深埋长隧洞主要工程地质问题与勘察和施工方法资料课件.pptx

1、 目目 录录 n一、前言一、前言n二、深埋长隧洞主要不良工程地质问题二、深埋长隧洞主要不良工程地质问题n三、三、TBM对深埋长隧洞地质条件适应性分析与对策对深埋长隧洞地质条件适应性分析与对策 n四、深埋长隧洞的勘察思路和方法四、深埋长隧洞的勘察思路和方法 n五、施工方法的选择五、施工方法的选择 n六、六、结束语结束语n七、建议七、建议一、前言一、前言n所谓深埋特长隧洞是指埋深超过所谓深埋特长隧洞是指埋深超过400m，长度，长度10km以上的隧洞。随着我国水利水电工程的发以上的隧洞。随着我国水利水电工程的发展，深埋长隧洞大量出现，单洞长度已由展，深埋长隧洞大量出现，单洞长度已由20世纪世纪80年

2、代的年代的10多千米发展到现在的多千米发展到现在的80多千米多千米;隧洞隧洞埋深最大已接近埋深最大已接近3000m，隧洞工程地质条件日趋，隧洞工程地质条件日趋复杂，不良工程地质问题已成为工程的重要制约复杂，不良工程地质问题已成为工程的重要制约因素。因此，勘察、认识与评价这些问题和采取因素。因此，勘察、认识与评价这些问题和采取正确的工程对策已十分重要。正确的工程对策已十分重要。n铁路隧洞的建设水平始终处于隧洞工程建设的前铁路隧洞的建设水平始终处于隧洞工程建设的前列。高速铁路需要平缓的坡度和顺直的路线列。高速铁路需要平缓的坡度和顺直的路线,当当穿越高山时往往需要建设长隧洞。目前世界上已穿越高山时往

3、往需要建设长隧洞。目前世界上已建、在建的长度超过建、在建的长度超过20km的隧洞见表的隧洞见表1。表表1 1 世界上已建、在建的深埋长隧洞世界上已建、在建的深埋长隧洞国国家家 隧隧洞洞名名称称 长长 度度 开开通通年年份份 说说 明明 瑞瑞士士 Gotthard base 57，072 2010 在在建建 日日本本 Seikan 53，850 1988 海海底底隧隧洞洞 英英国国法法国国 Eurotunnel 50，450 1994 海海底底隧隧洞洞 瑞瑞士士 Lotschberg 34，577 2007 在在建建 西西班班牙牙 Guadarrama 28，377 2007 在在建建 日日本本

4、 Hakkoda 26，455 2013 在在建建 日日本本 Wate-ichinohe 25，810 2002 挪挪威威 Laerdal 24，510 2000 公公路路隧隧洞洞 日日本本 Iyama 22，225 2013 在在建建 日日本本 Dai-shimizu 22，221 1982 瑞士圣哥达隧洞洞内施工图瑞士圣哥达隧洞洞内施工图 瑞士圣哥达铁路隧道横剖面图瑞士圣哥达铁路隧道横剖面图12345 南水北调西线工程共分三期。第一期工程从雅砻江的支流达曲、泥曲和大渡河的支流杜柯河、麻尔曲、阿柯河调水，总调水量40亿m3。由“五坝七洞一渠”串联而成，坝高63123m，输水线路总长260.3

5、km，其中隧洞长244.1km，明渠16.1km，渡槽0.12km。第一期工程河流示意图 “五坝”即引水河流的五座引水枢纽，为达曲的阿安、泥曲 的仁达、杜柯河的上杜柯、麻尔曲的亚尔堂、阿柯河的克柯引 水枢纽；引水枢纽的坝高分别为115m、108m、104m、123m、63m。调水量分别为7亿m3、8亿m3、11.5亿m3、11.5亿m3、2亿m3。“七洞”即利用线路通过的支流使隧洞自然分为七段，为 长13.6km的达曲泥曲段、长73km的泥曲杜柯河段、长33.2 km的杜柯河结壤段、长3km的结壤麻尔曲段、长55.4km的 麻尔曲阿柯河段、长15.5km的阿柯河若果郎段、长50.4km 的若果

6、郎贾曲段，七段隧洞总长244.1km，最长洞段73km，穿越雅砻江和大渡河的分水岭，位于泥曲杜柯河之间。大丫口子上坝址大丫口子上坝址引水隧洞中心线工程地质剖面图引水隧洞中心线工程地质剖面图比例 1:5000上坝址坝轴线0+000破碎带II弱微溶蚀带PIII弱风化T弱溶蚀带上坝址引水隧洞中心线工程地质剖面图 0+160m0+390m为中厚层厚层状粉砂质泥岩、粉砂岩夹石英砂岩、含砾砂岩，弱风化，该洞段穿越五道河次级复向斜，节理裂隙较发育，岩体内的优势节理产状4060/SE6070，张开度2mm5mm，泥质充填为主，裂隙走向与洞轴线夹角为60，面以平直粗糙为主，洞段地面无流水冲沟，位于地下水位以上，

7、掘进中洞内以滴水、渗水为主。岩体以互层状结构为主，围岩稳定性差，施工中的临时支护措施，建议采用系统锚杆加喷混凝土支护。320330/SW4550F ：4050/SE60800+000m0+160m为紫红色中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩，岩层走向与洞轴夹角038，其中桩号0+070m发育F2断层，断层破碎带宽15m20m，走向与洞线夹角为87，受F2断层影响，岩体强烈风化，不规则裂隙发育，主要有三组：280/NE6580、325/NE5080、50/SE80，裂隙张开2mm5mm，少量可达20mm，大部分为泥质充填，面起伏光滑或平直粗糙，少量平直光滑，掘进中地下水以滴水为主。岩体呈镶嵌碎裂结构夹散体

8、结构，围岩不稳定极不稳定，施工中建议采用钢拱架加锚杆喷混凝土进行一期支护。0K MPa/cm()V强风化溶蚀程度说围岩坚固系数围岩分类明程工质地风化程度/岩石单位抗力系数钻孔孔深(m)设计桩号(m)引A引C引BT2Y0+105.43IIIIII弱微风化IVQ引DTT325335/NE5565F ：290/NW60751TPP39.7m 41.8m(高程634.23m-632.13m)为溶洞:黄褐色可塑状粘土混30%-40%灰岩碎块充填，块径3-18cm左右。4+650m5+390m为浅灰、灰白色厚层微溶蚀新鲜白云岩、灰质白云岩夹白云质灰岩、白云岩，岩层走向与洞轴线夹角2939，主要发育330/

9、SW6080，36/NW5070两组节理，裂隙张开1mm2mm,泥、方解石充填，面平直粗糙，平均间距35条/m。掘进中地下水以干燥、局部渗水、滴水为主，岩体呈厚层状结构，围岩基本稳定，一般不需要支护，局部由于节理密集或岩溶作用的构成的不良地质地段，临时支护措施可采用锚杆挂加素喷混凝土处理。弱微溶蚀带 0+390m1+270m为紫红色弱微风化中厚层粉砂质泥岩夹石英砂岩，岩层走向与洞轴夹角1323。全段以层面裂隙为主，产状325335/NE5565，次为320330/NE5060、50/SE80，裂隙张开1mm2mm，钙质、岩屑充填，面平直粗糙，平均间距0.3m0.5m，推测掘进中地下水以渗水、滴

10、水为主。施工中的临时支护措施，对III类围岩建议采用锚杆加喷素混凝土支护。1+270m1+375m，F1断层，走向与洞轴线交角约60，为碎屑岩与碳酸盐岩分界线，断层带宽约28m,推测上盘影响带宽50m左右，下盘影响带宽22m左右。沿断层局部可能有溶洞群发育，溶洞为软泥充填或无充填，该洞段掘进中可能会有短时突泥、突水现象，施工中应加强观测，做好地质预报工作，确保施工安全。其临时支护措施，建议采用钢拱架加锚杆素喷混凝土处理。II325-335/NE5565PP 1+375m4+650m为灰色厚层微弱溶蚀新鲜灰岩、白云质灰岩夹白云岩、灰质白云岩，岩层走向与洞轴线夹角1328，洞段主要发育320/SW

11、75及50/SE5060两组节理，节理张开1mm2mm,岩屑或泥充填，面平直粗糙，平均间距25条/m。掘进中地下水以干燥、局部渗水滴水为主，岩体呈厚层状结构，围岩基本稳定，一般不需要支护，局部由于岩体线溶蚀作用或节理相对密集，临时支护措施建议采用锚杆加素喷混凝土处理。由于洞体埋深绝大部分大于200m，按围岩强度应力比公式计算（最大主应力以岩体自重应力代替），隧洞在施工过程中发生岩爆的可能性极大，当岩爆出现时，围岩类别应由类降为类，且需采用锚杆挂网喷混凝土或其它相应措施处理。其中4+350m4+550m跨越冲沟，为弱溶蚀带，上层滞水活动强烈，围岩类别为类，建议采取锚杆挂网喷混凝土做一期支护处理。

12、II微弱溶蚀Q2006.09.06013673.93ZK1567.606.90633.43mTQZK18542.8927.205.40Q调压井背斜轴部T金顶水电站金顶水电站引水长隧洞引水长隧洞1-11-1/工程地质剖面图工程地质剖面图金顶水电站金顶水电站引水长隧洞引水长隧洞2-22-2/工程地质剖面图工程地质剖面图2 2 深埋长隧洞主要不良工程地质问题深埋长隧洞主要不良工程地质问题n 深埋长隧洞可能存在的工程地质问题主要有：围深埋长隧洞可能存在的工程地质问题主要有：围岩大变形、塌方、岩爆、高外水压力、突水、突泥和涌岩大变形、塌方、岩爆、高外水压力、突水、突泥和涌水、高地温、岩溶、膨胀岩、有害气

13、体、有害水质、放水、高地温、岩溶、膨胀岩、有害气体、有害水质、放射性危害等。如二十世纪七十年代修建的瑞士圣哥达铁射性危害等。如二十世纪七十年代修建的瑞士圣哥达铁路隧道，施工期间曾遭遇到多次大涌水、塌方灾害，地路隧道，施工期间曾遭遇到多次大涌水、塌方灾害，地温也高达温也高达30.7，施工期间致死，施工期间致死310人，至残人，至残877人，人，工程承包商因此工程而破产。值得注意的是，在高地应工程承包商因此工程而破产。值得注意的是，在高地应力条件下，甚至某些中硬岩也存在发生严重塑性变形的力条件下，甚至某些中硬岩也存在发生严重塑性变形的可能。可能。2.1 大断层带围岩失稳及涌水问题大断层带围岩失稳及

14、涌水问题n 断层破碎带是诸多问题的关键所在，大变形、断层破碎带是诸多问题的关键所在，大变形、塌方、突涌水、高外水压力、岩溶、有害气体等，塌方、突涌水、高外水压力、岩溶、有害气体等，往往与断层有直接或间接的关联。对于深埋长隧往往与断层有直接或间接的关联。对于深埋长隧洞穿越宽大的区域性断层概率很高，这些断层是洞穿越宽大的区域性断层概率很高，这些断层是关系到工程成败的关键地质因素。关系到工程成败的关键地质因素。n 例如天津引滦入津隧洞例如天津引滦入津隧洞F1F10断层交汇带和断层交汇带和F9F11断层交汇带，宽度分别为断层交汇带，宽度分别为220m和和150m，涌水量涌水量50100m3s-1，大塌

15、方十余次，是该工大塌方十余次，是该工程最大的难点。万家寨引黄入晋工程摩天岭断层程最大的难点。万家寨引黄入晋工程摩天岭断层曾塌方卡住曾塌方卡住TBM机头，工程处理机头，工程处理3个多月。南水个多月。南水北调东线穿黄工程，隧洞中断层规模虽然不大，北调东线穿黄工程，隧洞中断层规模虽然不大，但股状压力涌水，是该隧洞最主要的工程问题。但股状压力涌水，是该隧洞最主要的工程问题。n 隧洞活断层工程抗断在已建工程中尚未见隧洞活断层工程抗断在已建工程中尚未见到，但规划中的南水北调西线等几个长大隧洞工到，但规划中的南水北调西线等几个长大隧洞工程，已将断裂活动性问题作为主要工程地质问题程，已将断裂活动性问题作为主要

16、工程地质问题之一进行研究。考虑到强烈的破坏性，具有短时之一进行研究。考虑到强烈的破坏性，具有短时间形成较大错距的区域性活断层应尽力绕避，而间形成较大错距的区域性活断层应尽力绕避，而以蠕变变形为主的活断层在工程技术上是可以克以蠕变变形为主的活断层在工程技术上是可以克服的。我国西部地区策划的水利水电深埋长隧洞，服的。我国西部地区策划的水利水电深埋长隧洞，遇到的大断层带具有以下几个主要特点：遇到的大断层带具有以下几个主要特点：n (1)断层规模更加巨大，其延伸长度逾数断层规模更加巨大，其延伸长度逾数百千米，断层破碎带及影响带宽度几十至数百百千米，断层破碎带及影响带宽度几十至数百米，甚至达到米，甚至达

17、到1000m以上。这些断层往往是不以上。这些断层往往是不同地质构造单元的分界性断裂，切割深，具多同地质构造单元的分界性断裂，切割深，具多期活动性。这些断层无论对钻爆法和期活动性。这些断层无论对钻爆法和TBM法施法施工困难和风险均很大。工困难和风险均很大。n (2)大的断层往往为地下水的逸流与储存大的断层往往为地下水的逸流与储存创造了有利条件创造了有利条件;特别是在碳酸盐岩地区断层带特别是在碳酸盐岩地区断层带富水性高，隧洞围岩失稳与突水突泥危害性大。富水性高，隧洞围岩失稳与突水突泥危害性大。n (3)(3)一般浅埋隧洞地下水活动强烈，受大一般浅埋隧洞地下水活动强烈，受大气降水和地表水影响显著，涌

18、水的突发生强。气降水和地表水影响显著，涌水的突发生强。而深埋隧洞因受地应力影响，岩体的渗透性而深埋隧洞因受地应力影响，岩体的渗透性和富水均较弱，地下水活动性也随之减弱，和富水均较弱，地下水活动性也随之减弱，使隧洞涌水量变小。但是值得注意的是深埋使隧洞涌水量变小。但是值得注意的是深埋隧洞滞后涌水也是一种常见的现象。隧洞滞后涌水也是一种常见的现象。n 例如万家寨引黄入晋工程北干线例如万家寨引黄入晋工程北干线1 1号隧号隧洞斜穿一条灰岩的挠曲断裂破碎带，长约洞斜穿一条灰岩的挠曲断裂破碎带，长约700m700m的洞段开挖后的洞段开挖后7 7个月之内涌水量很小，个月之内涌水量很小，进行衬砌作业是很容易的

19、，进行衬砌作业是很容易的，7 71818个月期间个月期间隧洞涌水量由隧洞涌水量由24 m24 m3 3h h-1-1逐渐增大；几次强逐渐增大；几次强力抽水产生的负压真空使隧洞涌水量猛增力抽水产生的负压真空使隧洞涌水量猛增至至480 m480 m3 3h h-1-1，从而使隧洞衬砌作业发生严，从而使隧洞衬砌作业发生严重困难。这个实例说明隧洞穿过富水性强重困难。这个实例说明隧洞穿过富水性强的地段时，及时衬砌封堵围岩是非常重要的地段时，及时衬砌封堵围岩是非常重要的。的。n (4)我国西部地区活动性断层多，规模大，我国西部地区活动性断层多，规模大，由于隧洞线路多与之垂直布置，而无法避开。由于隧洞线路多

20、与之垂直布置，而无法避开。这些断层往往对地形地貌、地层分布和水文地这些断层往往对地形地貌、地层分布和水文地质条件起控制作用，隧洞穿过此种构造地段难质条件起控制作用，隧洞穿过此种构造地段难度相对较大。此外，现代活动性断层的变形分度相对较大。此外，现代活动性断层的变形分蠕变和错断两种蠕变和错断两种;前者对隧洞产生缓慢的破坏前者对隧洞产生缓慢的破坏;后后者对工程危害性大。为此，查明隧洞地区活动者对工程危害性大。为此，查明隧洞地区活动性断层的分布与变形速率是很重要的。总之性断层的分布与变形速率是很重要的。总之，施施 工时应具备对大断层的超前探测与超前处理工时应具备对大断层的超前探测与超前处理的能力。的

21、能力。2.2 岩溶及突水突泥问题岩溶及突水突泥问题n 该问题在灰岩地区十分突出。我国天生桥该问题在灰岩地区十分突出。我国天生桥二级发生隧洞岩溶突水突泥影响工期达二级发生隧洞岩溶突水突泥影响工期达2年之年之久。万家寨引黄入晋工程南干线久。万家寨引黄入晋工程南干线6号隧洞具有号隧洞具有松散充填物的古岩溶，致使多处松散充填物的古岩溶，致使多处TBM隧洞发生隧洞发生沉陷变形。未充填岩溶洞给沉陷变形。未充填岩溶洞给TBM掘进带来很大掘进带来很大风险，在掘进过程中，时刻关注着前方的每一风险，在掘进过程中，时刻关注着前方的每一变化，以防变化，以防TBM发生下沉事故。发生下沉事故。岩溶岩溶n目前对灰岩地区岩溶

22、的勘察能够从宏观上目前对灰岩地区岩溶的勘察能够从宏观上查明岩溶的发育情况。而对大量岩溶洞的查明岩溶的发育情况。而对大量岩溶洞的分布位置、规模和充填物的性质还是要在分布位置、规模和充填物的性质还是要在施工中去发现去处理。所以对岩溶问题施施工中去发现去处理。所以对岩溶问题施工中的超前探测与处理是非常重要的。工中的超前探测与处理是非常重要的。表表2 我国部分隧道及矿山水文地我国部分隧道及矿山水文地质灾害一览表质灾害一览表2.3 高地应力条件下软质围岩变形高地应力条件下软质围岩变形n隧着地下工程向深部发展，软质围岩变形隧着地下工程向深部发展，软质围岩变形及其稳定性控制越来越突出。高地应力条及其稳定性控

23、制越来越突出。高地应力条件下软质岩工程性质十分复杂，其主要原件下软质岩工程性质十分复杂，其主要原因是：因是：n(1)它既有与岩石本身有关的地层、岩性、它既有与岩石本身有关的地层、岩性、矿物成分、水理性质、岩体结构及强度等矿物成分、水理性质、岩体结构及强度等多方面的内容，也有应力和应力变化引发多方面的内容，也有应力和应力变化引发围岩状态和性质改变的许多内容。围岩状态和性质改变的许多内容。n(2)对高地应力条件的软质岩目前还没有完善的定义。对高地应力条件的软质岩目前还没有完善的定义。按围岩强度应力比按围岩强度应力比(S)的概念：的概念：n式中：为岩石饱和单轴抗压强度式中：为岩石饱和单轴抗压强度(M

24、Pa)，为岩体完，为岩体完整系数，为围岩最大主应力整系数，为围岩最大主应力(MPa)。n在隧洞围岩压力集中部位，当围岩在隧洞围岩压力集中部位，当围岩S 4时会出现应时会出现应力超限，形成塑性区，围岩稳定性差力超限，形成塑性区，围岩稳定性差;当当S 3 3 地质超前预报综合分析法基本流程图 4.8数值模拟分析数值模拟分析n计算机数值模拟分析为隧洞工程勘察提计算机数值模拟分析为隧洞工程勘察提供了一种全新的分析手段，国内外一些供了一种全新的分析手段，国内外一些知名隧洞工程，如引黄入晋输水隧洞、知名隧洞工程，如引黄入晋输水隧洞、安康铁路秦岭隧洞、瑞士的伯伦纳隧洞、安康铁路秦岭隧洞、瑞士的伯伦纳隧洞、圣

25、哥达隧洞等工程，针对不同的地质问圣哥达隧洞等工程，针对不同的地质问题进行了数值模拟分析。题进行了数值模拟分析。数值模拟分析数值模拟分析n在以下几方面进行数值模拟分析具有在以下几方面进行数值模拟分析具有重要意义：重要意义：n 模拟分析原地应力场，可以利用浅模拟分析原地应力场，可以利用浅孔和少量的原位应力测量资料分析预孔和少量的原位应力测量资料分析预测全洞线深层地应力场特征；测全洞线深层地应力场特征；n 模拟计算应力重分布后的围岩应力模拟计算应力重分布后的围岩应力场，分析预测松弛圈范围，预测岩爆、场，分析预测松弛圈范围，预测岩爆、围岩变形等问题，国内外有很多成熟围岩变形等问题，国内外有很多成熟的计

26、算软件可供利用；的计算软件可供利用；数值模拟分析数值模拟分析n 根据根据水工隧洞设计规范水工隧洞设计规范推荐的推荐的外水压力折减系数法估算作用在衬砌外水压力折减系数法估算作用在衬砌上的外水压力，对隧洞区渗流场的数上的外水压力，对隧洞区渗流场的数值模拟分析，预测隧洞外水压力、估值模拟分析，预测隧洞外水压力、估算隧洞涌水量及两者在各时期、不同算隧洞涌水量及两者在各时期、不同工况和衬砌形式的变化，可以为工程工况和衬砌形式的变化，可以为工程设计提供丰富的资料，该法较适宜于设计提供丰富的资料，该法较适宜于施工开挖阶段的应用；施工开挖阶段的应用；n 模拟分析隧洞地温场，预测隧洞地模拟分析隧洞地温场，预测隧

27、洞地温及其变化；温及其变化；数值模拟分析数值模拟分析n 设计所需围岩物理力学指标原则上应设计所需围岩物理力学指标原则上应通过试验、原位测试取得，但在埋深很通过试验、原位测试取得，但在埋深很大的情况下，大量的试验与测试较为困大的情况下，大量的试验与测试较为困难，实际上能够得到的主要是浅层的试难，实际上能够得到的主要是浅层的试验测试成果。因此，比较经济可行的方验测试成果。因此，比较经济可行的方法是利用少量深层资料与浅层资料的相法是利用少量深层资料与浅层资料的相关分析、专家经验系统分析来确定隧洞关分析、专家经验系统分析来确定隧洞围岩物理力学指标。围岩物理力学指标。5施工方法的选择施工方法的选择n目前

28、隧洞开挖施工的方法很多目前隧洞开挖施工的方法很多,可以据可以据据地质条件、隧洞尺寸和其他因素选据地质条件、隧洞尺寸和其他因素选择合适的施工方法。选择常规钻爆法择合适的施工方法。选择常规钻爆法还是机械开挖还是机械开挖,主要取决于地质条件。主要取决于地质条件。n常规钻爆法最常用的是新奥地利隧洞常规钻爆法最常用的是新奥地利隧洞施工法施工法(简称新奥法简称新奥法),机械开挖最常用机械开挖最常用的是隧洞掘进机的是隧洞掘进机(TBM)施工方法。施工方法。新奥地利隧洞施工法新奥地利隧洞施工法n新奥地利隧洞施工法通过锚杆、喷混新奥地利隧洞施工法通过锚杆、喷混凝土和钢支撑尽可能充分利用围岩自凝土和钢支撑尽可能充

29、分利用围岩自身的承载能力。新奥法典型的施工过身的承载能力。新奥法典型的施工过程是程是:先在岩石中钻孔先在岩石中钻孔,然后在孔中装炸然后在孔中装炸药进行爆破药进行爆破;出渣后出渣后,先喷第一层混凝土先喷第一层混凝土,安装钢支撑安装钢支撑;然后喷第二层混凝土然后喷第二层混凝土,安装安装岩石锚杆岩石锚杆;最后施工永久衬砌。最后施工永久衬砌。钻爆法钻爆法n钻爆法可以适应各种各样的地质条件钻爆法可以适应各种各样的地质条件,施工费用也低施工费用也低,但开挖速度相对较慢。但开挖速度相对较慢。掘进机施工的优点是掘进机施工的优点是:提高了隧洞掘进提高了隧洞掘进速度速度(速度、岩石强度及洞径有关速度、岩石强度及洞

30、径有关),基基本不破坏隧洞周围的岩体本不破坏隧洞周围的岩体,开挖出的洞开挖出的洞壁较光滑且稳定壁较光滑且稳定,需要的支撑较少需要的支撑较少,减少减少了对地表面的影响，工作环境相对安了对地表面的影响，工作环境相对安全。全。掘进机施工方法掘进机施工方法n 掘进机施工方法的缺点是投资高掘进机施工方法的缺点是投资高,制造安制造安装周期长装周期长,对地质条件变化的适应性较差对地质条件变化的适应性较差,特特别是在坚硬和特别差的岩石中掘进速度较别是在坚硬和特别差的岩石中掘进速度较慢慢,消耗性部件更换的费用也比较昂贵。为消耗性部件更换的费用也比较昂贵。为了缩短施工工期了缩短施工工期,深埋长隧洞应尽可能使用深埋

31、长隧洞应尽可能使用掘进机开挖。但不幸的是掘进机开挖。但不幸的是,许多长隧洞由于许多长隧洞由于存在不利的地质条件不得不放弃掘进机存在不利的地质条件不得不放弃掘进机,转转而求助于钻爆技术。表而求助于钻爆技术。表3 列出了世界上长列出了世界上长隧洞的施工方法隧洞的施工方法,并简单计算了综合掘进速并简单计算了综合掘进速度。正如大家所认知的度。正如大家所认知的,掘进机的综合掘进掘进机的综合掘进速度是常规方法的速度是常规方法的24 倍。倍。表表3 世界已建和在建长隧洞的世界已建和在建长隧洞的施工方法施工方法隧洞名称隧洞名称 长度长度/m 施工方法施工方法 工期工期/年年 综合掘进速度综合掘进速度/(m/年

32、年)Gotthard base 57 072 掘进机掘进机 7*8，143 Seikan 53 850 钻爆法钻爆法 21 2，564 Eurotunnel 50 450 掘进机掘进机 7 7，207 Lotschberg 34 577 钻爆法钻爆法 8*4，322 Guadarrama 28 377 掘进机掘进机 5*5，676 Wate-ichinohe 25 810 钻爆法钻爆法 11 2，346 Laerdal 24 500 钻爆法钻爆法 5 4，900 注注：加加*的为预计施工期。的为预计施工期。新一代掘进机新一代掘进机n 新一代掘进机综合了目前掘进机法和新一代掘进机综合了目前掘进机

33、法和新奥法两者的优点新奥法两者的优点,既能快速安全地开既能快速安全地开挖挖,又可以适应不同的地质条件。这种又可以适应不同的地质条件。这种新掘进机在不利的地质条件下可以扩新掘进机在不利的地质条件下可以扩大开挖断面大开挖断面,随后由与之配套的辅助系随后由与之配套的辅助系统安装柔性分块衬砌。统安装柔性分块衬砌。柔性衬砌柔性衬砌n柔性衬砌可以像喷混凝土一样随围岩柔性衬砌可以像喷混凝土一样随围岩收缩收缩,可以适应从稳定到膨胀的各种围可以适应从稳定到膨胀的各种围岩条件。目前岩条件。目前,在西班牙在西班牙Guadarrama 隧洞中使用的双护盾掘进机采用了可隧洞中使用的双护盾掘进机采用了可伸缩刀盘伸缩刀盘,

34、可以超挖可以超挖150200 mm,而而且掘进机上还装备了可以打超前勘探且掘进机上还装备了可以打超前勘探孔及对不良地质条件进行灌浆处理的孔及对不良地质条件进行灌浆处理的钻、灌设备钻、灌设备,其实际效果如何其实际效果如何,不久就可不久就可见分晓。见分晓。6 结束语结束语n(1)深埋长隧洞面临越来越复杂的宽大深埋长隧洞面临越来越复杂的宽大断层破碎带、涌水、活动性断层、高断层破碎带、涌水、活动性断层、高地应力引起的岩爆、软岩围岩变形、地应力引起的岩爆、软岩围岩变形、岩溶、高地温、有害气体、放射性元岩溶、高地温、有害气体、放射性元素及膨胀岩等不良地质问题。对这些素及膨胀岩等不良地质问题。对这些问题的不

35、断深入勘察研究，无疑在工问题的不断深入勘察研究，无疑在工程上具有重要意义。程上具有重要意义。n(2)深埋长隧洞的地质工作应贯穿工程深埋长隧洞的地质工作应贯穿工程的始终，不同勘测设计阶段有着不同的始终，不同勘测设计阶段有着不同的工作内容，而对影响工程重要的地的工作内容，而对影响工程重要的地质问题进行多学科、多专业的专题勘质问题进行多学科、多专业的专题勘察试验研究是十分必要的。察试验研究是十分必要的。n(3)TBM对深埋长隧洞地质条件有很强对深埋长隧洞地质条件有很强的适应性。合理的选择机型和提高对的适应性。合理的选择机型和提高对不良地质条件的超前探测和处理的能不良地质条件的超前探测和处理的能力至关

36、重要。力至关重要。n(4)施工前地质预报值得推崇的地球物施工前地质预报值得推崇的地球物理方法是可控源音频大地电磁法理方法是可控源音频大地电磁法(CSAMT)。n 研究结果表明研究结果表明,可控源音频大地电磁测可控源音频大地电磁测深法在进行岩性分类、探测断层深部深法在进行岩性分类、探测断层深部发育情况、指导深部钻孔布置等方面发育情况、指导深部钻孔布置等方面发挥了较大作用发挥了较大作用.但可控源音频大地电但可控源音频大地电磁法仍存在一些技术难题磁法仍存在一些技术难题,比如近场效比如近场效应、各向异性、静态效应、分辨能力、应、各向异性、静态效应、分辨能力、探测深度等探测深度等。n(5)目前施工阶段地

37、质预报常见的地球物理目前施工阶段地质预报常见的地球物理方法可归为电磁波反射法、地震波反射法、方法可归为电磁波反射法、地震波反射法、红外辐射测温等红外辐射测温等.由于由于TSP方法方法 有诸多优有诸多优点点,所以它的出现解决了工程界对超前预所以它的出现解决了工程界对超前预报的诸多难题报的诸多难题,从而代表了当今世界隧道从而代表了当今世界隧道施工超前预报的最先进技术施工超前预报的最先进技术.n但实际工作中但实际工作中,由于隧道内供观测的空间位由于隧道内供观测的空间位置有限、干扰因素较多、研究的目标体复置有限、干扰因素较多、研究的目标体复杂、数据处理简单杂、数据处理简单,因而要准确和可靠性地因而要准

38、确和可靠性地达到预报的要求难度还较大达到预报的要求难度还较大.要想提高超前要想提高超前预报的精度预报的精度,必须对现有的超前预报方法进必须对现有的超前预报方法进行改进行改进,综合使用多种超前地质预报方法。综合使用多种超前地质预报方法。7.建议建议n1 结合我院的具体工程，研究制结合我院的具体工程，研究制定深埋长隧洞的科研计划。定深埋长隧洞的科研计划。2制定规划，逐步建立我院高精度制定规划，逐步建立我院高精度工程地质勘测和解释系统工程地质勘测和解释系统n目前我国对工程地质勘测资料的解释水平目前我国对工程地质勘测资料的解释水平还比较低还比较低,从大量的勘测资料中提取信息的从大量的勘测资料中提取信息

39、的手段还较为落后手段还较为落后,从而导致勘测资料的利用从而导致勘测资料的利用率低率低,勘测成本高勘测成本高,往往一个工程往往一个工程,我们完成我们完成的工作量可能是发达国家的若干倍。的工作量可能是发达国家的若干倍。n由于我们目前采用的勘测手段和解释由于我们目前采用的勘测手段和解释方法基本上是方法基本上是50-60 年代沿袭下来的年代沿袭下来的,时至今日时至今日,尽管某些仪器设备有了更新尽管某些仪器设备有了更新,但基本的工作方法并没有根本的变化但基本的工作方法并没有根本的变化,很难适应复杂地区大型工程勘测的需很难适应复杂地区大型工程勘测的需要要,与当前科学技术发展水平也很不相与当前科学技术发展水

40、平也很不相适应。适应。n因此因此,依托现代高新技术依托现代高新技术 开发新一代工开发新一代工程地质勘测和资料解释系统程地质勘测和资料解释系统,对解决复杂对解决复杂工程问题工程问题,提高勘测效率提高勘测效率,降低勘测成本降低勘测成本,优化工程设计优化工程设计,节约工程投资有非常重要节约工程投资有非常重要的现实意义。系统的基本构架包括以下的现实意义。系统的基本构架包括以下内容内容:n(1)高精度定量地质勘测、测试设备和分高精度定量地质勘测、测试设备和分析技术。析技术。n(2)三维地质数据库管理和分析、成图系三维地质数据库管理和分析、成图系统。统。n(3)灾害评价与预测的灾害评价与预测的3S 技术技术(地理信息地理信息系统系统(GIS)、全球定位系统、全球定位系统(GPS)和遥感和遥感技术技术(RS)。