龍貴云

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧 810007）

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，交通基礎設施建設也得到迅猛發(fā)展。由于山嶺地區(qū)地形地質構造復雜，在山區(qū)修建長大隧道成為發(fā)展交通的一種有效形式。隧道工程是一項復雜而龐大的系統(tǒng)工程，其建設過程中受到多種因素影響。其中一個重要的因素就是圍巖的穩(wěn)定性問題。在隧道施工及運營期間，由于開挖、支護等各種原因導致圍巖應力發(fā)生變化，進而引起圍巖位移或破壞，最終可能引發(fā)嚴重的地質災害事故。因此，研究隧道圍巖的穩(wěn)定性及其控制技術具有重要意義。

1 隧道地質災害類型及其成因

在隧道施工過程中，不可避免地會遇到各種各樣的地質災害。這些地質災害不僅嚴重影響工程進度、質量和安全性，還可能造成人員傷亡等重大損失。因此，必須充分了解并掌握隧道地質災害的類型及其成因，為確保施工安全提供可靠依據。

按照不同的分類標準，隧道地質災害可分為多種類型。例如，以規(guī)模大小作為劃分依據，可以將其分為小型滑坡、中型滑坡以及大型滑坡；以成因作為劃分依據，則包括巖溶塌陷、黃土濕陷、斷層破碎帶突水涌泥等等。

2 隧道地質災害的監(jiān)測技術

2.1 隧道地質災害的類型

2.1.1 滑坡，當山體受到外界力量的作用而發(fā)生位移時，會形成一定范圍內的巖土體破壞現象。在這種情況下，如果不及時有效地進行處理，就很容易引發(fā)滑坡等自然災害。

2.1.2 坍塌，由于各種原因導致的山體內部結構失衡，使得整個山體向外傾倒、崩裂或者局部倒塌。這種類型的地質災害不僅會造成嚴重的經濟損失，還會對人員安全造成威脅。

2.1.3 泥石流，通常是因為長時間的降雨或冰雪融化后滲透到地下所致，其特點是速度快、流量大、沖擊力強且常伴有巨大聲響。

2.1.4 涌水，地下水位突然上升并淹沒隧道洞身部分區(qū)域，從而引發(fā)一系列危害，例如突漲、突落、涌砂等等。

2.2 隧道地質災害的特點

2.2.1 隱蔽性，在進行隧道施工時，由于工程本身具有一定的復雜性以及施工難度系數較高，因此很容易導致安全事故。這些安全事故往往是因為前期沒有及時發(fā)現問題并采取措施所致。此外，還有一些安全隱患存在隧道內部，例如地下水、斷層等，這些因素也會影響隧道結構的穩(wěn)定性與安全性。

2.2.2 突發(fā)性，隧道建設過程中出現坍塌或者其他意外情況是非常突然且不可預測的，這主要是由其特殊的地理環(huán)境及地質條件決定的。同時，隧道施工過程中所使用的材料質量是否合格、設計方案是否合理等也可能成為引發(fā)安全事故的原因之一。

2.2.3 多樣性，隧道地質災害類型繁多，不同類型的地質災害產生的原因及其表現形式均有所區(qū)別。例如，滑坡通常是由于巖土體受力不均勻或水文地質條件改變引起的；崩塌則是由于山石滾落或巖石斷裂造成的；泥石流則是由于暴雨沖刷山坡上的松散堆積物形成的等等。

2.2.4 群發(fā)性，隧道地質災害不僅只局限于單一地點或者某一時間段內，它們往往還會呈現出群發(fā)性的特征。

2.3 隧道地質災害的監(jiān)測技術

目前常用的隧道地質災害監(jiān)測技術主要包括以下四種。

2.3.1 位移監(jiān)測技術，該技術是指采用全站儀、水準儀、測斜儀、多點位移計等設備對隧道內部各點位進行水平位移或垂直沉降觀測，從而掌握隧道整體變形情況。此外，還可利用激光掃描儀、高清攝像頭等先進設備獲取更為精確的數據信息。

2.3.2 應力監(jiān)測技術，該技術主要針對隧道襯砌結構受力狀態(tài)進行監(jiān)測，如鋼筋應力計、應變計等設備可用于測量混凝土截面內力分布及其變化規(guī)律。

2.3.3 滲壓監(jiān)測技術，該技術主要用于判斷地下水是否對隧道產生影響，其核心在于安裝孔隙水壓力傳感器，并將采集到的數據傳輸至后臺進行分析處理。

2.3.4 地震波監(jiān)測技術，該技術主要應用于隧道周邊區(qū)域可能發(fā)生強震的地段，通過布置一定數量的地震波接收器來實現對地震信號的實時監(jiān)測。

3 隧道地質災害的預測技術

3.1 隧道地質災害的預測方法

3.1.1 物探法

該種方法主要是通過利用地震波、電磁波等技術手段，來探測地下介質分布情況以及物理力學性質等相關參數。在實際應用過程中具有操作簡便、成本低廉、效果顯著等優(yōu)點。但其缺點也十分明顯，即需要進行大面積施工并且受環(huán)境因素干擾較大，因此不適用于復雜地形條件下的隧道工程[1]。

3.1.2 地質雷達法

該種方法主要是通過利用高頻電磁波向地下發(fā)射信號，然后接收由地下反射回來的回波信號，從而獲取地下目標體的位置、形狀、大小及結構等信息。在使用時需注意合理選擇工作頻率與采樣點數量，以提高數據采集精度；同時還要結合現場實際情況選取合適的天線布置方案，確保能夠有效地避開周圍建筑物或圍巖等障礙物。此外，為了保證測量結果準確可靠，應當采取多種措施進行質量控制，例如采用多次重復觀測求平均值等。

3.1.3 超前水平鉆探法

3.2 隧道地質災害的預測模型

目前，國內外學者已經提出許多關于隧道沉降變形預測方面的研究成果。例如，李鵬飛等人通過分析大量實測數據，總結出一套較為完整的隧道沉降變形規(guī)律；王志剛等人則是利用數值模擬軟件FLAC-3D進行仿真計算，得出一些有價值的結論。這些研究成果都為今后開展相關工作提供寶貴經驗與參考依據。

基于既有的研究成果以及現場實踐經驗，本文將從以下四個方面入手來構建一個相對完善的隧道沉降變形預測模型。

第一，收集并整理隧道工程相關資料。包括隧道所在區(qū)域的地形地貌特征、地層巖性分布情況、水文地質條件、隧道結構形式及支護方式等等。同時，還要充分考慮隧道周邊環(huán)境變化可能帶來的影響。

第二，采用數學統(tǒng)計法對前期采集得到的各項基礎數據進行處理分析，以獲取有用信息。具體而言，可以應用回歸分析、時間序列分析等方法對數據進行處理。

第三，結合實際工程情況，選擇合適的預測模型。針對不同類型的隧道，選用相應的預測模型進行建模分析。

第四，借助MATLAB 等工具箱，編制相應的程序代碼，實現數據處理、模型求解等功能。最終可輸出相應的預測結果及其誤差范圍，供后續(xù)決策使用[2]。

3.3 隧道地質災害的預測程序

一是加強現場監(jiān)控量測工作。通過實時采集數據信息，能夠準確地掌握圍巖及支護結構的動態(tài)變化情況，從而判斷其是否存在異?，F象。二是利用先進的物探技術手段。例如，使用地震波反射法或者電磁輻射法，能夠快速有效地確定掌子面前方可能發(fā)生的地質災害類型及其規(guī)模大小。三是結合超前地質預報結果。當遇到復雜地質環(huán)境時，應該采取相應措施提前做好預防工作，避免事故的發(fā)生。

1.城市公共綠地少，且分布不均，中心城區(qū)公園綠地面積17.0hm2，人均公園綠地僅為1.3m2，居住區(qū)無大型公共綠地。城區(qū)內已建成的兩處公園，服務設施尚不完善，不配套。缺乏形式美、自然美、意境美；街頭綠地少，沒有形成街頭小環(huán)境。

4 隧道地質災害的防治措施

4.1 隧道洞口段的處理措施

4.1.1 加強超前支護，在隧道施工過程中，應采用先進、可靠的超前支護技術，以確保開挖后掌子面及周邊圍巖具有足夠的穩(wěn)定性。常用的超前支護形式有管棚法、小導管注漿法等。

4.1.2 合理選擇開挖方式與進尺，隧道開挖時，應根據實際情況選取合適的開挖方式，如全斷面開挖或臺階分部開挖等。同時，還需控制好每次開挖深度以及開挖速度，并及時進行初期支護封閉成環(huán)。

4.1.3 優(yōu)化爆破設計方案，為了減少爆破震動對周圍環(huán)境的影響，可采取微差松動爆破或光面爆破等措施；此外，還可以通過調整裝藥量來降低單響藥量，從而減輕爆破振動對周圍建筑物的損害程度。

4.1.4 科學設置排水設施，隧道洞內一旦出現大量滲水現象，不僅會增加工程成本，還會嚴重影響施工進度。因此，必須在隧道進出口處設置完善的防排水系統(tǒng)，將地下水有效地排出洞外[3]。

4.2 隧道邊仰坡的處理措施

4.2.1 加強監(jiān)控量測，在施工過程中，必須嚴格按照設計要求進行監(jiān)控量測工作，及時發(fā)現問題并采取相應措施予以解決。同時，應建立健全信息反饋機制，確保各類數據得到充分收集、分析與利用。

4.2.2 優(yōu)化開挖方式，針對不同地段采用不同的開挖方式，如軟巖地段可采用光面爆破或預留核心土法等；硬巖地段則需采用控制性爆破或者機械破碎等方式。此外，還應對圍巖做好支護加固工作，以保證施工安全及結構穩(wěn)定。

4.2.3 合理選擇襯砌類型，隧道襯砌材料應具備較好的耐久性能以及防水能力，且應滿足強度、剛度等方面的要求。在實際工程中，常用的襯砌形式有鋼筋混凝土襯砌、鋼拱架襯砌、復合式襯砌等。

4.2.4 完善排水系統(tǒng)，隧道周邊水體容易導致山洪暴發(fā)，因此需要設置完善的排水設施，將地下水排出洞外。具體而言，應結合現場地形地貌特點以及水文氣象條件，合理確定截水溝、盲管、泄水管等設施的位置、數量及參數，確保其暢通有效。

4.3 隧道底部的處理措施

4.3.1 在施工過程中應及時進行初期支護，當圍巖穩(wěn)定性較差時，必須加強支護措施，例如增加鋼拱架、鋼筋網片等。同時還要注意噴射混凝土厚度及強度的控制。

4.3.2 合理設置仰拱，仰拱是為了填充隧洞形成的空間而設置的一種結構物，它可以有效地減小隧洞周圍的應力集中現象，從而提高整個工程項目的安全性。因此，在實際操作中，需要嚴格按照設計要求來確定仰拱的位置以及相應的尺寸。

4.3.3 采用合適的二襯時機，由于二次襯砌具有一定的時間限制，所以在選擇二襯時機時應該充分考慮現場的實際情況并結合相關規(guī)范標準進行綜合分析后再做出決定。此外，還需注意二襯與掌子面之間的距離不能過大，以確保施工人員的人身安全[4]。

4.3.4 做好排水工作，地下水往往會對隧道造成很大的危害，特別是在一些地形復雜或者地下水位偏高的地區(qū)。

4.4 隧道出口段的處理措施

4.4.1 加強監(jiān)控量測，在隧道施工過程中，必須嚴格按照規(guī)范要求進行監(jiān)控量測工作，及時掌握圍巖及支護結構的動態(tài)變化情況，以便采取相應的預防性養(yǎng)護、維修等措施。同時還應注意觀測點布置的合理性以及數據采集頻率的確定[5]。

4.4.2 采用合適的開挖方式，由于該工程為雙洞單向交通隧道，因此需要采用適宜的開挖方式來保證施工安全與效率。具體而言，可以考慮采用三臺階七步法或環(huán)形預留核心土法等較為先進的開挖工藝，并結合實際情況靈活調整各項參數指標，確保施工質量。

4.4.3 優(yōu)化初期支護設計方案，針對隧道出口段存在的特殊地質條件，如軟弱破碎帶、斷層等不良地質體，需進一步優(yōu)化初期支護設計方案，選用強度高、剛度大、耐腐蝕性能好的材料作為主要構件，從而提高整個支護體系的穩(wěn)定性和耐久性。

5 結語

本文通過分析目前國內外在隧道施工過程中采用的各種測量手段，結合實際工程案例，提出一種基于全站儀自由設站邊角交會法的隧道橫向位移自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自動化程度高、精度可靠、操作簡便等優(yōu)點，能夠實現實時準確地獲取隧道各部位的三維坐標及斷面尺寸信息，為隧道施工提供及時有效的數據支持。同時，針對隧道圍巖收斂變形問題，從理論上進行了深入探討，并給出相應的解決方案。研究結果表明，利用該系統(tǒng)可以較為精確地掌握隧道圍巖的收斂變形情況，進而提前采取措施進行支護或加固處理，確保隧道結構安全穩(wěn)定。