隧道工程地质学范文

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关键词：岩体工程地质力学岩体结构地质模型

Abstract: The advent of engineering geomechanics of rock mass, not only promote the development of engineering geology, but also improve the ability to solve practical engineering problems. In the process of its development, new research topics have been brought forward. Along with the solutions to these problems, some important theories, methods and techniques will be formed and perfected gradually.

Keywords: rock mechanics; engineering geology; geological model of rock mass structure;

中图分类号：P55文献标识码：A文章编号：

世界上, 最早的工程地质学的精典著作, 一是太沙基教授著的《工程地质学》( 1929) ; 二是萨瓦连斯基教授著的《工程地质学》( 1937) 。这两部书问世之后, 对推动各国的工程地质学的发展起了很大的作用。在此之后, 各国也相继发表了很多版本的《工程地质学》, 虽然在内容方面有新发展, 但其学术思想还是属于太沙基教授和萨瓦连斯基教授的学术思想范畴, 他们多注重地壳表层的地质作用及其所产生的各种工程地质现象, 并对土质方面的工程地质问题, 进行了比较深入地研究。由于当时的铁路工程、隧道工程、水坝工程的规模较小, 基本上满足了工程建设的需要。

我国著名的工程地质学家谷德振教授著的《岩体工程地质力学基础》( 1979) 具有新的学术思想, 是从地质历史的发展过程—建造与构造, 并运用地质力学的观点, 研究了岩体的工程地质特性及力学的成因问题, 具有工程地质学方面的新的理论特色, 对解决大型岩体工程建设问题起了很大的作用。对完善各国的工程地质学的理论体系, 具有重大的意义。

岩石力学做为一门新兴学科是在50 年代逐步形成的。第一本《岩石力学》( J. 塔洛布尔著) 直到1957 年才出版。当时的岩石力学的占有支配地位的理论是材料力学、即把材料力学中的连续介质力学理论引用到岩石力学之中, 这是岩石力学初期发展的特点。到了70 年代, 人们对岩体有了新的认识, 开始建立了“岩体”与“岩块”的两个不同的概念。岩体是具有裂隙的, 岩体力学性质是与裂隙性质密切相关。所以, 裂隙岩体力学特性成为岩体力学研究的中心课题, 从而使岩体力学有了新的发展。其代表作是1974 年米勒教授( L.Muller) 主编的《岩石力学》文集。

岩体力学的发展具有十分重要的意义, 为岩体力学的新突破提出了理论基础。对于岩体中看起来杂乱无章的裂隙, 称之为结构面的分布与组合, 是有规律可循的。这就为岩体力学规律性的研究奠定了基础。

孙广忠教授著《岩体力学基础》( 1983)和《岩体结构力学》( 1988 年) 的书中明确提出了“岩体结构控制论”做为岩体力学的基础理论, 书中比较全面地的论述了: ①岩体的地质特征—岩体力学的地质基础;②岩体结构的力学效应—岩体力学的基本规律;③岩体力学分析原理及方法。《岩体结构力学》可称为当今阶段的岩体力学发展的代表作。从生产实践观点来看, “岩体工程地质力学”与“岩体结构力学”的研究对象是相同的, 即边坡、地基、地下隧道与硐室等工程岩体稳定问题; 它们的服务目标也是一致的, 即为工程设计与施工服务。这两门学科既有不可分割的紧密联系, 又各有侧重, 分别进行深入细致的研究工作。两者的关系见图

根据图1 可见: 以工程设计为服务目标来讲, 岩体工程地质力学研究与岩体结构力学研究是一个整体。

岩体工程地质力学研究主要有三个内容:

( 1) 岩体结构形成的物质基础

岩体结构特性的好与坏与地质建造的形成环境、形成时代、成岩作用和演变过程有着内在的有机联系, 所以弄清组成各种建造的岩石组合特征和岩石的工程地质性质, 并依此进行岩层的工程地质分组。每类岩组均有自身的岩体结构的规律性。

( 2) 岩体结构的地质力学分析

在认识岩体结构特性的过程中, 既要重视地质建造, 也更要重视建造的改造和再改造。岩体结构特性与褶皱断裂有着密切的关系, 为了弄清岩体结构类型与及其规律性, 必须应用地质力学理论与方法, 研究构造变形场形成的时间性, 空间性和力学性, 并探索褶皱断裂形成的力学机制和构造型式及其构造应力场的特征等等。

( 3) 地质模型

根据工程地质岩组的特性和岩体结构的类型, 并结合岩体工程的性质、形状、尺寸及所处的地质背景位置, 以岩体结构控制论的观点对上述各种要素进行综合分析, 最后抽象为地质模型, 依此来判断工程岩体变形破坏形式。

岩体结构力学研究,主要有两大内容:

( 1) 将地质模型转化为力学模型地质模型

不仅是岩体工程地质力学的主要研究内容, 同时又是岩体结构力学的主要研究内容。前者侧重于研究地质模型的成因和类型, 而后者是侧重于研究地质模型的力学效应。即依赖于岩体结构及其力学效应, 将地质模型转化为力学模型。

( 2) 将力学模型转化为数学语言

岩体工程地质力学研究, 以目前的研究水平来讲, 多属于定性研究, 虽然也可以作为工程设计的依据, 但尚不够充分。所以, 必须经过地质模型, 转化为力学模型, 再将力学模型中与岩体变形破坏机制有关的各种要素, 从定性的转化为定量的, 并用数学语言表达出来, 才能进行岩体稳定性的力学分析。

岩体稳定性的力学分析成果, 从某种意义上讲, 是岩体工程地质力学与岩体结构力学的共同的最终成果, 是工程设计最充分的依据。但一项最佳的工程设计, 除应用最终成果之外, 还应对其他的研究内容: 工程地质岩组, 岩体结构, 地质模型和力学模型等的含义有充分了解、消化、吸收, 才能使工程设计达到最佳的目标。

孙广忠教授著《岩体结构力学》一书, 不仅是发展了岩体工程地质力学, 也发展了岩体力学, 它具有我国岩体力学的理论特点。作者将这一理论特点概括为以下五条:

( 1) 岩体力学是研究环境应力改变时的岩体再变形和再破坏的科学。

( 2) 岩体结构控制岩体变形、破坏及其力学性质。岩体结构控制作用远远大于岩石材料的作用。

( 3) “岩体结构控制论”是岩体力学基础理论, “岩体结构力学效应”是岩体力学的力学基础, 岩体结构分析方法是岩体力学研究的基本方法。

( 4) 岩体赋存于一定的地质环境中, 岩体赋存环境条件可改变岩体结构力学效应和岩石力学性能。

( 5) 在岩体结构, 岩石及环境应力条件控制下, 岩体具有多种力学介质和力学模型, 岩体力学是由多种力学介质和多种力学模型构成的力学体系。

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（①昆明理工大学建筑工程学院，昆明 650500；②中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，昆明 650051）

摘要： 随着地下空间的不断开发利用，涌现出很多关于地下工程的相关研究。通过分析地下水的布局以及与岩土体的相互作用，来分析地下水渗流-应力耦合的效应影响。

关键词 ： 地下水；地下空间利用；岩土体；效应

中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0077-02

作者简介：王帅（1984-），男，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为岩土工程。

0 引言

随着我国城市化建设的不断发展，基础工程建设的规模和工程难度越来越大，伴随的工程事故时有发生。研究表明，在地下施工过程中，存在地下水渗流场和地应力场耦合作用问题，主要表现在岩土的变形引起岩土渗透性能的改变，导致流体孔隙压力发生改变；流体孔隙压力的改变使得岩土体的应力状态发生变化，同时岩土体的物理力学性质发生改变。大量的地下工程研究和实践表明，在地下岩土体开挖中进行流-固耦合分析是十分必要的。

1 地下工程地下水及与岩土体的相互作用

地下水的存在方式主要有两种，一种为吸附水或称约束水；另一种为重力水。而重力水与岩土体的作用是工程实践中考虑的重中之重。

1.1 对岩土体的力学作用 ①岩土体接触面上静水压力分布。在多孔介质中，渗流对某一接触面上的静水压力，服从流体的静水压力分布，即任一点上的静水压力p为：p=rwh。式中，rw为水的容重；h为计算点的水头。②骨架间渗流作用力。颗粒表面上的力一般可概括为两部分：一是垂直颗粒周界面的水压力；二是与颗粒表面相切的内摩擦角即切力。这两个力的合力fo称为渗流作用力。该力作用在每个颗粒骨架上的大小和方向不同，如果考虑体积为V的土体，则可将其中各颗粒骨架所受的力fo求和后再除以体积V，即可得到单位土体中颗粒骨架所受的渗流作用力：

1.2 地下水对岩土体力学性质的影响 地下水对岩土体强度的影响主要有3个方面：①地下水通过物理的、化学的作用改变岩土体的结构，从而改变岩土体的内聚力C和内摩擦角φ值；②地下水通过空隙静水压力作用，影响岩土体中的有效应力从而降低岩土体的强度；③地下水通过空隙动水压力作用，对岩土体施加一个推力，即在岩土体中产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度。

2 渗流——应力耦合分析基本理论

2.1 渗流场主要方程

2.1.1 平衡方程 根据渗流场中微元体的平衡可推得空隙流体的静力平衡方程即：

3 实例分析

3.1 工程简介 某市地铁5号线和平西桥站~北土城东路站区间隧道在设计里程范围内下穿小月河及樱花西桥。小月河自西向东横穿樱花西桥，河床两侧为浆砌片石挡墙，河床底部为素混凝土基础；隧道走向与小月河的一致，地层从上之下一次为：填土、粉质粘土、粘土夹粉细砂等。由于小月河对地层水的补给作用，此段地层含水饱和，水位埋深为3.2~4.8m。

3.2 桥基响应数值模拟分析

3.2.1 计算模型 为了计算建模方便，计算模型中未考虑降水井模型，而是采用等效的方法来模拟降水效果。

3.2.2 分析结果 ①水位下降10m时，可降至隧道底部，达到设计要求，此时地表最大沉降为21.37mm，桥基最大沉降为19.56mm，地层和桥基的变形基本一致，桥基之间的差异沉降不到2mm，相对控制标准而言，累计沉降?燮40mm，差异沉降?燮10mm，降水期间桥基没有安全隐患。②计算分析表明，在该地层中，每降水位1m，引起的地表和桥基的沉降值约为2mm，实际降水深度变化时，可以根据此进行重新估算，降水所引起的差异沉降很小，可以忽略不计。③通过与实际的监控测量数据比较，分析表明数值模拟方法及模型的建立是合理的，所取得的分析成果为施工决策提供了重要的参考依据和指导。

4 结论

通过实例的验证，我们可以知道，地下水的渗透对隧道施工的重要性。对于地下工程有待于我们继续研究，特别是地下工程的时空效应，地下工程群洞效应的研究，地下工程的耐久性等。只有这样不断的研究才能形成更系统的理论知识，更好地服务于实践。

参考文献：

[1]吴波.城市地下工程技术研究与实践，2008：118-120，131-133.

[2]黄家祥，张晓春.城市地铁工程的地下水问题分析[J].岩土工程界，2007，11（1）.

[3]纪佑军，等.考虑流-固耦合的隧道开挖数值模拟[J].岩土力学，2011，32（4）.

[4]鲁志鹏.考虑地墙渗漏影响的地铁基坑安全性状研究[J].地下空间与工程学报，2010，6（2）.

[5]王国权，等，城市地下空间开发对地下水环境影响的初步研究[J].工程地质学报，1999，7（1）.

[6]杨宇文，等，非饱和土的流固耦合理论及在隧道工程中的应用[J].中国科技论文在线.

[7]梁冰，等.低渗透地下环境中水-岩作用的渗流模型研究[J].岩石力学与工程学报，2004，23（5）.

[8]介玉新，等.城市建设对地面沉降影响的原因分析[J].岩土工程技术，2007，21（2）.

[9]庄乾城，等.地铁建设对城市地下水环境影响的探讨[J].水文地质工程地质，2003（4）.

[10]毛邦燕，等.地铁建设中地下水与环境岩土体相互作用研究[J].人民长江，2009，40（16）.

[11]文全斌.地铁施工中关于地下水治理问题的分析[J].Foreign Investment In China，2009（4）.

[12]王建宇.对我国隧道工程中2个问题的思考[J].铁道建筑技术，2001（4）.

[13]张向霞.考虑渗流应力耦合的地基变形分析[J].科学技术与工程，2009，9（12）.

[14]朱洪来，等.流固耦合问题的描述方法及分类简化准则[J].工程力学，2007，24（10）.

[15]刘云贺，等.流体-固体瞬态动力耦合有限元分析研究[J].水利学报，2002（2）.

[16]刘庭金，等.水位下降对地铁盾构隧道的影响分析[J].现代隧道技术，2008.

[17]张琳.隧道与地下水环境相互影响计算[J].TRANSPORT STANDARDIZATIONG.1 HALF OF MAY，2009（196）.

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关键词：地质预报 地质雷达 隧道施工

1 引 言

本文结合王城高速太安岭隧道超前地质预报研究项目，对大断面公路隧道工程信息化施工技术的应用性进行分析和研究。经过大量实践与事实，得出结论：超前地质预报能够为重大隧道工程起到指导性作用。

2 主要超前地质预报方法

2.1 超前地质预报方法的确定

目前国内外常用的超前地质预报方法主要有：地面地质调查法、物探法等。不同的地质预报方法与技术都存在各自的优点和缺点。

地面地质调查法基于地表与地下地质构造的相关性，对隧道地表的不良地质情况进行大致宏观的分析和预报，它的优点是预报距离长、适应性广、成本低廉，缺点是难以保证准确度和精确度。

物探法是目前隧道地质超前预报较为先进的方法，主要有声波测井法、声波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地质雷达和Tgp最为常用。本文主要分析物探法在隧道超前地质预报中的应用和意义

2.2地质雷达技术原理

地质雷达（GPR）方法是一种用于探测地下介质分布的广谱（1MHz—1GHz）电磁技术。地质雷达用一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。通过对接收的反射波进行分析就可推断地下地质情况。

根据波动理论，电磁波的波动方程为：

P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr （1）

（1）式中第二个指数-βr是一个与时间无关的项，它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小，β为吸收系数。式中第一个指数幂中αr表示电磁波传播时的相位项，α为相位系数，与电磁波传播速度V的关系为：

V = ω/α （2）

当电磁波的频率极高时，上式可简略为：

V = c/ε （3）

式中c为电磁波在真空中的传播速度；ε为介质的相对介电常数。

地质雷达所使用的是高频电磁波，因此地质雷达在地下介质中的传播速度主要由介质中的相对介电常数确定。

电磁波向地下介质传播过程中，遇到不同的波阻抗界面时将产生反射波和透射波。反射和透射遵循反射与透射定律。反射波能量大小取决于反射系数R，反射系数的数学表达式为：

R =[（ε1）1/2 -（ε2）1/2/（ε1）1/2 +（ε2）1/2] （4）

式中ε1和ε2分别表示反射界面两侧的相对介电常数。

由（4）式可知：预报过程中的反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质的相对介电常数的差异。差异越大反射系数越大，探测出的异常越明显。

对于不同深度、不同岩性的探测目的层与目的物，在应用地质雷达检测时，需选择相应频率的天线和适当的仪器参数。要探测到较深的地质情况，就必须选用相对较低频率的天线，本次检测选用了100MHz天线。

地质工程师判读法

地质工程师根据区域地质知识和经验，综合分析判断，对掌子面前方的地质情况进行预测，并对地质预报仪及地质雷达探测出的地质现象做出合理的解释。

3 超前地质预报技术的实际应用

太安岭隧道于繁峙县与浑源县交界处的太安岭上，是王庄堡至繁峙高速公路项目的重要组成部分。该项目的超前地质预报采用了地面地质预报和地质雷达相结合的方式，本章主要介绍地质雷达在预报中的应用。

3.1地质雷达

相对于物探法中的其他几种方法，地质雷达有方便快捷、准确性高等优点，它属于短期(短距离)超前地质预报的一种，任务是依据工作面的特征,通过观测、鉴别和分析,并结合长期超前预报成果，推断工作面前方20～30m范围内可能出现的地层、岩性情况，推断掌子面实见的各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况；对掌子面涌水量的观测，结合岩性、构造特征，推断工作面前方20～30m范围内可能的地下水涌出情况；并在上述推断的基础上，预测工作面前方20～30m范围内的隧道围岩类别，提出准确的超前支护建议，并对施工支护提出初步建议。目标是为隧道施工提供较为准确的掌子面前方近距离内的具体地质状况和围岩类别情况。

3.2预报结果分析

开挖对比后，实际情况与预报结论基本一致，准确度较高。

选取几期地质预报结果与实际结果比较如下表所示：

太安岭超前地质预报结果（部分）与实际结果比较表

实践表明，预报准确度较高，产状与实际情况相比有些许偏差；但总体基本准确。

4 结论

超前地质预报中的地质雷达方法对于隧道围岩可以做到准确预报，在保证准确度的情况下同时可以做到及时性和方便性。太安岭隧道超前地质预报就体现了物探法（地质雷达）在隧道信息化施工中的应用问题。但是，应明白的是每一种预报方法都有自己的优缺点和适用范围，对于某些重要的底下工程，应当做到长期超前预报和短期超前预报相结合、多种预报方法相互使用与辅助的原则，才可以取得准确的预报结果。

参考文献（References）：

[1]丁恩保.隧道工程地质预报方法讨论[ J].工程地质学报，1995,3（1）：28～34

[2]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[ M].北京：中国铁道出版社.2011,2

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【关键词】软弱围岩；监控量测；支护设计；数值分析

0 前言

我国正处于隧道建设的时期，在隧道建设上每年都投入大量的人力、物力和财力[1]，以适应社会主义市场经济发展的要求。长期以来，隧道围岩稳定性评价和隧道开挖后应力重分布特征研究是工程地质学者研究的重要课题[2]，对于地质构造发育的山区公路隧道而言，区域地质条件、地质构造则是与其围岩稳定性所在有着直接关系的重要工程地质问题。比如区域性断裂破碎带地区，断裂带区域内的隧道围岩意味着围岩中各类结构面较为发育、围岩结构松散、岩体破碎、裂隙水发育等因素导致围岩基本处于体强度较低的碎裂状态。实践证明，破碎带区域围岩稳定性问题是十分重要的问题，它直接影响隧道工程的进度，关系着工程的成败。某隧道施工中，由于地层破碎，围岩稳定性差，出现塌方现象，迫使施工中断，转而又投入巨大的人力、物力来处理塌方事故，严重地影响了隧道施工的正常掘进，既延误工期又造成巨大的经济损失。

1 研究内容及采用方法

通过应用ANSYS有限元数值模拟计算，量测仪器的数据反馈；得出围岩与支护结构产生的应力与ANSYS软件理论计算[3]数据进行对比分析，对软弱围岩隧道的施工进行技术指导。

2 软弱围岩支护结构设计计算方法的基本原理

2.1 普氏计算原理

普氏理论算得的软质围岩松动压力[4]，一般在松散、破碎围岩中较为适用。普氏理论认为，所有的岩体都不同程度被节理、裂隙所切割，因此可视为散颗粒。但岩体又不同于一般的散颗粒，其结构面上存在着不同程度的黏结力。基于这种认识，普氏提出了岩体的“坚固性系数”f（又称侧摩擦系数）的理念。各计算数据见表1。

为确定围岩的松动压力，普氏进一步提出了基于“自然拱”概念的计算理论[5]。认为在具有一定黏结力的松散介质中开挖后，其围岩上方会形成一个抛物线形的自然拱，作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。而自然拱的形状和尺寸（即它的高度hk和跨度bt）与岩体的坚固性系数f有关。具体表达式为：

2.2 ANSYS有限元计算与现场量测分析数据

2.2.1 荷载计算与数据分析图

2.2.2 对比分析

某隧道地|条件之复杂实属罕见，工程特点可以概括为：深埋、偏压、富水、高地应力，软岩、顺层、山高谷深、地质复杂、施工风险多、科技含量大及建设标准高。通过应用ANSYS有限元软件数值计算和现场监控量测对比分析，理论分析与实际监控量测数据基本相符，具体分析如下。

如图3所示的10个钢筋计从埋设钢筋计到一个月后测试数据，分析可得出应力在开始的一段时间内都呈递增的趋势，且应力都为负值，即为压应力。说明在初期支护完成后，初期支护各个部位都是受压的，压力逐渐增加。但是这一阶段又随钢筋计的埋设位置不同，变化时间上有较大差异。持续时间最短的为983#，约3天，压力增加也较小，为46.5MPa；持续时间较长的为988#，从9月26日埋设钢筋计到10月6日均为压力递增过程，压力增量达到57.3MPa。在10月5日到6日曲线均有较大的突变，主要是受仰拱开挖和仰拱施工影响。该段时间内的各个钢筋计均为压应力减小，其中983#、971#钢筋计甚至显示出现了拉应力。由于受压部位各不相同，变化的量也有很大差异，其中982#钢筋计的压应力变化最大，压应力减小量达到84.8MPa；990#钢筋计的压应力相应变化较小，其变化量为18.5MPa。仰拱浇筑完成后，钢筋计压应力的变化趋势均为重新开始缓慢增大。其中018#、982#、990#的压应力的增大过程均比较缓慢，持续时间很长；而983#、974#、988#、971#的压应力增大和减小的过程较短，曲线变化较明显，持续时间短。014#（拱顶）和994#分别数日后因超过钢筋计测程而失效，994#和981#钢筋计最后的读数分别为150.7MPa和45.4MPa，均未达到钢筋计的量程。10月15日以后的测试读数渐趋稳定，表明在仰拱浇筑后围岩变化趋于稳定。

3 结论

软弱围岩的应力重分布和变形是一个比较长的过程，其稳定需要时间较长，而且在隧道断面的各个位置，围岩的受力状态和变化过程均相差较大。通过现场监控量测量化了极限位移分级标准，确定控制标准，逐步完善软岩隧道变形控制技术。根据试验实测数据反演接触压力，通过对围岩大变形机理和变形特点的研究，现场施工中根据围岩变化情况，及时调整循环进尺、支护参数、预留变形量；提出了在炭质页岩富水地层采用“合理变形、刚柔并济、多重支护”；在炭质页岩贫水地层采用“合理变形、刚柔并济”的控制软弱围岩大变形的设计理念。

【参考文献】

[1]尤晓伟，张青喜.公路工程[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2008：1-10.

[2]关宝树.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]李围.隧道及地下工程ANSYS实例分析[M].北京：中国水利水电出版社，2008：285-306.

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【关键词】公路工程 地质影响 对策

一、概述

众所周知，工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。研究工程地质的目的是为了查明各类工程建筑场区的地质条件，对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价，分析、预测在工程建筑作用下，地质条件可能出现的变化和作用，选择最优场地，并提出解决不良地质问题的工程措施，为保证工程的合理设计、顺利施工及正常使用提供可靠的科学依据。无论是公路工程、桥梁工程、铁路工程还是地下工程、隧道工程、水利工程，在建设初期都要重点考虑地质问题，比如常见的崩塌、滑坡、泥石流、地基塌陷等。如果把地质问题处理的妥当，不仅可以提高公路测设质量、减少道路病害，而且可以有效的避免事故的发生。相反，如果地质问题处理得不好，不仅会增加工程费用、延长工期，而且会增加公路病害，甚至会造成不必要的人员伤亡。因此，我们应该以严谨的态度对待工程地质学这门学科，掌握常见的地质问题和处理方法。

二、崩塌产生的原因及防治措施

崩塌是山区公路常见的一种病害现象。来势迅猛，常可摧毁路基和桥梁，堵塞隧道洞口，击毁行车，对公路交通造成直接危害。有时因崩塌堆积物堵塞河道，引起壅水或产生局部冲刷，导致路基水毁。由于各种岩石的形成和工程性质不同，有可能发生压碎、拉断、剪断等地质灾害。人类不合理的工程活动，如公路路堑开挖过深、边坡过陡，也常引起边坡发生崩塌。由于开挖路基，改变了斜坡外形，使斜坡变陡，软弱构造面暴露，使部分中国西部委员会官方网站育中心滑坡主要在于认为了避免滑坡灾害。被切割的岩体失去支撑，结果引起崩塌。此外，如坡顶弃方荷载过大或不妥当的爆破工程，也常促使斜坡发生崩塌现象。因此，在设计和施工中，避免使用不合理的高、陡边坡，避免大挖大切，以维持山体的平衡。在岩体松散或构造破碎地段，不宜使用大爆破施工，以免由于工程技术上的错误而引起崩塌。现在，我国主要采取的预防措施有遮挡、拦截、支挡、护墙、护坡、排水等，随着科技的进步，相信会研究出更加科学、合理和经济的方法。

三、滑坡产生的原因及防治措施

在公路工程地质问题中，滑坡是一种常见的地质灾害，它常常会掩埋村庄、摧毁厂矿、破坏铁路和公路交通、堵塞江河、损坏农田和森林等，从而给人民的生命财产和国家的经济建设造成严重损失。滑坡常发生在雨季或春季冰雪融化时。滑动的地方主要是山谷坡地、海洋、湖泊、水库、渠道和河流的岸坡及露天采矿场所。

滑坡，是指斜坡上的岩体或土体因种种原因在重力作用下沿一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象或过程。滑坡灾害的主要诱因，主要包括建筑场地开挖、采矿、公路施工、自然山体开裂、降雨、雪融、地震等。产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。例如中国西南地区，特别是西南丘陵山区，最基本的地形地貌特征就是山体众多，山势陡峻，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑坡灾害相当频繁。降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上击水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。地震对滑坡的影响很大。究其原因，首先是地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，加上地下水也有较大变化，特别是地下水位的突然升高或降低对斜坡稳定是很不利的。另外，一次强烈地震的发生往往伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜坡土石体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡。为了避免滑坡灾害，对滑坡进行防治时一般应对症下药，综合治理。常用的滑坡防治方法有：排截水工程、卸荷减载工程、坡面防护工程、支挡工程。

四、泥石流产生的原因及防治措施

泥石流也是山区的主要地质灾害，泥石流多分布在断裂或褶皱发育、新构造运动强烈，地震频率高、烈度强，岩体风化破碎，植被不良、水土流失严重的山区。在干旱多年的暴雨季节，或高山冰川与积雪强烈消融时期最易发生。它是一股泥石洪流，瞬间爆发，是山区最严重的自然灾害。现在，泥石流防治主要有以下几种措施：①封山育林，以保护汇水区和可能形成泥石流的地带；②调节地表径流，沿坡修建导流堤；③设置截挡建筑物，如堤、坝等，也可设置排洪道等。

五、岩溶产生的原因及防治措施

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关键词：敖包梁隧道；风险评估；安全施工

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）08-0113-03

1 敖包梁隧道概况

1.1 工程概况

隧道位于鄂尔多斯市，达拉特旗与东胜区交界处，隧道穿越鄂尔多斯中部矿区。隧道进口里程为DK161+845，出口里程为改DK175+923，隧道全长14078m，为双线隧道；隧道最大埋深约为138.629m。

隧道进口至DK162+835.679段位于R=5000m的左偏曲线上，DK170+796.417～改DK172+795.318段位于R=4500m的右偏曲线上，其余段落位于直线上，最大线间距为4.30m。隧道内纵坡为单面坡，进口至170+050段为3‰的上坡，DK170+050至出口为10.9‰的上坡。

隧道洞身两处下穿秦昭王长城，五处下穿109国道，两处下穿德敖公路及多处民房。除在改DK174+970下穿109国道处埋深为49.4m，其余地段最小埋深为74.7m。

隧道共设计斜井5座，斜井布置见表1。

1.2 地层岩性

隧道区地层从新至老为第四系全新统（Q4ml）素填土，坡积层（Q4dl）块石土，冲洪积层（Q4al+pl）中砂，第四系上更新统风积层（Q3eol）新黄土，第三系上新统（N2）粉质黏土、砾岩；侏罗系下统（J1）砂岩、泥岩、砾岩及煤层；三叠系中统（T2）砂岩、泥岩；进口右侧沉积第四系全新统粉质黏土（Q4al+pll）。隧道多处穿越煤层及采空区。

1.3 地层构造

隧道位于华北地台鄂尔多斯台向斜东北部，自上古生代以来未受到大的挤压构造运动以及岩浆活动和变质作用的影响，地壳运动主要表现为升降运动，褶皱构造轻微，为一自北东向南西缓倾斜的单斜构造，倾角一般为1～3°，局部可达5°，未发现紧密褶皱，但宽缓的波状起伏较为发育，波高一般小于20m，波长在500m以上，构造复杂程度属简单类型。

1.4 水文地质特征

敖包梁隧道区地表水受降雨影响，地下水发育。地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H2，长度为2970m；地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1，长度为6953m。

2 隧道风险评估原则

2.1 评估对象及目标的确定

敖包梁隧道风险评估主要评估在隧道施工过程中的安全、环境、投资及工期风险，并侧重于安全风险。

不同的目标风险会造成相同或不同的后果过，对应关系见表2：

表2 后果或损失与评估目标关系表

2.2 评估方法

本次风险评估的方法主要包括核对表法、头脑风暴法和专家调查法。

2.3 风险评估基本程序

识别初始风险，形成风险清单表。

评价导致初始风险因素发生的概率和后果等级，并最终确定初始风险的等级。

按照风险评价结果及接受准则，制定相应的工程措施及方案。

评估残留风险等级。

3 敖包梁隧道风险评估内容

3.1 风险清单表

隧道地层为砂、泥岩相间分布，产状平缓，成岩程度差，隧道开挖后围岩有变形的可能；在岩性分界处，易发生掉块、坍塌及冒顶。隧道在DK168+740～DK170+060、DK171+650～改DK172+570、改DK172+850～改DK173+420、改DK174+150～改DK175+923段穿越侏罗系含煤地层，煤层质软性脆，较易破碎，矿尘较大，煤尘具有爆炸性；煤易自燃，施工中应加强防范措施。。

经评估，本隧道中的主要典型风险事件类型为塌方、洞口失稳、瓦斯风险，通过分析对整座隧道的风险进行说明，见表3。

表3 敖包梁隧道风险清单表

注：G-地质因素。

3.2 风险分级及接受标准

参照《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》，风险等级标准及接受准则分别见表4、表5。

表4 风险等级标准

表5 风险接受准则

3.3 初始风险等级评定

由于施工阶段最主要目标就是保证施工的顺利和安全，因此本次评估的主要目标是安全风险事故。通过详细分析后，经评估，本隧道中的主要典型风险事件类型为塌方风险，初始风险等级评定统计见表6：

表6 敖包梁隧道初始风险等级表

3.4 风险处理措施

根据初始风险的评估结果，采取了相应的降低工程风险的措施：（1）加强超前地质预报工作；（2）强化监控量测工作；（3）在隧道洞口边仰坡存在滑坍失稳风险处，采取清除危石头，加强变样破防护，降低爆破扰动，合理统筹安排施工季节、避开雨季及严寒季节等措施来降低工程风险；（4）在洞身坍塌风险处，加强超前支护、加强隧道初期支护结构并建立完善的监测系统保证施工的安全；（5）瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃风险处理措施。主要包括：施工前编制专项施工组织设计；施工过程中加强通风；瓦斯浓度的监测；放炮前后在开挖面附近20m内必须喷雾洒水；及时施做隧道初期支护和衬砌，避免煤层长期暴露；设置消防设施；（6）做好地下水分析及化验，防止环境侵蚀风险。本隧道地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1或H2。施工时应逐段核对地下水侵蚀性，并按照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》采取应对措施；（7）确保岗前安全操作、施工风险管理培训，杜绝责任事故。

4 风险评估结果

对敖包梁隧道存在初始风险的因素在采取了合理的工程措施后，事件风险等级为“高度”的，能够降低为“中度”和“低度”。因此，所采取的降低工程风险的工程措施是合理的，并达到了预期目的，保证了隧道敖包梁隧道施工的安全。

5 结语

风险评估作为隧道施工的重要组成部分，对于指导隧道的安全施工具有十分重要的意义。由于风险评估在我国起步较晚，在这方面的知识和经验还相对比较匮乏。因此在今后的隧道工程项目建设活动中，还需加大这方面的投入，不断积累经验，使风险评估这项技术能够达到一个成熟的地步，降低工程事故发生的概率，进而达到保证国家和人民生命财产的安全的目的。

本文主要对敖包梁隧道风险评估的全部流程进行了详细介绍，能够为今后其它隧道的风险评估起到良好的借鉴作用。

参考文献

[1] 铁路隧道设计规范[S].铁道第二勘察设计院，

2005.

[2] 中国中铁二院工程集团.铁路隧道风险评估与管理

暂行规定[S].北京：中国铁道出版社，2008.

[3] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.敖包梁隧道风

险评估报告[R].2013.

[4] 路美丽，刘维宁，罗富荣，李兴高.隧道与地下

工程风险评估方法研究进展[J].工程地质学报，

2007，（4）：464-468.

[5] 武赞.关于铁路隧道风险评估方法的探讨[J].铁

路工程造价管理，2007，22（6）：8-11.

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关键词：地质环境问题；地铁隧道；福州

1引言

福州地铁目前规划了7条路线，贯穿整个福州盆地，个别线路（如6、7号线）延伸至长乐滨海一带，线路总长度为179.79km。其中地铁1号线已完成了勘察、施工工作，地铁2号线正在进行勘察工作，其他3～7号线目前处于规划阶段。福州地铁规划区内低丘、残丘广泛分布，内河众多，闽江和乌龙江穿城而过。多条地铁规划路线需跨越丘体或江河，地貌类型复杂，地层变化快，加之地铁隧道工程的特殊性，福州地铁规划建设过程中的地质环境问题不可避免，对其进行分析研究尤为必要。

2地质环境特征

2.1地形地貌特征

福州地铁规划区主要涉及福州盆地和长乐东部滨海平原两个区域。福州盆地是一山间断陷盆地，盆地四周山岭环抱，城区在盆心，盆地边缘为山地和丘陵，海拔高程均在500m以上，盆地内部是冲积海积平原，高程约3～5m，平原上分布着诸多岛状花岗岩残丘如高盖山、乌山、于山、屏山等，闽江、乌龙江穿越盆地中心；长乐东部滨海平原高程约2～5m，地形平坦开阔，其西部以中低山、丘陵为主，海拔高程约177～611m。

区内地貌类型主要包括山地地貌（构造侵蚀中低山、低山）、丘陵地貌（侵蚀高丘、侵蚀低丘、剥蚀残丘）、堆积平原地貌（冲积平原、冲洪积平原、冲海积平原、风积平原）以及河谷地貌。福州地铁7条路线主要穿越冲积、冲海积平原，局部穿越低丘、残丘地貌。

2.2地层发育与岩土体特征

福州地铁规划区第四系地层厚度约50～70m，主要发育全新统长乐组、东山组及晚更新统龙海组，第四系底部局部发育残积层。第四系地层下部主要发育南园组（J3n）火山岩，燕山晚期（γ53）花岗岩侵入其中，构成了规划区整个基岩底座。其上覆盖厚度的第四系沉积物。福州地铁规划区地层特征见表1。

区内岩土体总体上呈现以下发育规律：地表表层主要以人工填土、粘性土（硬壳层）或河道冲积砂土为主（长乐东部沿海局部地区地表表层发育风积砂土），第四系上部土体以砂土、淤泥及其混合物为主，中下部主要发育砂砾卵石及薄层粉质粘土，底部为残积土和基岩风化物。各层岩土体的基本特征如下。

（1）人工填土在区内地表广泛分布，厚度一般为0.5～3m，局部较厚可达6～7m，工程地质性能较差，承载力约60～80kPa；地表表层粘性土（俗称“硬壳层”）厚度一般为2～5m，承载力约130～160kPa。

（2）第四系上部土体主要发育厚度为20～30m的全新世长乐组冲积（Qh2-3cal）、冲海积（Qh2-3cal-m）砂土、淤泥类软土，或砂与淤泥的混合土体（局部夹薄层粉质粘土），埋深5～25m，其中砂土承载力120～160kPa，淤泥类软土承载力45～65kPa。

（3）第四系中下部土体一般为晚更新世龙海组冲洪积（Qp3lapl）、冲积（Qp3lal）地层（极个别处发育全新统东山组冲积、冲海积粘性土及砂土，厚度1～3m），岩性主要以含泥中细砂、砂砾卵石为主，局部发育冲海积（Qp3lal-m）粉质粘土或淤泥质土。该层砂土一般埋深于25m之下，厚度变化于15～25m之间，承载力为180～250kPa；砾卵石层顶面埋深一般在27～35m之间，厚度变化于2.5～17m，承载力为400～500kPa。

（4）第四系底部局部发育残积粘性土（Qpel），其下为基岩风化带。区内残积土发育厚度一般为1～8m，局部缺失，岩性以含砂粘性土为主，承载力为200～330kPa。基岩风化带包括全风化、强风化、中风化和微风化基岩，其中全-强风化基岩顶面埋深一般在55～65m之间，岩性以灰白色、灰黄色、青灰色粉质粘土或砂质粘土，局部含角砾，承载力为200～500kPa；中风化基岩顶面埋深一般变化于60～70m，岩心呈碎裂状或短柱状，工程地质性能较好，承载力为700～1200kPa；微风化基岩顶面埋深一般大于70m，岩性较完整，裂隙不发育，承载力一般在1500kPa以上。

2.3软土的基本特征

福州地区软土发育广泛，共发育三层[1]。第一层软土为全新世长乐组上部的淤泥，为河口海湾相沉积，厚2.2～21.2m，顶板埋深1.5～22m，呈深灰色，饱和，流塑，高压缩性，天然含水量50%～60%左右，剪切波速为100～200m/s，承载力约45～50kPa；第二层软土为全新世长乐组中下部的淤泥或淤泥夹砂，层厚4.5～14m，顶面埋深15～35m，呈深灰色，饱和，流塑或软塑，中-高压缩性，天然含水量约42%～47%，剪切波速为160～220m/s，承载力约45～65kPa；第三层软土为晚更新世龙海组上部的淤泥质土层，层厚2～20m，顶面埋深25～37mm，呈深灰色，饱和，软塑，中-高压缩性，天然含水量约38%～43%，剪切波速一般在200～250m/s范围，承载力约50～70kPa。

2.4地下水特征

福州地铁规划场区主要位于平原区，场区内地下水类型主要以第四系松散层孔隙潜水和承压水为主，少量涉及风化残积孔隙裂隙水和基岩裂隙水（图1[2]）。

2.4.1第四系松散层孔隙水

按照埋藏条件的不同，区内第四系松散层孔隙水分为潜水和承压水。潜水含水层一般为在闽江、乌龙江沿岸一带的沙洲或长乐滨海的浅部砂层，与地表水力联系大，水位较浅，一般为0.5～1.2m之间，含水量丰富，单孔涌水量可达1885.19m3/d，渗透系数为25.01m/d；承压水分为上下两层，上层承压水赋存于第四系上部发育的全新世长乐组河流相冲积砂层，最大单孔涌水量可达1778m3/d，渗透系数为9.48～19.09m/d；下层承压水赋存于第四系中下部发育的晚更新世龙海组泥质砂砾卵石和泥质中细砂中，水量丰富，最大单孔涌水量1427m3/d，水位埋深2.07～4.87m，渗透系数2.44～5.68m/s[3]。

2.4.2风化残积层孔隙裂隙水

该类含水层主要分布在低山、丘陵、残丘山麓边缘，主要由残积粘性土层和基岩风化物组成，厚度从几米至几十米不等，地下水主要活动于残积层、全风化层的孔隙及中风化层的裂隙之中。该类地下水水质较好，水量受季节性影响变化大，单孔出水量一般为10～100m3/d。

2.4.3基岩裂隙水

基岩裂隙水主要赋存于区内的四周群山中，或隐伏在平原区第四系松散层之下，主要赋存在断裂破碎带、脉岩带及其与花岗岩接触带中，多呈条带状分布，水质较好，富水性大小主要取决于断裂或脉岩破碎程度及汇水条件，单孔出水量一般小于100m3/d，局部100～500m3/d之间。

3主要地质环境问题分析

3.1隧道、基坑突涌

福州地区水位埋深浅（1～4m），地铁隧道一般埋深于地表以下15～21m的深度范围，越江段埋深为20～26m，隧道结构体处于地下水位以下。区内富水含水层主要分布于沿江、沿海一带的砂层及砂砾卵石层中，大部分路段的地铁隧道需穿越该层。由于富水含水层中地下水的水量较大，水头压力大，含水层渗透性强，隧道施工、基坑施工过程中的地下水突涌问题无可避免。局部路段（尤其是越江段）进行盾构施工时易发生突水事故，导致地下水与隧道贯通，对地铁施工造成危险，施工时需采取相应的隔水措施；当采用明挖法进行基坑开挖时，在一定水头压力下易产生流砂、管涌、流土等现象，造成基坑壁倒塌或围岩失稳，需及时采取降水、排水措施。

另外，福州地铁1、3号线在穿越闽江河道砂性土层到达闽江南岸时即遇上花岗岩岩体（图2），该处岩体裂隙发育，在两种地层交界处易同砂层中的地下水发生水利联系，从而发生透水、突水事故。由于地下水的存在，在两种地层交界处改变施工方法、更换施工器械也存在较大困难。

3.2地下热水

福州地热田区北起思儿亭、南到象园、西自五四路、五一路、东至六一路，长约5km，宽约2km，呈北北西向条带展布。福州多条地铁规划路线经过地热田区。福州地热田主要发育两种性质不同的热储层：一为花岗岩类岩石构造裂隙脉状承压热水，二为第四系孔隙层状承压热水。基岩裂隙脉状承压热水主要富水带沿断裂构造带分布，储存深度一般在70m以下，上部覆盖有40～65m厚度的第四系地层，孔口最高水温97.5℃，孔底最高水温108℃，深部热储温度可达130～155℃；第四系孔隙层状热水含水层由泥质砂砾卵石组成，热储层厚度为10～25m，埋深一般在15m以下，该层地热水温度一般可达45～65℃[4]。

福州多条地铁规划路线经过地热田区，尤其是地铁2、4号线（五四路-六一路段）横跨地热田长度达300～600m，地铁隧道隧道埋深一般为15～20m左右，地热田区的地铁隧道主要穿越部分第四系孔隙热储含水层（图3），基本不涉及基岩裂隙热储层[5]。因此，第四系孔隙层状承压热水可能对地铁施工建设产生一定影响，建议施工时采取隔热保护措施。

3.3软土地基的沉降变形

福州地铁沿线工程场地广泛分布第四系海相沉积的淤泥、淤泥质土等软土，且厚度一般达15～40m。该类土体具有天然含水量大、压缩性高、强度低、灵敏度高和透水性低等特点，流变时效明显，在恒载下将产生较大差异沉降和工后沉降，如不作处理，工程地基的次固结和流变沉降将持续十几年或数十年，最终导致地基失稳与土体结构强度破坏[6]。大面积的厚层软土给福州地铁工程带来的风险包括[7]：

（1）软土蠕变及长期强度变化可能导致地铁结构长期处于沉降状态，最终使管片之间裂隙加大，发生漏水、渗水，甚至造成灾害性事故。

（2）车站基坑开挖时，使基坑支护、周围建（构）筑物及地下管线的加固费用增加，同时施工风险也随之增大。

（3）软土分布和厚度不均容易使地铁构造物（隧道衬砌、车站结构、联络通道等）在软硬地层过渡段产生差异沉降，导致结构损坏。

3.4砂土液化与软土震陷

福州地区饱和砂土液化区的分布，明显受闽江、乌龙江及长乐沿海平原一带等河流相冲洪积层和盆地内海相沉积砂层的控制。地铁路线所经过的沿江两岸一带及沿海一带20m深度范围内广泛存在着饱和砂性土，这些地区的饱和砂土一般均存在不同程度的液化性，液化程度一般为轻微-中等等级，局部为严重液化区或不液化区。其中，1～5号线饱和砂土普遍比长乐沿海一带分布的6、7号线的液化程度要低（表2）。一般来讲，本工程场地中液化程度在中等以上的区域主要分布在长乐沿海地区，福州盆地内除个别地区（如乌龙江、城门三江口一带）为严重液化外，其他地区一般为轻微等级，甚至无液化趋势。

福州地区软土剪切波速基本上均大于90m/s，特别是第二、三层软土基本不存在震陷可能。但对于城市新区等地新近沉积的较纯的淤泥，当天然含水量平均值达到65%～70%时，等效剪切波速平均值为80～90m/s左右，此时宜考虑震陷的可能性[8]，如福州地铁2号线的上街镇沙堤站附近地表河流发育，该处上层软土的剪切波速值仅81m/s左右，存在局部震陷的可能。

3.5残积土与风化孤石

福州盆地基底以燕山晚期花岗岩为主，花岗岩残积土分布十分广泛。该类土层兼具粘性土和砂土的性质，在天然状态下工程性能较好，但遇水受扰动后易软化崩解，力学性质显著降低，基坑开挖过程中易造成涌土、涌水现象，施工期间需对该层进行降水措施，保证该层在干燥条件下施工。

在残积土及花岗岩风化层中常有孤石及球状风化核的存在，直径从几十厘米到几米不等。因其岩质坚硬，岩质风化核与周边土体性质差异明显，且其分布特征无规律可循。若遇上较大孤石，可能需进行爆破或搅碎处理，不仅延误工期，而且对桩基和地下连续墙等工程的施工，尤其是盾构隧道施工会造成极大困难。

3.6地层软硬突变

福州地区地质条件复杂，地层发育较多且变化快，地铁隧道在穿越岩土体时经常遇到地层软硬突变的问题，例如从淤泥类软弱土层突变为硬度较大的花岗岩风化层。地层软硬的连续性变化可能产生盾构中心线偏移、盾构上抛、盾构卡壳、刀具磨损严重等一系列问题。另外，由于地层软硬突变而频繁更换盾构器械，给地铁施工带来诸多不便。

4结语

福州地铁规划场区地形地貌变化大，地质环境条件复杂，地铁规划建设过程中遇到的主要地质环境问题主要有：区内沿江、沿海一带的饱和砂土、砂砾卵石等含水层富水性大、透水性强，水头压力大，隧道开挖和基坑开挖过程中易产生突涌问题。福州地铁个别路线局部段需穿越福州地热田第四系孔隙热储含水层，该层地下热水对地铁施工建设可能产生一定影响，建议采取隔热保护措施。区内广泛发育的厚层软土在恒载下易产生较大差异沉降，导致地基失稳与土体结构破坏、强度降低，最终造成地铁结构长期处于沉降状态发生管片开裂现象，从而引起漏水、渗水事故。地铁规划沿线一带20m深度范围内饱和砂性土的液化程度一般为轻微-中等等级，局部为严重液化区或不液化区，中等液化以上的区域主要分布在长乐沿海地区，福州盆地内一般为轻微液化或不液化；区软土剪切波速基本上均大于90m/s，基本不存在震陷可能，但对于城市新区等地新近沉积的较纯的淤泥，宜考虑局部震陷的可能性。区内花岗岩残积土分布广泛，遇水受扰动后易软化崩解，基坑开挖过程中易造成涌土、涌水现象，施工时需采取降水措施；花岗岩残积土风化层中常有孤石等球状风化残核的存在，较大孤石对地铁施工易造成较大困难。区内地层多变，地层软硬突变问题频现，易产生盾构中心线偏移、盾构上抛、盾构卡壳、刀具磨损严重等一系列问题，增加施工难度。

除此之外，区内还存在明浜和暗浜、地下建筑桩基障碍物、城市内涝、人工填土等不利因素，这些因素的存在也给福州地铁规划、建设与施工带来了不利影响，施工过程中应予以重视。

参考文献：

[1] 朱金芳.福州市活断层探测与地震危险性评价[M].北京：科学出版社，2005.

[2] 福建省水文工程地质队.1∶20万区域水文地质普查报告（福安幅、三沙幅、福州幅、浮鹰岛幅）[R].福州：福建省水文工程地质队，1977.

[3] 福建省第二水文地质工程地质队.福州盆地水文地质勘探报告[R].福州：福建省第二水文地质工程地质队，1985.

[4] 福建省第二水文地质工程地质队.福州地热田特征研究报[R].福州：福建省第二水文地质工程地质队，1985.

[5] 中铁第四勘察设计院.福州市轨道交通建设及网络规划环境影响报告书[R].武汉：中铁第四勘察设计院，2007.

[6] 简文彬.福州轨道交通建设中的岩土工程问题[J].工程地质学报，2010，18（5）：751.

篇8

具备坚实的基础理论知识和实践技能，以及外语交流能力和专业协作能力强的高级工程技术人才。

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关键词：隧道与地下工程；教学改革；创新思维；双语教学

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中图分类号：TU28；G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909(2012)04-0070-04

隧道与地下工程是土木工程学科地下工程方向重要的专业课程之一，旨在培养学生具备坚实的地下工程建设基础理论知识和实践技能、外语交流能力和专业协作能力强、有一定创新研究能力和素质的高级工程技术人才。该课程要在先行课土力学、结构力学、工程地质学和岩石力学等专业课程修完后才能开设，一般安排在第七学期进行。而此时学生由于面临考研、找工作等种种压力，往往听课的积极性不高，学习效果较差。改变传统的教学方式、加强理论与实践的联系、调动学生的主观能动性、提高教学质量和效率成为教学改革的方向［1］。笔者采用多种现代化教学方法和教学手段相结合，充分激发学生的学习兴趣，提高他们学习的主动性和积极性，注重培养他们的创新思维和在专业领域的外语交流能力，从而培养具有一定创新研究能力和素质的工程技术人才。

一、充分调动学生学习的积极性和主动性

能否充分调动学生学习的积极性和主动性，对教学效果有着重要影响。学生在课程学习前，往往对课程的主要内容、发展前景、与工作就业的关系等不甚了解，如果一开始就进入各章节知识的学习，容易使学习产生盲目性。大学四年级学生将大部分精力放在找工作或考研上，容易忽视专业课程的学习。在授课之前应充分介绍学科的内容与发展前景，以及学好该课程对毕业后从事相关工作的重要意义，使学生认识到该课程的学习与自己未来职业发展密切相关，从而提高学生的学习热情。如在为学生介绍隧道与地下工程的发展前景时，笔者引用了王梦恕院士［2］的一席话作为开篇：“21世纪是隧道与地下工程大发展的年代——21世纪人类面临人口、粮食、资源、环境的四大挑战。中国城市化速度2010年达到45%，如果听任城市无限制地蔓延扩张，将会严重危害中国土地资源。综观当今世界，有识之士已把地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施。可以预测21世纪末，世界将有1/3的人口工作、生活在地下空间。地下空间的开发、城市地铁的快速修建已经摆在每个城市面前。”然后以城市地铁建设为例指出土木建筑人才在地下工程方向将大有可为。在学生充分了解学科广阔的发展前景后，列举一系列工程灾害与工程事故实例图片，使学生了解地下工程所面临的不确定性和风险，以增强他们作为未来工程师的责任感和使命感，充分调动他们学习的积极性和主动性，以严谨的态度对待专业知识的学习。

二、采用双语教学，培养学生在专业领域的对外交流能力

高校应注重培养学生在专业领域查阅外文科技文献的能力，以及与国外同行沟通的能力。尽管学生经过多年的英语学习，英语听、说、读、写都达到了一定水平，然而在专业英语阅读和应用方面却十分欠缺。很多学生能熟练使用英语交流和写作，却读不懂专业英语文献，更无法与来校访问或讲学的国外学者沟通。因此，在专业课程教学中采用双语教学，使学生接触和熟悉常用的专业外语词汇，培养他们在专业领域的对外交流能力就显得尤为必要。

在教学过程中，学生往往在短时间内很难记忆大量的专业词汇，因此不应急于采用英语教学，而应在多媒体教学课件中尽量采用中英两种语言，并将生僻的专业英语词汇突出显示。在讲解过程中，教师可以交替使用汉语和英语，并根据学生的反应，及时进行中英双语转换。这样，学生通过看、听、思考，较快地熟悉和掌握专业英语词汇。在参考书的选择上，除中文教学课本外，还需为学生提供英文原版教材供学生阅读。经过一段时间的适应后，可以逐渐增加课堂上英语授课的比例。经过一个学期的中英双语课程学习后，学生能掌握大部分常用的专业词汇，大大提高了他们在专业领域的外语交流能力。

三、采用多种现代化教学方法和教学手段，使教学内容生动、直观

单一的专业课程教学方式容易使学生觉得课程内容枯燥乏味，使学生缺乏学习的兴趣和主观能动性。采用现代化的教学手段、多种教学模式相结合的教学方法，可以增强学生的学习兴趣，激发学生的创新思维，大大提高教学效果。

（一）课件制作生动直观，实现网络平台互动式教学

课件的制作是教学的重要环节，课件质量的高低将直接影响学生对课程内容理解和接受程度。隧道与地下工程课程与实践结合较紧密，课件也应当尽可能做到理论与实际相结合。在讲解过程中尽可能多地为学生展示相关的图片、照片，以及施工过程和场景，使学生更好地理解教学内容并留下深刻印象。但是仅凭每次课程两个学时的时间，学生很难将课堂内容完全消化和理解，因此该课程搭建了基于Blackboard网络教学平台的数字化网络教学环境。学生通过访问课程主页，可以下载教学课件、观看施工录像、习题自测等，同时还可以通过网络平台与教师交流，极大地方便了学生的学习。

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[关键词]卓越工程师教育培养计划 岩土工程测试技术 教学改革 创新能力 实践能力

引言

“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署，贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》实施的高等教育重大计划，2010年6月教育部启动了“卓越计划”[1]。2011年10月，重庆交通大学入选教育部第二批卓越工程师教育培养计划，为适应人才培养从传统的教育模式向“卓越计划”培养模式的转变，重庆交通大学土木工程专业中实践性较强的课程均在积极探索全新的教育改革模式。

“岩土工程测试技术”主要介绍了边坡、软土地基、桩基、城市地铁区间隧道盾构、基坑、地下隧洞矿山巷道等岩土工程现场监测和检测技术以及无损检测与声发射技术。该课程的主要目的和任务是：通过对本课程的学习，掌握岩土工程测试的基本理论和方法、常用测试仪器工作原理、不同岩土工程的测试项目、测试方法、数据采集和整理等。该课程是土木工程（岩土工程方向）理论与实践结合的至关重要课程，也是培养学生工程实践能力、锻炼学生综合能力和执行“卓越计划”的最佳课程之一。

本文以重庆交通大学岩土工程专业课程 “岩土工程测试技术”为例，进行了适应“卓越计划”人才培养的教学改革探讨。首先，分析现有“岩土工程测试技术”课程教学现状和存在问题；其次，探讨该教学模式与“卓越计划”要求之间的差距；第三，针对现阶段教学模式的问题进行改革，探索一套与“卓越计划”人才培养相适应的教学模式。

一、教学模式现状及存在问题

在土木工程（岩土工程方向）课程设置体系中，“岩土工程测试技术”课程具有毋庸置疑的重要地位，是从基本理论过渡到工程实际的重要桥梁。本校开设了“岩土工程测试技术”课程和“岩土工程测试技术”实验课程。

传统教学模式主要包括多媒体教学、工程现场教学、换位教学法、以施工图为中心的教学法及情境教学法等，这些教学措施悉数被应用于普通本科及高职院校的“岩土工程测试技术”课程教学[2]。多媒体教学在播放岩土工程勘察测试技术动画、视频与现场录像或现场参观等方面起到了至关重要的作用，加深了学生对测试技术的感性认识，激发了学生一定的创造欲和兴趣。但是由于课时的限制、课程内容安排以及教学条件的限制，不能运用多元化的教学手段，最终还是落入以教师为主体，满堂灌、注入式的教学方法和多媒体配合板书的教学手段，取得的教学效果也相应不如人意。

因此，针对以上传统教学模式和理念，结合课程内容未能体现前沿科技、重理论轻实践、实验项目与课程不符、考核方式死板等问题，对“岩土工程测试技术”这门实践性、综合性较强的课程而言，不能满足其教学目标和要求。

（一）课程内容未能体现前沿科技

本校采用任建喜主编、武汉理工大学出版社出版的《岩土工程测试技术》为主要教材，内容共分9章，介绍了岩土工程测试技术中常用的传感器的原理和使用方法后，重点介绍岩土工程现场监测和检测技术，包括边坡工程、软土地基和路基、桩基工程、城市地铁区间隧道、基坑工程、隧道工程和地下洞室等，以及地下工程无损检测技术和声发射技术等内容。

现行使用教材为第1版，书中难免有逻辑和编写上的错误；现行课程教学虽然在前期教学中有所积累和改进，但很大程度上都是传统课程内容的沿袭。现有教学内容体系虽然在知识的系统性和完整性上尚可，但对知识的进一步拓展、新材料、新技术、新工艺等方面知识点和前沿科技尚有待完善。

新技术历来都是岩土工程领域发展水平的一个重要标志，也是岩土工程建设的重要支撑。随着近年来岩土工程技术取得了突飞猛进的发展，很多新型测试装备、创新性的技术被应用到岩土工程监测与检测工程中，如岩土体的室内测试技术、CT技术、离心模拟技术、遥感影像技术、多功能触探装置、多功能钻机以及各种新型智能化岩土工程测试仪器和技术等[3， 4]。

（二）重理论轻实践

本校为“岩土工程测试技术”安排56学时的理论教学和16学时的实验教学，一共4学分，教学内容和课时安排较合理。但是，一方面，由于教学主要以教师为主体，强调教材作用，很难将工程实践内容贯穿于课堂教学始终[5]；另一方面，施工单位鉴于安全和工期方面的压力，不愿接收大量学生到工程现场参观学习课堂；第三，教学中的实践环节主要靠任课教师根据所参与的工程科技服务项目及经验积累，在课堂教学之外未曾安排施工现场观摩学习。因此，以上种种条件的制约，学生看到的只是某一阶段的状态，很难看到全过程，这就直接导致课堂理论教学和工程实践之间脱节现象。学生的工程实践能力、动手能力以及协同创新能力无法得到充分锻炼。

（三） 实验项目与课程不符

本校为“岩土工程测试技术”安排的16学时的实验教学，对应的实验教学大纲如表1所示。鉴于实验场地和实验设备的不足，实验项目存在拼凑的嫌疑。一方面，实验教学内容一共有8个，其中5个演示实验，学生的动手能力和实践能力得不到发挥和体现；另一方面；“岩土工程测试技术”课程安排内容主要涉及前4个实验项目，其他4个实验项目没有涉及；第三，实验项目存在和其他课程重复的现场，如材料疲劳强度测试实验应该是力学实验、岩石三轴实验为岩石力学实验、土体三轴实验为土力学实验等。

表1：“岩土工程测试技术”实验教学内容

（四） 考核方式死板

科学、合理的考核方式既是对学生知识掌握情况的检验也是教师教学质量的体现，因此具有重要意义[2]。不同的考核方式，对学生的学习方式及知识的掌握有很大关系。

本课程教学大纲规定课程考核方式主要采取笔试形式，兼顾学生实验成绩和平时考勤成绩，即课程成绩=平时成绩×10%+实验成绩×20%+期末成绩×70%。试卷题目类型主要包括填空题、简答题与论述题。对于这种题型较单一和死板的卷面考核，学生主要还是根据考试范围死记硬背，印象不深刻，而最后落入应试教育，埋没了学生的个性和兴趣。因此，对于“岩土工程测试技术”这种实践性很强的课程而言，无法考核学生的实践能力、创新能力和解决实际问题的综合能力。

二、与“卓越计划”要求的差距

现行教学模式主要以教师为主、强调学生对基础知识的理解与掌握，对实践能力的培养尚有欠缺，对创新能力、团队协作能力与综合解决问题能力的培养基本为零。因此，为满足卓越土木工程师培养需求，在“岩土工程测试技术”教学改革方面应具有符合“卓越计划”要求的全新模式。

三、课程教学模式改革

（一） 完善教学目标与任务

针对“卓越计划”的三大培养特点，在“岩土工程测试技术”教学过程中应更加侧重工程实践能力、创新能力的培养。通过教学内容的调整、教学模式的改革、考核机制的完善，掌握岩土工程测试的基本理论和方法、常用测试仪器工作原理和使用方法，达到岩土工程行业对检测员的基本要求。

本课程以新教学大纲安排的教学内容为主线，重视基础理论和应用技术的掌握，嵌入对应的岩土工程监测工程实例、室内演示实验和综合实验、工程监测布置的实地观摩，培养学生的动手能力、团队合作能力、交流能力、创新能力等。

（二） 课程教学内容调整

根据“卓越计划”的目标与任务，结合“卓越计划”的三个培养特点，对现行的教学内容进行调整及优化。

优化教学内容。存在以下三方面优化项目：教学内容缺少常规以及新型检测仪器的使用和原理介绍，监测方法比较陈旧，某些工程实例针对性不强等问题；扩充教学内容，增加滑坡工程的监测内容，第三章边坡工程监测合并；近年来，随着国内外岩土工程测试技术的发展，更经济合理的新监测方法出现，机械化、信息化和智能化程度更高的新测试仪器设备研发，因此，教学课程中应加入新型监测方法和仪器的使用方法介绍。

调整教学重点。重点讲解边坡与滑坡工程、软土地基和路基、桩基工程、隧道工程、基坑工程等现场监测和检测技术，其中监测仪器的使用和监测方案的制定（监测项目、监测布置、监测方法）是重点。

精简教授内容。首先，如果前期相关课程如岩石力学、土力学、工程测量涉及的内容只做简要提及，并不详细介绍。其次，将和隧道工程有关的两章合成一章内容，避免重复讲述。

增加岩土工程测试技术方案制定。结合全院教师参与的各种岩土工程监测项目，让学生以实际工程为背景，根据所学基础知识和工程实例制作岩土工程检测技术方案，这不但培养了学生工程实践能力、创新能力，还培养了学生的组织能力。

（三） 教学实验内容调整

以“卓越计划”要求的各种“能力”培养为主线，完成教学实验内容调整。新实验教学内容保留了原实验教学大纲的四个项目，将另外四个项目替换为：常用传感器原理、使用与标定、桩基工程低应变动测法实验、隧道周边位移收敛量测和隧道围岩内部位移量测，具体见表2所示。由于本校的岩土工程侧重于隧道与地下工程，因此实验教学内容有较多项目涉及。调整后的新教学实验大纲，侧重于学生的实践能力、团队合作能力的培养，鼓励创新性项目的开展。

表2：“岩土工程测试技术”新实验教学内容

（四）考核方式调整与完善

考评是引导师生的指挥棒，大多数学生和教师总是在现行的评价体系引导下寻求“佳绩”[2]。以考核学生各项综合能力为目的，重点考评学生对书本知识的掌握以及应用、分析和解决实际问题的能力。“岩土工程测试技术”课程考评改革包括以下四方面内容。第一，基础理论卷面考核。保留通过闭卷考试形式进行基础知识掌握情况考核的传统方式。考试题型增加单选题、判断题、多项选择题以及案例分析题，结合原有的填空题、简答题与论述题，一共有七道大题，实现了题型的多样化。题目的设计注意不要落入死记硬背的套路，着重考核的是学生对基本理论的理解和运用，注意平时积累，参与课堂讨论与案例分析之中，达到综合分析能力和实践技能的提高。第二，增加“岩土工程测试技术”课程设计，考核学生的综合分析能力、实践能力、创新能力和团队协作能力。根据本学院教师参与项目，变换各种设计参数、环境条件和目的要求，设计具有实际背景的岩土工程监测项目，鼓励学生充分发挥个人优势和团队协作能力，设计出具有创新性的方案。第三，实验成绩。依照实验大纲安排的实验教学内容，根据学生实验报告考察学生的动手能力、实践能力和实验结果分析处理能力综合评定成绩。第四，平时成绩。根据学生的考勤、课堂上的积极性和主动性以及急性思维的活跃度计分。根据以上四部分所占本课程的比重，考评计分采用以下算法：课程成绩=平时成绩×10%+实验成绩×25%+课程设计成绩×15%+期末成绩×50%。

四、结语

根据“卓越计划”的目的和任务，结合“卓越计划”的三个培养特点，针对现行课程教学中存在未能体现前沿科技、重理论轻实践、实验项目与课程不符、考核方式死板等问题，对“岩土工程测试技术”课程开展以下四方面的教学改革：完善教学目标与任务；课程教学内容调整、教学实验内容调整、考核方式调整与完善等。

此项教改以培养学生综合分析能力、实践能力、创新能力与团队协作能力为目标，培养出复合型、高素质、满足“卓越计划”要求的优秀工程型人才。

[参考文献]

[1]中华人民共和国教育部.教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].2011，1，18.

[2]朱劲松.面向卓越工程师培养的桥梁施工课程教学改革与实践[J].高等建筑教育，2012，21（3）：71-75.

[3]伍法权.我国岩土与工程研究的现状与展望――第三届全国岩土与工程大会学术总结[J].工程地质学报，2009，17（4）：463-468.

[4]包承纲.岩土工程试验研究中的若干新进展[J].岩土力学，2011，32（增2）：1-9.

[5]董倩，刘东燕，黄林青.卓越土木工程师实践教学体系构建[J].高等建筑教育，2012，21（4）：74-77.