在巖土開挖理論的一個系統總結的基礎上提出來的。新奧法的核心是將圍巖不僅視為荷載，也是結構的一部分，最大限度地利用和發揮圍巖的自承能力。利用這一基本思想，根據地層條件，在隧道的設計施工中最大程度地利用圍巖的自穩能力，合理確定支護的時機，使支護的代價最低。新奧法的基本思路有以下幾點：
1）因為圍巖要參與整個結構的承載，應盡量減少對圍巖的擾動，充分保護巖體。
2）為充分發揮圍巖承載能力，應允許并控制巖體的變形。施工中應采用能與圍巖密貼、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，就能通過調整支護結構來控制巖體的變形。
3）開口不利于結構形成整體的受力結構，為此，在施工過程中應使襯砌盡早封閉成整環。
4）利用信息化施工技術，合理布置監測點，及時掌握圍巖及支護結構的應力和變形，通過監測信息的反饋及時調整支護參數。
5）多采用噴錨式初襯外加現澆混凝土二襯的復合式襯砌結構。二次襯砌等初襯施工完成、圍巖基本穩定之后再施作。二次襯砌可以用來承擔圍巖流變等引起的后續荷載。基于上述描述，新奧法的精髓可以概括為十二字方針，即“少擾動、早噴錨、勤量測、快封閉”。新奧法自創立以來，在我國的諸多軟弱破碎圍巖中也得到了廣泛而成功的應用，目前已經發展為山嶺隧道及地下工程施工的一種重要方法。金雞嶺隧道所處地層圍巖穩定性差，故采用新奧法修建，在修建過程中克服多種施工中的難題，取得了較大的成功。本文將對該隧道的施工技術進行系統地分析。
2工程概況
金雞嶺隧道位于鄂州市新廟鎮月陂村，為雙向四車道，非獨立式雙連拱隧道。隧道穿越的山體的最高海拔約為98.5m，隧道最大埋深約為40.7m。隧道起訖樁號為K37+870～K38+215，全長345m。進口隧道設計標高為左洞57.493m，右洞57.483m；出口隧道設計標高分別為左洞56.757m，右洞56.747m。隧道進口、出口采用端墻式洞門。隧道地段進出口及淺埋地段上覆巖體比較薄，風化相對更強烈，圍巖變形模量較小、穩定性較差。隧道地段以層次多、結構較松散的軟質、較軟質巖石為多，有軟弱的炭質層存在，巖石強度及穩定性較差，洞壁開挖容易產生較大不良變形，產生掉塊、坍塌。
3施工技術方案
根據隧道的長度、現場地質條件及工期要求等因素，本隧道采用從進口單口掘進的施工方案。
3.1洞口施工
洞口工程主要施工流程如圖1所示。因洞口圍巖風化強烈、穩定性差，為保證其穩定性，在洞門表土開挖施工過程中，利用挖掘機而采用不爆破或弱爆破方式挖掘洞門土石方。為增加洞口穩定性及安全，采用強支護處理。在洞口邊坡及影響范圍內的仰坡上打設錨桿，為增強圍巖的整體性和錨桿支護效果，錨桿打入方向應垂直于巖面。錨桿打入深度為4m。同時布置25cm×25cm的鋼筋掛網，鋼筋直徑6.5mm，在鋼筋掛網上噴射混凝土，形成錨噴支護。
3.2超前管棚注漿施工
為防止巖層坍塌和地表下沉，保證掘進和后續支護工藝安全，本工程洞口設置有22m長超前管棚作為臨時超前支護。管棚采用φ127×4.5mm的鋼管，鋼管長24m，管棚與4榀I20b做成的拱架連接在一起，并用C25混凝土澆注，形成一個模擬的洞門，在臨時洞門的防護下進行洞身開挖。長管棚內注漿采用水泥單液漿。水泥漿水灰比0.9∶1，注漿初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。
3.3隧道段開挖
根據不同的地質斷面，選擇不同的開挖和支護方式。V類和Ⅳ類圍巖地段采用三導洞超短臺階式開挖，施工時采用預裂爆破，上下臺階分開，采用短進尺，弱爆破。對于Ⅲ類圍巖洞身開挖，采用全斷面開挖，施工時采用光面爆破，循環進尺3.0m。中導洞的斷面形式為圓頂直墻，整個斷面全部開挖。采用光面爆破進行全斷面開挖，爆破前用鑿巖機鉆眼掏槽。中導坑開挖完畢之后，對整個中導坑底板進行標高復核，用低標號砂漿鋪底平整，然后進行底部錨桿施工。鋼筋安裝好后，分為基礎及墻身兩部分混凝土澆筑；基礎采用普通拼裝模板，墻身采用8m長模襯臺車、滑模施工工藝進行施工。左右導洞采用全斷面法開挖，左右正洞采用上下臺階法開挖，進洞口、出洞口8m范圍內掘進進尺為0.5～1.0m，其余位置掘進進尺為1m（Ⅴ級圍巖）或2m（Ⅳ級圍巖）。
3.4初期支護
巖體開挖后須及時進行支護，以維持圍巖穩定，保障后續施工有安全的工作空間。金雞嶺隧道施工中，采用中空注漿錨桿、砂漿錨桿、鋼拱架、鋼筋網、噴錨支護緊跟開挖面及時施作，以減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變形，防止圍巖在短期內松弛。各區段采用的初期支護參數如表3所示。
3.4.1砂漿錨桿
本工程選用20MnSiφ22砂漿錨桿，利用自制鑿巖臺架，風動鑿巖機鉆孔，孔深、孔位、外插角偏差應符合設計和規范要求。錨桿采用φ25鋼筋按設計長度加工而成，按不同圍巖的設計間距梅花形布置。砂漿錨桿的砂漿應拌制均勻并防止石塊或其它雜物混入，隨拌隨用，初凝前必須用完畢。
3.4.2中空注漿錨桿
1）施工方法在隧洞的頂部采用中空注漿錨桿，型號采用D25型。首先需要使用風槍進行鉆孔，然后使用注漿泵完成注漿工藝。2）注漿施工要點注漿壓力控制是注漿施工關鍵，根據工程經驗可取為地下水壓的2～3倍。另外，還需根據圍巖自身的裂隙阻力進行調整，最大壓力值理論上不宜大于0.4MPa。而注漿的范圍一般根據經驗類比法或者現場注漿試驗來進行確定，注漿量一般通過注漿壓力達到0.3MPa來進行控制，單孔注漿量一般不超過1t。
3.4.3鋼拱架支護
1）設置方法
鋼拱架先在洞外分段加工，在端部設置法蘭。安設前由運輸車運至洞內，用人工進行螺栓連接和拼裝。拼裝完成之后，掛網噴漿。
2）施工要點
首先，在鋼拱架架設之前應認真檢查鋼拱架的加工質量；在架設時，先清除底腳浮渣；如果遇到超挖的情況，尚應加設墊塊，而中間部位的接頭板應用砂或土體埋住，防止噴射混凝土堵住接頭板上已經打好的螺栓孔。然后，按照設計要求，焊接系筋和縱筋，段與段之間設置墊片并確保螺栓被擰緊，以保證鋼架的受力性能。同時要校核拱架中線的標高和尺寸。而拱架和圍巖面之間尚需安設鞍形的墊塊，使鋼拱架與巖面之間貼實、壓緊。
3.4.4鋼筋網
按設計要求加工鋼筋網，隨受噴面起伏鋪設，同定位錨桿焊接或綁扎固定牢固，鋼筋網與受噴面的間隙以3cm左右為宜，混凝土保護層大于2cm。
3.4.5噴射混凝土
按設計要求的厚度在掛網上噴射混凝土，為保證施工質量，噴混凝土應當分段、分塊。施工順序上先噴墻、后噴拱頂，從下往上噴。為保證噴射混凝土的密實度，混凝土噴嘴應做直徑為20cm～30cm的螺旋路徑移動，反復緩慢地進行噴射。控制水壓、壓縮空氣的風壓，掌握好噴射距離，避免過多的回彈。如果設計厚度大于5cm，應分兩層進行噴射，第二層需在第一層終凝一個小時之后進行，同時有必要對第一層的混凝土面層進行沖洗。
3.5二次襯砌
二襯的施工一般要等圍巖變形穩定之后才能進行，而圍巖穩定的判斷要依據監測數據進行分析，等變形數據趨于收斂時方可。在本隧道的施工中，襯砌距離開挖面約為30m～40m之間，一方面能使各工序在空間上互不沖突，同時能保證圍巖在開挖后無支護暴露的時間控制在合理的范圍之內。隧道邊墻及拱部二次襯砌的澆筑采用移動式液壓模板臺車和泵送混凝土整體澆筑，以保證二次襯砌的密實，超挖部分采用同級混凝土回填。每模襯砌混凝土連續澆筑，一次完成。二次襯砌施作時先澆筑仰拱和矮邊墻，再立模進行拱部混凝土澆筑。
3.6施工監測
現場施工監測和監測數據的及時分析和反饋是及時了解圍巖狀況和隧道安全狀況的基本手段，也是現代隧道施工的重要部分，是新奧法的核心之一。根據圍巖情況，合理地選擇監測斷面、布置監測元件，合理頻率的動態監測，實時分析監測數據，判斷圍巖狀況，分析初襯和二襯是否達到隧道設計要求，并及時地反饋，從而使工程設計人員和施工人員能夠及時調整設計和施工方案。
4結論
1.1排水過程不具順暢性
對于隧道的設計施工，將新奧法原理理論作為參考依據，在設計過程中，把隧道周邊巖體滲水經過襯砌之后的倒水設備，進一步往集水溝引入，繼爾往隧道排除。如果存在某些排水設備系統不能夠正常運行，將水往隧道排出，便會基于襯砌后期形成難以解決的集水現象。在此位置的水充滿空隙的狀況下，襯砌會受到和地下水位高度相同靜水的壓力，而并不是基于設計當中的無水壓，也不是折減水壓。同時，在滲流的動水壓力的影響下，襯砌承受的壓力會在在很大程度上高于此前設計標準，進而造成襯砌涌水開裂的破損情況。因為隧道鋪地基面長期浸泡在積水當中，到列車動力的催動之下，便會引發底部吊空現象，列車經過時產生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知識行車產生限速，并且會引發斷軌等諸多情況。在排水系統不夠順暢的情況下，便會進一步造成雨季積水等不良狀況。
1.2防水設施劣質
在隧道和外部水環境之間，防水層是極其重要的部件，能夠在隧道與外部水環境分隔中發揮重要作用。基于隧道工程當中，具備兩種防水層：其一是柔性防水層；其二為剛性防水層。對于柔性防水層來說，其效果與材質及施工質量存在很大的聯系。若防水材料劣質，沒有足夠的耐久性，便非常容易在運營一段時間后，將防水能力喪失。對于剛性防水層，由于它的功能和混凝土的性能之間具備一定的聯系性，如果防水混凝土的襯砌施工質量比較差，在收縮大的作用下便會呈現孔隙及裂縫等一系列情況，進而使得防水層的防水能力大大降低。
2隧道工程影響作用分析
2.1案例分析
隧道工程在建設過程中，也會對水環境構成極大的影響。隧道工程將地下水滲流原有擁有的平衡破壞，在長期疏干的作用之下，使滲流場產生了極大的變化，進而對地下水正常循環造成了非常大的影響，最后惡化了自然生態環境。以某隧道工程作為案例，該隧道工程全長為15.365千米，洞頂埋深為100米～910米，洞中部屬于斑古坳地區，地表面植被非常茂密，年平均氣溫維持在20攝氏度，年均降雨量為1500mm。此隧道的主要問題是滲漏水現象嚴重，通過多次整治之后，問題仍舊沒有得到有效解決。在長期排水的作用下，致使地下水位呈現下降的現象，井水干涸，并且正常的農業灌溉也受到了非常大的影響。另外，因為地面沉降致使房屋產生變形及開裂情況，使當地農業及生活均無法正常開展，該地區居民只能外遷，從而損失了很大一筆經濟費用。對于此隧道工程，對地下水環境的主要影響包括兩方面的內容：一方面為疏干地下水；另一方面為滲流場變化使巖土應力發生變化。
2.2疏干地下水
造成自然環境災害最主要的原因為隧道長期排水。隧道挖掘之后，把水循環系統破壞，例如知識地下水資源被很大程度的流失。在隧道積水與匯水的作用下，使形成地下水運動的方向發生較為的改變。在長期排水的情況下，位于隧道中的地下水系統漸漸將地下水排出。將有關理論當作參考標準，地下水的補給量不能讓其排水量得到充分滿足，于是其水位便會發生持續下降的現象。在地下水位慢慢減弱的狀況下，地下水和地表水徑流間都會產生一定程度的變化，以直接的方式導致巖溶泉發生出水量極少的情況。與此同時，也可能造成地表的取水井水位下降及水井干涸等現象，進一步知識居民生活用水尤為匱乏。另外，地下水位下降會知識原農田土壤的含水量大大減退，尤其對水稻區域的影響更為嚴峻，可能引發無法繼續種植的情況，最終對農業的正常運作產生了非常大的影響。
2.3滲流場變化使巖土應力發生變化
首先，由于隧道讓許多地下水疏干，進一步讓水位產生下降情況，而飽和巖土層當中空隙的水壓力則會呈現減弱的趨勢，不飽和區域負水壓力區變大，在總應力不發生變化的狀況之下，有效的應力便會得到進一步的上升。其次，應滲流場發生明顯改變，地下水滲流的方向也會隨著發生改變，變成在新水力梯度的狀況下，便可能朝著隧道中心發生流動，此時方向為向下方向。另外，應滲流方向發生明顯變化，地下水的滲流力也會隨之發生變化，從而讓豎直向下應力加大，最終導致總應力提升。在此狀況下，巖土便會產生新的沉降，直至達到新的動態平衡狀態為止。土體沉陷則會讓隧址區的房屋產生傾斜現象，也會產生開裂現象，進而導致不能繼續應用，在土體沉陷對農田造成嚴重影響的狀況之下，便在很大程度上增加了農業耕種的難度。
3結語
1)施工前的內外聯關系。
在施工之前主要開展的工作為可行性研究和勘察設計，以及施工前開展的招投標工作。前者涉及的內外聯關系主要是隧道方案與整個路線工程，以及與自然和社會的相互作用，主要體現為方案與具體設計的合理性和科學性。后者主要涉及建設方與施工方的相互關系，即建設方與施工方的合同關系建立過程，其中關鍵因素是中標價格。
2)施工中的內外聯關系。
施工階段的和諧性是評價城市隧道工程建設和諧度的最主要內容。這一階段整個工程建設過程的內外聯關系可以劃分為實體工程、機構人員和資金流轉三個方面。實體工程方面:工程建設活動需要開挖巖土體、擾動地下水環境，隧道結構與巖土體發生相互作用;施工過程各部分、各工序發生相互作用;工程建設從外部環境獲取大量的各類材料，又向環境輸出廢棄材料、廢氣和污水。機構人員方面:參與工程建設的業主、施工、監理、設計和監測檢測等單位及其員工需要開展大量的互動工作，這些工作有管理與被管理、監督與被監督，以及相互協作等不同的角色關系。參與工程建設的單位還與社會其他單位或個人因材料采購、廢棄物處置、污染物排放、共用其他社會資源等原因發生互動關系。資金流轉方面:主要表現為承包商向監理、業主單位的資金申報審批，以及業主向承包商、承包商向材料供應商、服務提供商和勞務人員提供的資金撥付。資金流轉的正確性、合理性和及時性，對工程建設活動的順利運轉也十分重要。
3)施工后的內外聯關系。
施工后的內外聯關系主要體現為隧道工程為社會提供服務，以及運營者對隧道進行的管理維修。隧道工程為社會提供服務:隧道方案越合理、自身狀況越好，可以為社會經濟發展提供的服務就越好，經濟社會效益越明顯。隧道工程的管理維護:管理維護一方面有利于保持隧道的健康狀態和服務水平;另一方面需要花費一定的成本、對隧道運營產生一定的影響。過多、過頻繁的維護和病害治理，說明隧道工程本身的建設質量存在不足。
2城市隧道和諧性的表現形式及影響因素
城市隧道工程建設的和諧性可以從技術、經濟、社會和環境等四個系統得以體現，不同系統中又可細分為若干個方面，每個方面和諧性的影響因素不盡相同，相互之間可能存在重疊。
2．1城市隧道和諧性的表現形式
1)技術系統的和諧主要表現為安全、質量和進度三方面有保障。
安全方面包括不發生各種形式的安全事故，不因安全事故造成財產損失和人員傷亡;質量方面包括不出現各種類型的質量問題，工程各部分功能正常、系統相互協調;進度方面包括工程總進度得以保障，各分項或分部工程得到協調一致的推進。
2)經濟系統的和諧性主要體現為業主(代表政府或社會)、承包商(機構)和參與建設的員工在經濟上取得好的效益。
業主方面主要為獲得合理最大化的投資回報，按時據實向承包商支付各項費用，不因安全、質量或進度等問題產生額外費用;承包商方面主要體現為在保證安全、質量的前提下獲得最大的經濟效益，不因安全、質量和進度問題額外增加成本;員工方面主要體現為按時獲得與付出勞動相對應、與區域或行業收入水平相協調的勞動報酬，不因窩工、違規作業、工傷事故等造成不必要的損失。
3)社會系統的和諧性主要體現為外聯關系、機構關系協調和員工關系等三方面處于協調、順暢狀態。
外聯關系方面體現為工程建設有效避免對外部單位與個人的干擾、破壞，能夠獲得外部單位與個人的支持。機構關系方面體現為所有參建單位恪守本職工作，相互合作與支持，不因相互協調不暢導致正常施工中斷、延誤問題的正常處理等。員工關系方面體現為所有參與建設的管理者、技術人員和工人互相尊重、理解和支持，相互交流溝通順暢，能夠和諧共處。
4)環境系統的和諧性主要體現為資源消耗水平低、污染物得到有效控制和處理、施工環境擾動得到控制。
在資源消耗水平方面主要體現為工程建設消耗的各類建筑材料較少、能耗和用水量較低;在污染控制水平方面主要體現為產生的污染較少，并得到及時有效的處置，由于工程建設參數的廢棄物較少等。施工擾動控制水平和諧性在施工擾民控制方面主要體現為施工產生的振動、噪聲等對周邊居民及單位的影響得到有效控制，對周邊景觀的破壞得以控制并及時得到修復。
2．2城市隧道和諧性的影響因素
通過城市隧道工程建設內外聯關系的分析，城市隧道和諧性的影響因素可以歸納為以下15個方面:方案社會評價水平(C1)、施工中標價格水平(C2)、參建機構資信水平(C3)、安全事故控制水平(C4)、質量缺陷控制水平(C5)、設計變更控制水平(C6)、施工工期控制水平(C7)、反饋決策順暢水平(C8)、企業財務健康水平(C9)、員工薪酬發放水平(C10)、內聯關系協調水平(C11)、外聯關系協調水平(C12)、廢棄物處置水平(C13)、污染物處置水平(C14)、景觀修復營造水平(C15)。
3城市隧道和諧度的層次分析法評價
城市隧道工程建設和諧度的評價是一個多指標綜合評價問題，可以采取層次分析法、模糊數學法等方法進行評價，本文采取層次分析法進行分析。層次分析法的基本思想是將復雜的問題分解為若干個層次，在比原來系統簡單很多的層次上逐步分析。通過比較若干因素對同一目標的影響，把決策者的主觀判斷用數量的形式表達和處理，從而確定它在目標中的比重。層次分析法的主要流程為:明確問題建立層次結構模型利用成對比較法構造判斷矩陣進行層次排序，獲得權向量進行一致性檢驗完成層次總排序以及一致性檢驗獲得最優系統方案。
3．1遞階層次模型的構建
根據層次分析法理論，構建四個層階的遞階層次模型分析模型。城市隧道工程建設的綜合和諧度為第一階(最終目標層H)，并將其分為技術(HT)、經濟(HC)、社會(HS)和環境(HN)四個二階目標層。第三層為指標層，共包括12個方面的準則(T1～C9)，即安全管理指標、質量管理指標、進度管理指標、業主經濟指標、施工經濟指標、員工經濟指標、外聯關系指標、機構關系指標、員工關系指標、資源消耗指標、污染控制指標、擾民控制指標。指標層為影響城市隧道工程建設和諧度的15種影響因素(C1～C15)。
3．2指標層權重的確定
應用層次分析法確定指標權重的方法為:利用分級比較標度方法，列出上層指標與下層相關性，由被調查者采取兩兩比較的方法，給出判斷矩陣。然后求出判斷矩陣的特征向量和特征值，進行一致性檢驗。
3．3和諧度等級的確定
根據和諧度的評價值，按照表1確定其評價等級。具體實施時，可以由政府或其他主管單位研究提出對工程最后的和諧度指標和等級要求進行明確，確定經濟和行政獎懲方案，形成有據可查的文件。或由建設單位在施工招標和合同談判中對工程最后的和諧度指標和等級要求進行明確(此時需要修正一些與施工單位無關的指標)，確定經濟和行政獎懲方案，作為合同條款的一部分。
4某城市隧道和諧度評價實例
1)工程概況。
某城市隧道全長1823m(左線913m，右線910m)，隧道進出口位于不設超高的大曲線半徑上，左右設計線相距約30m～50m，屬于間距較小的分離式隧道。隧道按城市Ⅱ級快速干道設計;雙向四車道，單向行車，設非機動車道及人行道;設計時速40km/h，設計荷載:公路—Ⅰ級;隧道凈寬14．50m，凈高5．0m。
2)指標權重的調查分析。
為確定城市隧道工程建設和諧度的指標權重，邀請上級主管單位和全體參建單位對和諧城市隧道建設工作進行了分析。與會25位代表(上級主管單位6名，業主6名，施工單位6名，監理和設計單位各3名，監測檢測單位1名)參加了各因素重要程度的調查。與會人員分別填寫了各層指標重要性調查表，其中準則層與措施層的關系采取開放形式，即每一個準則元素與哪些措施元素相關，由被調查者自己確定，在數據分析時，最多計入6種排位靠前的因素。通過對上述調查進行分析，得到了各指標對總目標的權重。
3)和諧度評價。
該隧道建設完成之后，項目建設單位對各方面工作進行總結，召開和諧隧道建設總結評估會議。上級管理單位、參與建設單位、周邊企業和市民代表等35人參與了總結評估。根據和諧度與和諧度等級的對應關系，該隧道工程建設評定為“和諧”。
5結語
