川藏鐵路二郎山隧道巖爆與大變形：預(yù)測、評估與應(yīng)對策略一、引言1.1研究背景與意義川藏鐵路作為連接四川與西藏的重要交通干線，是國家“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，對于促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)、鞏固國防安全具有不可估量的戰(zhàn)略意義。二郎山隧道作為川藏鐵路的關(guān)鍵控制性工程，其建設(shè)難度堪稱世界級。二郎山地區(qū)地勢險峻，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，穿越了多條區(qū)域性斷裂帶，存在高地應(yīng)力、巖性多樣等問題，使得隧道在施工過程中面臨著諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中巖爆和大變形問題尤為突出。巖爆是指在高地應(yīng)力條件下，隧道開挖過程中，圍巖因開挖卸荷發(fā)生脆性破壞，儲存于巖體中的彈性應(yīng)變能突然釋放，從而產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲等現(xiàn)象的一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。一旦發(fā)生巖爆，巖石碎片會像子彈一樣四處彈射，對施工人員的生命安全構(gòu)成直接威脅，同時也會嚴(yán)重?fù)p壞施工設(shè)備，導(dǎo)致施工被迫中斷，極大地影響工程進(jìn)度。例如，在某隧道施工中，因巖爆突發(fā)，造成多名施工人員受傷，施工停滯長達(dá)數(shù)月之久，不僅延誤了工期，還大幅增加了工程成本。大變形則是指隧道圍巖在施工過程中或運(yùn)營后，由于地質(zhì)條件、施工方法等多種因素的影響，產(chǎn)生超出正常范圍的變形。這種變形可能導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)開裂、破壞，影響隧道的正常使用功能，甚至引發(fā)隧道坍塌等嚴(yán)重事故。以某軟巖隧道為例，因圍巖大變形，隧道襯砌出現(xiàn)大量裂縫，部分地段甚至發(fā)生坍塌，不得不進(jìn)行大規(guī)模的修復(fù)和加固工作，耗費(fèi)了巨大的人力、物力和財力。在川藏鐵路二郎山隧道的建設(shè)中，準(zhǔn)確預(yù)測巖爆和大變形的發(fā)生，并對其風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)評估，是確保工程安全、順利進(jìn)行的關(guān)鍵。通過有效的預(yù)測和評估，可以提前制定針對性的防治措施，降低災(zāi)害發(fā)生的可能性和危害程度，保障施工人員的生命安全，減少工程損失，同時也有助于優(yōu)化施工方案，提高工程質(zhì)量和進(jìn)度，使川藏鐵路能夠早日建成通車，發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，開展川藏鐵路二郎山隧道巖爆、大變形預(yù)測及風(fēng)險評估的研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1隧道巖爆預(yù)測及評估研究現(xiàn)狀在隧道巖爆預(yù)測與評估領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者和工程人員開展了大量研究，取得了一系列成果。國外方面，早期研究主要集中在巖爆的機(jī)理分析上。如在20世紀(jì)中葉，學(xué)者們通過對礦山開采和隧道建設(shè)中巖爆現(xiàn)象的觀察，提出了巖爆的“能量理論”，認(rèn)為巖爆是巖體中儲存的彈性應(yīng)變能超過巖石的破壞能量時釋放導(dǎo)致的。此后，隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方法的發(fā)展，數(shù)值模擬成為研究巖爆的重要手段。例如，有限元法被廣泛應(yīng)用于模擬巖體在開挖過程中的應(yīng)力分布和變形情況，通過建立巖體的力學(xué)模型，預(yù)測巖爆可能發(fā)生的區(qū)域。一些學(xué)者利用離散元法模擬巖石的破裂過程，考慮巖石內(nèi)部的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)對巖爆的影響，使模擬結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。在巖爆預(yù)測方法上，經(jīng)驗(yàn)判據(jù)法是常用的手段之一。如拉森斯（Larson）在1974年應(yīng)用有限元計算和kirsch方程計算洞壁最大切向應(yīng)力，并結(jié)合巖樣點(diǎn)荷載強(qiáng)度值，繪制出巖爆烈度與隧道洞壁最大切向應(yīng)力和點(diǎn)荷載強(qiáng)度的關(guān)系圖，用于預(yù)測巖爆和判定巖爆等級。國內(nèi)對于巖爆的研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。在理論研究方面，眾多學(xué)者對巖爆的形成機(jī)理進(jìn)行了深入探討，提出了多種理論解釋，如“強(qiáng)度理論”“剛度理論”等。在預(yù)測方法上，除了借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)法和數(shù)值模擬法外，還結(jié)合國內(nèi)工程實(shí)際情況，發(fā)展了一些具有特色的方法。例如，施工地質(zhì)超前預(yù)報法，通過對隧道施工過程中的地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，如巖性、巖體結(jié)構(gòu)、斷裂和地下水狀況等，利用與巖爆有關(guān)的特殊地質(zhì)現(xiàn)象來預(yù)測巖爆。在川藏公路二郎山隧道巖爆預(yù)測中，通過施工地質(zhì)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該隧道巖爆的發(fā)生與最大水平主應(yīng)力方向近于平行的NW向出水陡傾斷裂和巖性條件關(guān)系密切。當(dāng)掘進(jìn)過程中遇到NW向出水的陡傾斷裂時，可作為預(yù)測前進(jìn)方向可能產(chǎn)生巖爆的一個重要宏觀預(yù)測標(biāo)志。此外，巖爆儲能測試分析預(yù)測法也得到了應(yīng)用，通過測定巖石的彈性應(yīng)變能釋放和耗損情況，判斷巖爆發(fā)生的可能性。然而，目前巖爆預(yù)測及評估仍存在一些不足之處。一方面，巖爆的發(fā)生機(jī)制極為復(fù)雜，受到多種因素的綜合影響，包括地質(zhì)條件、施工工藝、工程環(huán)境等，現(xiàn)有的理論和模型難以全面準(zhǔn)確地描述巖爆的發(fā)生過程。另一方面，不同的預(yù)測方法都有其局限性，經(jīng)驗(yàn)判據(jù)法依賴于經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，缺乏普適性；數(shù)值模擬法雖然能夠考慮多種因素，但模型的建立和參數(shù)選取存在一定的主觀性，且計算結(jié)果與實(shí)際情況可能存在偏差。同時，由于巖爆現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取難度較大，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性也有待提高，這也限制了巖爆預(yù)測和評估的精度。1.2.2隧道大變形預(yù)測及評估研究現(xiàn)狀在隧道大變形預(yù)測及評估方面，國內(nèi)外也進(jìn)行了廣泛的研究。國外在這一領(lǐng)域的研究歷史較長，早期主要關(guān)注軟巖隧道的大變形問題。通過對大量軟巖隧道工程案例的分析，總結(jié)出了軟巖大變形的一些基本特征和規(guī)律。例如，認(rèn)識到軟巖大變形與巖石的強(qiáng)度、地應(yīng)力、地下水等因素密切相關(guān)。在預(yù)測方法上，基于經(jīng)驗(yàn)的方法較為常見，如根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，建立圍巖變形與巖石強(qiáng)度、地應(yīng)力等參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，用于預(yù)測大變形的發(fā)生。隨著巖石力學(xué)理論的發(fā)展，彈塑性力學(xué)理論被應(yīng)用于大變形分析，通過建立彈塑性本構(gòu)模型，模擬圍巖在開挖過程中的變形行為。在大變形評估方面，建立了一些評估指標(biāo)和體系，如以圍巖變形量、變形速率等作為評估指標(biāo)，判斷大變形對隧道結(jié)構(gòu)安全的影響程度。國內(nèi)對隧道大變形的研究近年來取得了顯著進(jìn)展。在機(jī)制研究方面，深入探討了大變形的原因，將其分為應(yīng)力重分布導(dǎo)致的塑性化變形和巖石膨脹變形兩大類。對于應(yīng)力重分布引起的大變形，研究了不同地質(zhì)條件下圍巖的塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律；對于膨脹變形，研究了巖石中膨脹性礦物與水的反應(yīng)機(jī)制以及對圍巖變形的影響。在預(yù)測方法上，除了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法和數(shù)值模擬法外，還發(fā)展了一些新的技術(shù)和方法。例如，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，通過對現(xiàn)場監(jiān)測的圍巖變形、應(yīng)力等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，反演得到圍巖的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測大變形的發(fā)展趨勢。同時，結(jié)合人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，建立大變形預(yù)測模型，利用大量的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。盡管國內(nèi)外在隧道大變形預(yù)測及評估方面取得了一定成果，但仍存在一些問題。首先，對于復(fù)雜地質(zhì)條件下的大變形預(yù)測，現(xiàn)有的方法和模型還不能完全滿足工程需求，如對于穿越多條斷裂帶、巖性變化頻繁的隧道，預(yù)測精度有待提高。其次，大變形評估體系還不夠完善，對于大變形對隧道長期運(yùn)營安全的影響評估缺乏深入研究。此外，不同預(yù)測方法和評估指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性和一致性也需要進(jìn)一步加強(qiáng)。綜上所述，目前國內(nèi)外在隧道巖爆和大變形預(yù)測及評估方面已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在諸多不足。對于川藏鐵路二郎山隧道這種地質(zhì)條件極其復(fù)雜的工程，現(xiàn)有的研究成果難以直接應(yīng)用，需要進(jìn)一步深入研究，結(jié)合二郎山隧道的具體地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，探索更加有效的預(yù)測及評估方法，為隧道的安全施工和運(yùn)營提供可靠的技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究圍繞川藏鐵路二郎山隧道巖爆、大變形預(yù)測及風(fēng)險評估展開，主要內(nèi)容包括以下幾個方面：二郎山隧道地質(zhì)條件分析：詳細(xì)收集和分析二郎山隧道區(qū)域的地質(zhì)資料，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力分布、地下水情況等。通過地質(zhì)勘察報告、現(xiàn)場調(diào)研和地質(zhì)測繪等手段，全面了解隧道穿越區(qū)域的地質(zhì)特征，為后續(xù)的巖爆和大變形預(yù)測及風(fēng)險評估提供基礎(chǔ)地質(zhì)信息。例如，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)、地震波反射法等技術(shù)，探測隧道沿線的斷層、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造的位置和規(guī)模，確定其對隧道施工的影響范圍。巖爆預(yù)測研究：綜合運(yùn)用多種方法對二郎山隧道巖爆進(jìn)行預(yù)測。一方面，基于巖石力學(xué)理論和工程經(jīng)驗(yàn)，選取合適的巖爆預(yù)測指標(biāo)，如巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖體完整性系數(shù)、地應(yīng)力等，建立巖爆預(yù)測的經(jīng)驗(yàn)判據(jù)模型。通過對隧道現(xiàn)場采集的巖石樣本進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，獲取巖石的物理力學(xué)參數(shù)，代入經(jīng)驗(yàn)判據(jù)模型中，初步判斷巖爆發(fā)生的可能性和強(qiáng)度等級。另一方面，利用數(shù)值模擬方法，如有限元法、離散元法等，建立隧道巖體的力學(xué)模型，模擬隧道開挖過程中巖體的應(yīng)力應(yīng)變分布和變化規(guī)律，預(yù)測巖爆可能發(fā)生的部位和程度。在數(shù)值模擬過程中，考慮巖體的非線性特性、節(jié)理裂隙等結(jié)構(gòu)面的影響，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。大變形預(yù)測研究：針對二郎山隧道的大變形問題，分析其影響因素，如圍巖的力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力水平、地下水作用、施工方法等。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，建立大變形預(yù)測模型。采用基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的反分析方法，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等人工智能技術(shù)，對圍巖的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演，進(jìn)而預(yù)測大變形的發(fā)展趨勢。同時，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件，模擬不同施工工況下隧道圍巖的變形情況，評估施工方法對大變形的影響，為優(yōu)化施工方案提供依據(jù)。巖爆和大變形風(fēng)險評估：構(gòu)建巖爆和大變形的風(fēng)險評估指標(biāo)體系，從地質(zhì)條件、工程因素、環(huán)境因素等多個方面選取評估指標(biāo)。運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評價法等方法，確定各評估指標(biāo)的權(quán)重，對巖爆和大變形的風(fēng)險進(jìn)行綜合評估。根據(jù)評估結(jié)果，將風(fēng)險劃分為不同等級，明確隧道施工過程中巖爆和大變形的高風(fēng)險區(qū)域和時段，為制定針對性的風(fēng)險控制措施提供依據(jù)。防治措施研究：根據(jù)巖爆和大變形的預(yù)測及風(fēng)險評估結(jié)果，提出相應(yīng)的防治措施。對于巖爆，采取優(yōu)化施工方法，如采用短進(jìn)尺、弱爆破的施工工藝，減少對巖體的擾動；加強(qiáng)支護(hù)措施，如及時噴射混凝土、安裝錨桿和錨索等，提高巖體的穩(wěn)定性；進(jìn)行應(yīng)力釋放，如鉆孔卸壓、超前注水等，降低巖體的應(yīng)力水平。對于大變形，采用合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，如采用可縮性支架、加強(qiáng)襯砌厚度等，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力；進(jìn)行圍巖加固，如注漿加固、錨桿加固等，改善圍巖的力學(xué)性質(zhì)；加強(qiáng)施工監(jiān)測，及時調(diào)整施工參數(shù)，確保施工安全。1.3.2研究方法本研究采用以下多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性和可靠性：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于隧道巖爆、大變形預(yù)測及風(fēng)險評估的相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和主要研究成果。通過對文獻(xiàn)的分析和總結(jié)，借鑒前人的研究方法和經(jīng)驗(yàn)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。例如，梳理國內(nèi)外巖爆和大變形預(yù)測的各種方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，分析不同方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，為選擇適合二郎山隧道的預(yù)測方法提供參考?，F(xiàn)場調(diào)研法：深入川藏鐵路二郎山隧道施工現(xiàn)場，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。觀察隧道施工過程中的地質(zhì)現(xiàn)象，如巖石的節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖體的破碎程度、地下水的出露情況等；收集現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，包括施工進(jìn)度、施工方法、支護(hù)參數(shù)等；與現(xiàn)場施工人員和技術(shù)人員進(jìn)行交流，了解施工過程中遇到的巖爆和大變形問題及處理措施。通過現(xiàn)場調(diào)研，獲取第一手資料，為研究提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。室內(nèi)試驗(yàn)法：對從二郎山隧道現(xiàn)場采集的巖石樣本進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，包括巖石的物理性質(zhì)試驗(yàn)，如密度、吸水率、孔隙率等；巖石的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，如單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等；巖石的變形特性試驗(yàn)，如彈性模量、泊松比等。通過室內(nèi)試驗(yàn)，獲取巖石的基本物理力學(xué)參數(shù)，為巖爆和大變形的預(yù)測及風(fēng)險評估提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時，開展巖石的三軸壓縮試驗(yàn)、流變試驗(yàn)等，研究巖石在不同應(yīng)力條件下的力學(xué)行為和變形特性，深入分析巖爆和大變形的發(fā)生機(jī)制。數(shù)值模擬法：運(yùn)用有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS等）和離散元軟件（如UDEC、PFC等），建立二郎山隧道巖體的數(shù)值模型。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和施工工況，對隧道開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析巖體的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形規(guī)律以及巖爆和大變形的發(fā)生過程。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解隧道施工過程中巖體的力學(xué)響應(yīng)，預(yù)測巖爆和大變形的發(fā)生部位和程度，為制定防治措施提供依據(jù)。同時，通過改變模型參數(shù)，如巖體力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力大小、施工方法等，進(jìn)行敏感性分析，研究各因素對巖爆和大變形的影響程度。理論分析法：基于巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等學(xué)科的基本理論，對巖爆和大變形的發(fā)生機(jī)制、預(yù)測方法和風(fēng)險評估進(jìn)行理論分析。例如，運(yùn)用巖石的強(qiáng)度理論和能量理論，分析巖爆的發(fā)生條件；利用彈塑性力學(xué)理論，研究隧道圍巖的變形規(guī)律；運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評價法等數(shù)學(xué)方法，構(gòu)建風(fēng)險評估模型，對巖爆和大變形的風(fēng)險進(jìn)行量化評估。通過理論分析，為研究提供理論支撐，提高研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。二、二郎山隧道工程概況及地質(zhì)條件2.1隧道工程概述川藏鐵路二郎山隧道作為全線的關(guān)鍵控制性工程，其規(guī)模宏大，施工難度極高。該隧道位于四川省境內(nèi)，連接雅安與瀘定等地，是川藏鐵路穿越二郎山的重要通道。隧道全長[X]千米，是川藏鐵路上的超長隧道之一。如此長的隧道長度，不僅增加了施工的時間和成本，還對施工技術(shù)和管理提出了巨大挑戰(zhàn)，施工過程中需要克服通風(fēng)、排水、運(yùn)輸?shù)纫幌盗须y題。隧道最大埋深達(dá)[X]米，在深埋條件下，隧道圍巖承受著巨大的地應(yīng)力作用。高地應(yīng)力環(huán)境使得隧道施工面臨巖爆、大變形等地質(zhì)災(zāi)害的威脅，對隧道的穩(wěn)定性和施工安全構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)巖體中的應(yīng)力超過其自身強(qiáng)度時，就可能引發(fā)巖爆，導(dǎo)致巖石突然爆裂、彈射，對施工人員和設(shè)備造成傷害。二郎山隧道采用了新奧法結(jié)合機(jī)械化配套施工的先進(jìn)施工方法。新奧法強(qiáng)調(diào)充分利用圍巖的自承能力，通過及時的支護(hù)和監(jiān)控量測，確保隧道施工過程中的圍巖穩(wěn)定。在施工過程中，采用了大型機(jī)械化設(shè)備，如盾構(gòu)機(jī)、鑿巖臺車、混凝土噴射機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了隧道開挖、支護(hù)、襯砌等工序的高效作業(yè)。這種施工方法不僅提高了施工效率，還能有效保證施工質(zhì)量和安全。然而，由于二郎山隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，施工過程中仍需根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整施工參數(shù)和方法，以應(yīng)對各種突發(fā)地質(zhì)情況。2.2區(qū)域地質(zhì)背景二郎山隧道所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，處于多個構(gòu)造體系的交匯部位。該區(qū)域位于四川盆地“Y”字型構(gòu)造交匯部，受到NE向龍門山構(gòu)造帶、SN向川滇構(gòu)造帶及NW向鮮水河構(gòu)造帶的共同影響。這些構(gòu)造帶在漫長的地質(zhì)歷史時期中經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，使得該區(qū)域的巖石發(fā)生了復(fù)雜的變形和變位，形成了眾多的斷裂、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有新溝斷裂、?；藬嗔?、二郎東支、二郎中支、二郎西支斷裂和瀘定斷裂等。這些斷裂規(guī)模大小不一，延伸方向各異，對隧道工程的影響程度也各不相同。新溝斷裂是一條區(qū)域性大斷裂，其走向?yàn)镹E向，斷裂帶寬度較大，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。該斷裂的活動歷史較為復(fù)雜，在近期可能仍有一定的活動性，對隧道施工安全構(gòu)成潛在威脅。二郎中支斷裂走向近于SN向，其附近巖體完整性較差，地應(yīng)力分布也較為復(fù)雜，在隧道穿越該斷裂帶時，可能引發(fā)圍巖的失穩(wěn)和變形。地層巖性方面，二郎山隧道穿越的地層主要包括碳酸鹽巖、砂巖、泥巖等。不同巖性的巖石在物理力學(xué)性質(zhì)上存在較大差異，這對隧道的穩(wěn)定性產(chǎn)生了重要影響。碳酸鹽巖主要為石灰?guī)r和白云巖，巖石硬度較高，抗壓強(qiáng)度較大，但在地下水的長期作用下，易發(fā)生巖溶現(xiàn)象，形成溶洞、溶蝕裂隙等，降低巖體的完整性和強(qiáng)度。砂巖的顆粒結(jié)構(gòu)和膠結(jié)程度不同，其力學(xué)性質(zhì)也有所變化，一般來說，中粗粒砂巖的強(qiáng)度較高，而細(xì)粒砂巖的強(qiáng)度相對較低。泥巖則具有強(qiáng)度低、遇水易軟化、膨脹等特點(diǎn)，在隧道開挖過程中，容易導(dǎo)致圍巖的大變形和坍塌。在隧道穿越的地層中，還存在著軟硬巖互層的情況。這種地層結(jié)構(gòu)使得巖體在受力時的變形和破壞機(jī)制更為復(fù)雜，軟巖和硬巖的變形不協(xié)調(diào)，容易在軟硬巖交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，引發(fā)巖爆和大變形等地質(zhì)災(zāi)害。例如，當(dāng)硬巖中的應(yīng)力超過其強(qiáng)度時，可能發(fā)生巖爆，而軟巖則會因受到硬巖的擠壓而產(chǎn)生大變形。二郎山隧道所處區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性條件復(fù)雜，這些因素相互作用，增加了隧道施工過程中巖爆和大變形發(fā)生的可能性和復(fù)雜性，對隧道的設(shè)計、施工和運(yùn)營安全提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。2.3地應(yīng)力特征地應(yīng)力是引起隧道巖爆和大變形的關(guān)鍵因素之一，準(zhǔn)確掌握二郎山隧道區(qū)域的地應(yīng)力特征對于預(yù)測和評估巖爆、大變形具有重要意義。為獲取該區(qū)域的地應(yīng)力數(shù)據(jù)，采用了多種先進(jìn)的測量方法，包括水壓致裂法、套鉆孔應(yīng)力解除法等。水壓致裂法是一種重要的地應(yīng)力測量方法，其原理是通過在鉆孔中封隔一小段鉆孔，然后向封隔段注入高壓流體，使圍巖產(chǎn)生新裂隙或使原生裂隙重張，從而確定原位地應(yīng)力。在二郎山隧道地應(yīng)力測量中，該方法得到了廣泛應(yīng)用。具體操作時，利用高壓泵將高壓液體泵入鉆孔的封隔段，當(dāng)液體壓力達(dá)到一定值時，圍巖會在垂直于最小主應(yīng)力方向產(chǎn)生對稱裂縫。通過測量裂縫產(chǎn)生時的壓力、裂縫的方位等參數(shù)，結(jié)合相關(guān)理論公式，即可計算出地應(yīng)力的大小和方向。該方法的優(yōu)點(diǎn)是測試周期短，不需要巖石力學(xué)參數(shù)參與計算，適合工程初勘階段，且可進(jìn)行大深度測量，是目前唯一一種可直接進(jìn)行深部地應(yīng)力測定的方法。套鉆孔應(yīng)力解除法也是常用的地應(yīng)力測量方法之一，根據(jù)解除方式和傳感器的安裝部位，可分為探孔應(yīng)力解除法、孔底應(yīng)變解除法和孔壁切割解除法。在二郎山隧道的測量中，主要采用了孔壁應(yīng)變法和孔徑變形法這兩種探孔應(yīng)力解除法。孔壁應(yīng)變法基于巖石各向同性、均質(zhì)、連續(xù)、線彈性的假設(shè)，通過測量孔壁6個以上不同方向的應(yīng)變值來計算巖體的三維地應(yīng)力。具體實(shí)施時，將應(yīng)變元件直接貼到孔壁中（如CSIR型三軸應(yīng)變計）或貼到薄筒壁中再用膠將薄筒和孔壁粘結(jié)（空心包體），然后進(jìn)行應(yīng)力解除測量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是單孔單點(diǎn)可準(zhǔn)確測量巖體的三維地應(yīng)力，但對巖石的完整性要求高，巖芯解除長度大于40-60cm，并且在巖芯易餅化時測試很難成功，還存在應(yīng)變元件的粘貼、防潮、全過程測量和定向等問題，受溫度變化、巖性差異影響大，測量結(jié)果離散性大?？讖阶冃畏▌t通過直接測量孔徑變形或通過測量環(huán)向變形反算徑向變形來確定地應(yīng)力，常用的有USBM型鉆孔變形計和鋼環(huán)式應(yīng)變計等。測試時，先把探頭安裝到小孔內(nèi)，再進(jìn)行解除，該方法克服了空心包體材料與巖體的差異帶來的影響，感應(yīng)元件不與孔壁接觸，方便標(biāo)定，變形計的線性、重復(fù)性、穩(wěn)定性好，防水性強(qiáng)，靈敏度較高，且測量周期短，可重復(fù)使用。通過對測量結(jié)果的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)二郎山隧道區(qū)域的地應(yīng)力呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。最大主應(yīng)力方向總體上為NW-SE向，這與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的方向基本一致。在隧道沿線，地應(yīng)力大小隨埋深的增加而逐漸增大。在深埋段，最大主應(yīng)力值可達(dá)[X]MPa以上，屬于高地應(yīng)力區(qū)域。例如，在隧道某深埋段，通過水壓致裂法測量得到最大主應(yīng)力值為[X]MPa，最小主應(yīng)力值為[X]MPa。同時，地應(yīng)力在空間分布上也存在一定的不均勻性，在斷裂構(gòu)造附近和不同巖性的接觸部位，地應(yīng)力大小和方向會發(fā)生明顯變化。如在新溝斷裂附近，由于斷裂的活動和巖體的破碎，地應(yīng)力出現(xiàn)了局部集中現(xiàn)象，最大主應(yīng)力值比遠(yuǎn)離斷裂處高出[X]MPa左右。這種高地應(yīng)力環(huán)境對二郎山隧道的穩(wěn)定性產(chǎn)生了顯著影響，是導(dǎo)致巖爆和大變形的重要誘因。高地應(yīng)力作用下，巖體儲存了大量的彈性應(yīng)變能。當(dāng)隧道開挖時，圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，彈性應(yīng)變能突然釋放，超過巖石的破壞能量，就容易引發(fā)巖爆。在巖爆發(fā)生時，巖石會突然爆裂、彈射，對施工人員和設(shè)備造成嚴(yán)重威脅。對于大變形而言，高地應(yīng)力使得圍巖產(chǎn)生較大的塑性變形，尤其是在軟巖地段，軟巖的強(qiáng)度較低，在高地應(yīng)力作用下更容易發(fā)生塑性流動和變形。當(dāng)圍巖的變形量超過支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力時，就會導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)開裂、破壞，影響隧道的正常使用。此外，地應(yīng)力的方向也會影響巖爆和大變形的發(fā)生部位和形式。當(dāng)最大主應(yīng)力方向與隧道軸線夾角較大時，隧道周邊的切向應(yīng)力會顯著增大，增加了巖爆發(fā)生的可能性；而在軟巖地段，最大主應(yīng)力方向與隧道軸線的夾角會影響軟巖的變形方向和程度。三、巖爆預(yù)測方法與應(yīng)用3.1巖爆形成機(jī)制巖爆是一種在地下工程開挖過程中，巖體突然發(fā)生脆性破壞并釋放大量彈性應(yīng)變能的動力失穩(wěn)現(xiàn)象。當(dāng)巖體在高地應(yīng)力環(huán)境下，由于隧道開挖等工程活動，破壞了巖體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，巖體中儲存的彈性應(yīng)變能超過了巖石本身的強(qiáng)度和變形所消耗的能量時，多余的能量就會以突然、猛烈的方式釋放，導(dǎo)致巖石發(fā)生爆裂、彈射等現(xiàn)象，這就是巖爆的發(fā)生過程。從力學(xué)機(jī)制角度來看，巖爆的形成涉及到多個方面。首先，地應(yīng)力是巖爆發(fā)生的關(guān)鍵因素之一。二郎山隧道區(qū)域的高地應(yīng)力環(huán)境，使得巖體中儲存了大量的彈性應(yīng)變能。在隧道開挖前，巖體處于相對平衡的應(yīng)力狀態(tài)，但隨著隧道的開挖，臨空面的出現(xiàn)改變了巖體的應(yīng)力分布，導(dǎo)致應(yīng)力重新調(diào)整和集中。根據(jù)彈性力學(xué)理論，在圓形隧道周邊，切向應(yīng)力會顯著增大，當(dāng)切向應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時，巖石就會產(chǎn)生拉裂破壞。以某深埋隧道為例，在開挖過程中，通過數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，隧道周邊切向應(yīng)力最大值可達(dá)原巖應(yīng)力的3-5倍，遠(yuǎn)超巖石的抗拉強(qiáng)度，從而引發(fā)了巖爆。巖石的力學(xué)性質(zhì)也對巖爆的形成有著重要影響。通常，巖爆多發(fā)生在堅硬、脆性且完整性較好的巖石中。這類巖石具有較高的彈性模量和較低的泊松比，在受力時能夠儲存較多的彈性應(yīng)變能，并且在達(dá)到破壞強(qiáng)度時，會發(fā)生脆性斷裂，迅速釋放儲存的能量。例如，花崗巖、石英巖等巖石，由于其礦物顆粒之間的聯(lián)結(jié)力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)致密，在高地應(yīng)力作用下，能夠積累大量的彈性應(yīng)變能，一旦應(yīng)力條件滿足，就容易發(fā)生巖爆。而對于一些軟巖，如泥巖等，由于其強(qiáng)度較低，在受力時容易發(fā)生塑性變形，能夠消耗部分能量，不易產(chǎn)生巖爆。除了地應(yīng)力和巖石力學(xué)性質(zhì)外，巖爆的形成還受到多種其他因素的影響。巖體結(jié)構(gòu)是其中一個重要因素，巖體中的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面會影響巖體的力學(xué)性能和應(yīng)力分布。當(dāng)巖體中存在大量的節(jié)理、裂隙時，會降低巖體的完整性和強(qiáng)度，使得應(yīng)力在巖體中分布不均勻，容易形成應(yīng)力集中區(qū)域。在這些應(yīng)力集中區(qū)域，巖石更容易發(fā)生破壞，從而增加了巖爆發(fā)生的可能性。在二郎山隧道區(qū)域，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體中發(fā)育了大量的節(jié)理、裂隙，尤其是在斷裂帶附近，巖體破碎，節(jié)理裂隙縱橫交錯，這使得該區(qū)域巖爆發(fā)生的概率明顯增加。地下水的作用也不容忽視。雖然二郎山隧道區(qū)域地下水對巖爆的影響相對較小，但在一些情況下，地下水會對巖石的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響。地下水的存在可能會使巖石發(fā)生軟化、弱化，降低巖石的強(qiáng)度。同時，地下水的流動還可能會產(chǎn)生動水壓力，對巖體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在某些富含地下水的隧道工程中，由于地下水的長期浸泡，巖石的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度大幅降低，原本不易發(fā)生巖爆的巖石在開挖過程中也出現(xiàn)了巖爆現(xiàn)象。此外，施工方法和施工工藝也會對巖爆的發(fā)生產(chǎn)生影響。不合理的施工方法，如爆破參數(shù)選擇不當(dāng)、開挖順序不合理等，會對巖體造成較大的擾動，增加巖爆發(fā)生的可能性。在隧道開挖過程中，如果采用過大的爆破藥量，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動，使巖體中的應(yīng)力瞬間增大，容易引發(fā)巖爆。而采用合理的施工方法，如采用光面爆破、控制爆破等，可以減少對巖體的擾動，降低巖爆發(fā)生的風(fēng)險。3.2巖爆預(yù)測方法3.2.1地質(zhì)超前預(yù)報法地質(zhì)超前預(yù)報法是利用地質(zhì)勘探手段對巖爆進(jìn)行超前預(yù)報的一種方法。該方法基于巖爆的發(fā)生不僅取決于地應(yīng)力條件，還與巖性及其分布特征、巖體結(jié)構(gòu)、斷裂和地下水狀況等多種因素密切相關(guān)的原理。通過全面、系統(tǒng)地開展施工地質(zhì)調(diào)研工作，查明巖爆發(fā)生的基本規(guī)律，從而利用與巖爆有關(guān)的特殊地質(zhì)現(xiàn)象來準(zhǔn)確預(yù)測巖爆。在實(shí)際操作中，地質(zhì)素描是地質(zhì)超前預(yù)報法的重要手段之一。每次爆破后，地質(zhì)工程師需對掌子面進(jìn)行細(xì)致的地質(zhì)素描。具體內(nèi)容包括觀察掌子面正面及側(cè)面的穩(wěn)定狀態(tài)，判斷巖體是否存在松動、剝落等跡象；測量巖層產(chǎn)狀，記錄巖層的走向、傾向和傾角，了解巖層的空間分布特征；分析巖性風(fēng)化程度，判斷巖石的新鮮程度和風(fēng)化程度對其力學(xué)性質(zhì)的影響；研究節(jié)理裂隙發(fā)育程度，包括節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀、間距、長度、充填物和數(shù)量等，因?yàn)楣?jié)理裂隙的存在會降低巖體的完整性和強(qiáng)度，影響巖爆的發(fā)生。還需關(guān)注噴射混凝土開裂、掉塊現(xiàn)象，這可能是巖體應(yīng)力變化和不穩(wěn)定的表現(xiàn)；記錄涌水情況、水質(zhì)情況以及水的影響，地下水的存在可能會軟化巖石、降低其強(qiáng)度，增加巖爆的發(fā)生風(fēng)險；檢測不良?xì)怏w濃度，確保施工環(huán)境安全。通過對這些信息的綜合分析，可以初步判斷掌子面前方巖體的穩(wěn)定性，預(yù)測巖爆發(fā)生的可能性。在川藏公路二郎山隧道巖爆預(yù)測中，通過施工地質(zhì)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該隧道巖爆的發(fā)生與最大水平主應(yīng)力方向近于平行的NW向出水陡傾斷裂和巖性條件關(guān)系密切?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，二郎山隧道中發(fā)育產(chǎn)狀為N40°～60°W/NE∠60°～85°的張扭性次級斷裂，其中多見有線狀～股狀地下水，顯示斷裂處巖體因張扭性活動而有所松弛，氡氣測試也顯示其氡氣值明顯高于兩側(cè)巖體。洞壁二次應(yīng)力場測試資料表明，該組斷裂的存在造成了局部應(yīng)力降低帶，其應(yīng)力向兩側(cè)圍巖中轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致NW向陡傾斷裂兩側(cè)形成局部應(yīng)力增高帶。東段主洞已有巖爆活動大多發(fā)生在距該組斷裂10～20m距離以外的地段，這與這種應(yīng)力局部調(diào)整有很大關(guān)系。因此，掘進(jìn)過程中如遇到NW向出水的陡傾斷裂時，可作為預(yù)測前進(jìn)方向可能產(chǎn)生巖爆的一個重要宏觀預(yù)測標(biāo)志。該方法還可通過TSP203地質(zhì)探測儀等進(jìn)行超前物探。TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)利用地震波在不均勻地質(zhì)中產(chǎn)生的反射波特性來預(yù)報隧道掘進(jìn)面前方及周圍臨近區(qū)域的地質(zhì)狀況。在掌子面后方邊墻一定范圍內(nèi)布置一排爆破點(diǎn)（間距1.5米），進(jìn)行微弱爆破，產(chǎn)生的地震波在隧道前方體內(nèi)傳播。當(dāng)巖石強(qiáng)度發(fā)生變化時，界面兩側(cè)巖石的強(qiáng)度差別越大，反射回來的信號、返回的時間和方向差別越大，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件處理得到巖體強(qiáng)度變化界面的信號也就越強(qiáng)。返回信號被經(jīng)過特殊設(shè)計的接收器接收轉(zhuǎn)化成信號并進(jìn)行放大，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件處理，得到巖體強(qiáng)度變化界面的位置及方位。通過這種方式，可以探測到掌子面前方的斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等地質(zhì)構(gòu)造，為巖爆預(yù)測提供重要依據(jù)。然而，TSP203地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)存在預(yù)報準(zhǔn)確性和預(yù)報精度方面的問題，需要采用其他預(yù)報手段來補(bǔ)充和完善，如水平鉆孔超前探測。水平鉆孔超前探測采用鉆孔孔徑50mm，鉆孔長度60m，可準(zhǔn)確探測前方圍巖的地質(zhì)情況，并對TSP203地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的超前探測成果進(jìn)行驗(yàn)證。3.2.2σθ/Rb判據(jù)法σθ/Rb判據(jù)法是基于巖石應(yīng)力與強(qiáng)度比值來判斷巖爆可能性的一種方法。其中，σθ為隧道洞壁最大切向應(yīng)力，Rb為巖石單軸抗壓強(qiáng)度。該判據(jù)法的原理是，當(dāng)隧道開挖后，洞壁圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，切向應(yīng)力會顯著增大。如果σθ與Rb的比值達(dá)到一定程度，說明圍巖所承受的應(yīng)力超過了巖石的強(qiáng)度，就有可能發(fā)生巖爆。挪威的Russenes在1974年應(yīng)用有限元計算和kirsch方程計算洞壁最大切向應(yīng)力σθmax，并利用σθmax及其巖樣點(diǎn)載荷強(qiáng)度Is值，繪制出巖爆烈度與隧道洞壁σθmax和Is的關(guān)系圖，用于預(yù)測巖爆和判定巖爆等級。把Is換算成巖石單軸抗壓強(qiáng)度σc后，可得：σθmax/σc<0.2時，無巖爆；0.2≤σθmax/σc<0.3時，為弱巖爆；0.3≤σθmax/σc<0.55時，為中巖爆；σθmax/σc≥0.55時，為強(qiáng)巖爆。在二郎山公路隧道巖爆預(yù)測中，采用鉆孔應(yīng)力解除和應(yīng)力恢復(fù)測試法，現(xiàn)場測定洞壁二次應(yīng)力場。根據(jù)洞壁二次應(yīng)力場測試成果和現(xiàn)場巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)強(qiáng)度資料，求得各測點(diǎn)σθ/Rb比值，并與圍巖實(shí)際變形破裂狀況作對比分析。研究結(jié)果表明：無巖爆活動洞段σθ/Rb<0.3，輕微巖爆活動洞段σθ/Rb介于0.3～0.5之間，中等巖爆洞段σθ/Rb介于0.5～0.7之間。籍此分析，發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r爆活動時，σθ/Rb比值至少應(yīng)大于0.7。該判據(jù)法具有一定的實(shí)用性和可操作性，能夠通過簡單的應(yīng)力與強(qiáng)度比值來初步判斷巖爆的可能性和強(qiáng)度等級。然而，它也存在一定的局限性。它僅考慮了巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和洞壁最大切向應(yīng)力，沒有充分考慮巖體的完整性、結(jié)構(gòu)面等因素對巖爆的影響。實(shí)際工程中，巖體往往存在各種節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面會降低巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增加巖爆發(fā)生的可能性。該判據(jù)法也沒有考慮地應(yīng)力的其他分量以及地下水等因素對巖爆的影響。因此，在應(yīng)用σθ/Rb判據(jù)法時，需要結(jié)合其他方法和實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，以提高巖爆預(yù)測的準(zhǔn)確性。3.2.3巖爆臨界深度預(yù)測法巖爆臨界深度預(yù)測法是通過計算臨界深度來預(yù)測巖爆的一種方法。該方法認(rèn)為，巖爆雖然多發(fā)生在水平構(gòu)造應(yīng)力較大的地區(qū)，但如果洞室埋深較大，即使沒有構(gòu)造應(yīng)力，由于上覆巖體效應(yīng)，洞室也可能會發(fā)生巖爆。侯發(fā)亮教授在1989年首先提出了僅考慮上覆巖體自重情況下巖爆發(fā)生最小埋深Hcr（即巖爆臨界深度）的計算公式：H_{cr}=\frac{0.318(1-\zeta)R_c}{(3-4\zeta)\gamma}其中，H_{cr}為臨界深度；R_c為巖石單軸抗壓強(qiáng)度；\gamma為巖石容重；\zeta為系數(shù)，依據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度R_t和巷道周邊環(huán)向應(yīng)力\sigma_{\theta}之比值來確定。該公式的推導(dǎo)基于彈性力學(xué)理論，假設(shè)巖體為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性體，在自重應(yīng)力作用下，通過分析洞室周邊的應(yīng)力分布情況，得出當(dāng)洞室埋深達(dá)到一定值時，洞室周邊的應(yīng)力會超過巖石的強(qiáng)度，從而引發(fā)巖爆。在實(shí)際應(yīng)用中，需要準(zhǔn)確獲取巖石的單軸抗壓強(qiáng)度R_c、巖石容重\gamma以及系數(shù)\zeta等參數(shù)。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度可以通過室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)測定，巖石容重可以通過測量巖石樣本的質(zhì)量和體積計算得到，而系數(shù)\zeta的確定則需要根據(jù)巖石抗拉強(qiáng)度和巷道周邊環(huán)向應(yīng)力的比值來確定。然而，該方法存在一定的局限性。它僅考慮了巖體自重的影響，沒有考慮構(gòu)造應(yīng)力、巖體結(jié)構(gòu)、地下水等因素對巖爆的影響。在實(shí)際工程中，構(gòu)造應(yīng)力往往是導(dǎo)致巖爆發(fā)生的重要因素之一，巖體結(jié)構(gòu)和地下水也會對巖爆的發(fā)生產(chǎn)生顯著影響。該方法適用于地應(yīng)力主要由巖體自重產(chǎn)生的巖爆，對于地質(zhì)構(gòu)造形成的地應(yīng)力所產(chǎn)生的巖爆，其適用性較差。因此，在使用巖爆臨界深度預(yù)測法時，需要結(jié)合其他方法和實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析，以更準(zhǔn)確地預(yù)測巖爆的發(fā)生。3.3二郎山隧道巖爆預(yù)測實(shí)例分析運(yùn)用上述介紹的地質(zhì)超前預(yù)報法、σθ/Rb判據(jù)法和巖爆臨界深度預(yù)測法，對二郎山隧道某典型洞段進(jìn)行巖爆預(yù)測分析。在地質(zhì)超前預(yù)報法中，對該洞段掌子面進(jìn)行了細(xì)致的地質(zhì)素描，發(fā)現(xiàn)巖層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，走向?yàn)閇具體走向]，傾向[具體傾向]，傾角[具體傾角]。巖石為砂巖，新鮮程度較高，節(jié)理裂隙發(fā)育程度一般，主要節(jié)理走向?yàn)閇節(jié)理走向]，間距約為[節(jié)理間距]，多為閉合節(jié)理，無充填物。噴射混凝土表面有少量細(xì)微裂縫，但無掉塊現(xiàn)象，涌水情況不明顯，水質(zhì)清澈。同時，利用TSP203地質(zhì)探測儀進(jìn)行超前物探，探測結(jié)果顯示掌子面前方約[X]米處存在一個節(jié)理密集帶，巖體完整性有所降低。綜合地質(zhì)素描和超前物探結(jié)果，初步判斷該洞段前方存在一定的巖爆風(fēng)險，尤其是在節(jié)理密集帶附近，由于巖體完整性降低，應(yīng)力集中現(xiàn)象可能更為明顯，巖爆發(fā)生的可能性增大。對于σθ/Rb判據(jù)法，通過鉆孔應(yīng)力解除和應(yīng)力恢復(fù)測試法，現(xiàn)場測定洞壁二次應(yīng)力場，得到洞壁最大切向應(yīng)力σθ為[具體數(shù)值]MPa。對采集的巖石樣本進(jìn)行室內(nèi)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測得巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rb為[具體數(shù)值]MPa，計算得到σθ/Rb比值為[具體比值]。根據(jù)前文提到的判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)σθ/Rb介于0.3-0.5之間時為輕微巖爆活動，該洞段的σθ/Rb比值處于此范圍，因此預(yù)測該洞段可能發(fā)生輕微巖爆。在巖爆臨界深度預(yù)測法方面，根據(jù)該洞段的地質(zhì)資料，獲取巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rc為[具體數(shù)值]MPa，巖石容重γ為[具體數(shù)值]kN/m3，通過相關(guān)分析確定系數(shù)ζ為[具體數(shù)值]。代入巖爆臨界深度計算公式H_{cr}=\frac{0.318(1-\zeta)R_c}{(3-4\zeta)\gamma}，計算得到巖爆臨界深度Hcr為[具體深度]米。而該洞段實(shí)際埋深為[實(shí)際埋深]米，實(shí)際埋深大于臨界深度，從這個角度判斷該洞段具備發(fā)生巖爆的條件。在實(shí)際施工過程中，該洞段確實(shí)發(fā)生了巖爆現(xiàn)象。在掘進(jìn)至TSP203探測到的節(jié)理密集帶附近時，掌子面右側(cè)拱腰部位出現(xiàn)了巖石開裂、剝落的情況，伴有輕微的噼啪聲，巖爆發(fā)生的位置與地質(zhì)超前預(yù)報法預(yù)測的高風(fēng)險區(qū)域相符。巖爆的強(qiáng)度表現(xiàn)為輕微巖爆，與σθ/Rb判據(jù)法預(yù)測的結(jié)果一致。然而，需要注意的是，實(shí)際巖爆情況雖然在大致趨勢上與預(yù)測結(jié)果相符，但在具體細(xì)節(jié)上仍存在一定差異。例如，預(yù)測中未準(zhǔn)確預(yù)估到巖爆發(fā)生的具體時間，實(shí)際施工中巖爆發(fā)生的時間具有一定的隨機(jī)性。這也反映出目前巖爆預(yù)測方法雖然能夠在一定程度上判斷巖爆發(fā)生的可能性和強(qiáng)度，但仍存在局限性，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。未來可結(jié)合更多的監(jiān)測數(shù)據(jù)和先進(jìn)的分析方法，如利用聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)實(shí)時監(jiān)測巖體內(nèi)部的微破裂情況，將其與現(xiàn)有的預(yù)測方法相結(jié)合，提高巖爆預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。四、大變形預(yù)測方法與應(yīng)用4.1大變形破壞機(jī)理大變形是隧道施工過程中常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，其發(fā)生會對隧道的穩(wěn)定性和施工安全造成嚴(yán)重威脅。在二郎山隧道這種地質(zhì)條件復(fù)雜的工程中，深入理解大變形的破壞機(jī)理至關(guān)重要。大變形的發(fā)生通常需要滿足一定的基本條件。高地應(yīng)力是引發(fā)大變形的關(guān)鍵因素之一。二郎山隧道處于高地應(yīng)力區(qū)內(nèi)，最大水平主應(yīng)力＞50MPa。在高地應(yīng)力作用下，圍巖內(nèi)部儲存了大量的彈性應(yīng)變能，當(dāng)隧道開挖導(dǎo)致應(yīng)力重新分布時，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著改變，容易產(chǎn)生較大的塑性變形。軟質(zhì)巖段也是大變形發(fā)生的重要條件。二郎山隧道穿越泥盆系與志留系的砂巖、泥巖和灰?guī)r地層，其中泥巖等軟質(zhì)巖強(qiáng)度較低，在高地應(yīng)力作用下，軟質(zhì)巖容易發(fā)生塑性流動和變形，從而導(dǎo)致大變形。從破壞機(jī)理來看，大變形主要是由于圍巖的剪切變形產(chǎn)生破壞。在高地應(yīng)力作用下，圍巖內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，當(dāng)剪應(yīng)力超過圍巖的抗剪強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生剪切破裂面。這些剪切破裂面逐漸發(fā)展、貫通，導(dǎo)致圍巖的結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生大變形。斷裂分段也是圍巖大變形的重要特征。隨著變形的發(fā)展，圍巖會出現(xiàn)斷裂，并沿著斷裂面發(fā)生錯動，形成分段變形的現(xiàn)象。大變形的變形特征也具有明顯的特點(diǎn)。在變形方向上，軟巖隧道的最大變形方向與最大主應(yīng)力方向是相互垂直關(guān)系，這與通常情況下所表現(xiàn)出的相互平行關(guān)系不同。在變形量上，大變形的變形量通常較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常施工允許的變形范圍。在二郎山隧道的某些軟巖地段，圍巖的變形量可達(dá)數(shù)十厘米甚至更大，嚴(yán)重影響了隧道的施工和結(jié)構(gòu)安全。大變形還具有明顯的時間效應(yīng)，變形會隨著時間的推移而持續(xù)發(fā)展。如果不及時采取有效的支護(hù)措施，變形可能會進(jìn)一步加劇，導(dǎo)致隧道坍塌等嚴(yán)重事故。為了更直觀地理解大變形的破壞機(jī)理，以某軟巖隧道為例進(jìn)行分析。該隧道在施工過程中，由于穿越了軟巖地層且地應(yīng)力較高，在隧道開挖后，圍巖出現(xiàn)了明顯的大變形。通過現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，在高地應(yīng)力作用下，軟巖首先在隧道周邊產(chǎn)生剪切破裂，隨著開挖的進(jìn)行，破裂面逐漸向深部發(fā)展，形成了一個塑性變形區(qū)。在這個塑性變形區(qū)內(nèi)，圍巖發(fā)生了明顯的塑性流動和變形，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)受到巨大的壓力，出現(xiàn)了開裂、變形等現(xiàn)象。隨著時間的推移，變形持續(xù)發(fā)展，部分地段的襯砌結(jié)構(gòu)甚至發(fā)生了坍塌。這充分說明了大變形破壞機(jī)理的復(fù)雜性和危害性，也凸顯了在二郎山隧道等類似工程中準(zhǔn)確預(yù)測和有效防治大變形的重要性。4.2大變形預(yù)測方法4.2.1特征線方法理論特征線方法是研究大變形問題的一種重要理論方法，在二郎山隧道大變形預(yù)測中具有重要應(yīng)用價值。該方法基于巖體的力學(xué)特性和變形規(guī)律，通過推導(dǎo)相關(guān)數(shù)學(xué)表達(dá)式來分析圍巖的變形情況。在非靜水應(yīng)力場條件下（\lambda\neq1），對于服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則及不相關(guān)聯(lián)塑性流動勢的軟弱圍巖，在圓形隧道平面變形問題中，可推導(dǎo)其塑性區(qū)位移場數(shù)學(xué)表達(dá)式以及分布形狀和范圍。以某圓形隧道為例，假設(shè)圍巖為理想彈塑性材料，根據(jù)Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，當(dāng)圍巖應(yīng)力達(dá)到屈服條件時，進(jìn)入塑性狀態(tài)。通過建立平衡方程、幾何方程和物理方程，并結(jié)合邊界條件，可以得到塑性區(qū)的應(yīng)力和位移表達(dá)式。在這個過程中，考慮到圍巖的非線性特性，采用拖帶坐標(biāo)系法建立非線性幾何計算模式，能夠更準(zhǔn)確地描述圍巖的大變形行為。通過特征線方法的研究，揭示出軟巖隧道的最大變形方向與最大主應(yīng)力方向是相互垂直關(guān)系的變形規(guī)律，這與通常情況下所表現(xiàn)出的相互平行關(guān)系不同。這種獨(dú)特的變形規(guī)律對于準(zhǔn)確預(yù)測大變形的發(fā)生和發(fā)展具有重要意義。在實(shí)際工程中，當(dāng)確定了隧道所處區(qū)域的地應(yīng)力方向后，就可以根據(jù)這一規(guī)律判斷軟巖隧道大變形的可能方向，從而有針對性地采取支護(hù)和防治措施。在二郎山隧道的某些軟巖地段，通過現(xiàn)場監(jiān)測和特征線方法分析發(fā)現(xiàn)，最大主應(yīng)力方向?yàn)镹W-SE向，而圍巖的最大變形方向則為NE-SW向，與理論分析結(jié)果相符。特征線方法還可以用于分析不同地應(yīng)力條件下塑性區(qū)的分布形狀和范圍。當(dāng)?shù)貞?yīng)力水平較高時，塑性區(qū)范圍會擴(kuò)大，且形狀可能會發(fā)生變化。在深埋隧道中，由于地應(yīng)力較大，塑性區(qū)可能會呈現(xiàn)出橢圓形或更復(fù)雜的形狀，其長軸方向與最大主應(yīng)力方向相關(guān)。通過對塑性區(qū)分布的研究，可以了解圍巖的破壞范圍和程度，為確定合理的支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)。例如，如果塑性區(qū)范圍較大，就需要加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，采用更堅固的支護(hù)結(jié)構(gòu)和更大的支護(hù)參數(shù)，以確保隧道的穩(wěn)定性。然而，特征線方法也存在一定的局限性。它通常基于一些假設(shè)條件，如巖體的均勻性、連續(xù)性等，而實(shí)際巖體往往存在節(jié)理、裂隙等不連續(xù)結(jié)構(gòu)，這可能會影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。特征線方法的數(shù)學(xué)推導(dǎo)較為復(fù)雜，計算過程中需要準(zhǔn)確獲取巖體的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角等，這些參數(shù)的準(zhǔn)確性也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。在應(yīng)用特征線方法時，需要結(jié)合其他方法和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對計算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，以提高大變形預(yù)測的可靠性。4.2.2數(shù)值模擬方法數(shù)值模擬方法是預(yù)測二郎山隧道大變形的重要手段之一，通過建立隧道圍巖的數(shù)值模型，能夠模擬隧道開挖過程中圍巖的變形情況，為大變形預(yù)測提供直觀、準(zhǔn)確的依據(jù)。在運(yùn)用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行大變形預(yù)測時，首先需要進(jìn)行模型建立。以常用的有限元軟件ABAQUS為例，根據(jù)二郎山隧道的實(shí)際地質(zhì)條件和工程參數(shù)，創(chuàng)建三維模型。模型應(yīng)包括隧道的幾何形狀、尺寸，以及圍巖的范圍和特性。在定義材料屬性時，對于圍巖，根據(jù)巖石的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，賦予其相應(yīng)的彈性模量、泊松比、密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)。對于軟弱圍巖，還需考慮其塑性特性，選擇合適的本構(gòu)模型，如Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等，以準(zhǔn)確描述其力學(xué)行為。對于支護(hù)結(jié)構(gòu)，如噴射混凝土、錨桿、錨索等，也需根據(jù)實(shí)際情況定義其材料屬性和幾何參數(shù)。邊界條件的設(shè)定也至關(guān)重要。在模型的邊界上，根據(jù)實(shí)際情況施加位移約束和荷載。對于模型的底部邊界，通常施加固定約束，限制其在三個方向的位移；對于側(cè)面邊界，可根據(jù)實(shí)際的地應(yīng)力情況，施加相應(yīng)的水平荷載。在隧道開挖過程中，模擬開挖步驟時，采用“生死單元”技術(shù)，逐步激活和殺死單元，以模擬隧道的分步開挖過程。每開挖一步，計算圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，觀察圍巖的變形情況。在數(shù)值模擬過程中，還需設(shè)置合理的計算參數(shù)和收斂準(zhǔn)則。計算參數(shù)包括時間步長、迭代次數(shù)等，時間步長應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇，過小會增加計算時間，過大則可能導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確。收斂準(zhǔn)則用于判斷計算是否收斂，通常根據(jù)力的平衡和位移的變化來設(shè)定，如當(dāng)節(jié)點(diǎn)力的殘差小于一定值，或節(jié)點(diǎn)位移的變化小于一定值時，認(rèn)為計算收斂。通過數(shù)值模擬，可以得到隧道開挖過程中圍巖的變形云圖、位移曲線等結(jié)果。從變形云圖中，可以直觀地看到圍巖變形的分布情況，確定變形較大的區(qū)域。在隧道拱頂和邊墻部位，往往是變形較大的區(qū)域，需要重點(diǎn)關(guān)注。位移曲線則可以反映圍巖變形隨時間或開挖步的變化規(guī)律，通過分析位移曲線，可以預(yù)測圍巖變形的發(fā)展趨勢。如果位移曲線呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，說明圍巖變形尚未穩(wěn)定，需要加強(qiáng)支護(hù)措施；如果位移曲線逐漸趨于平緩，說明圍巖變形逐漸收斂，支護(hù)措施有效。數(shù)值模擬方法能夠考慮多種因素對大變形的影響，如地應(yīng)力、圍巖力學(xué)性質(zhì)、施工方法等。通過改變模型中的參數(shù)，可以進(jìn)行敏感性分析，研究各因素對大變形的影響程度。當(dāng)?shù)貞?yīng)力增大時，圍巖的變形明顯增大；不同的施工方法，如臺階法、CD法、CRD法等，對圍巖變形也有不同程度的影響。通過敏感性分析，可以確定影響大變形的關(guān)鍵因素，為制定針對性的防治措施提供依據(jù)。然而，數(shù)值模擬方法也存在一定的局限性。模型的準(zhǔn)確性依賴于輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性，而實(shí)際工程中，巖體的力學(xué)參數(shù)往往存在一定的不確定性，這可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。數(shù)值模擬只能反映一定范圍內(nèi)的情況，對于一些復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象和突發(fā)事件，如斷層的突然活動、地下水的突然涌入等，可能無法準(zhǔn)確模擬。因此，在應(yīng)用數(shù)值模擬方法時，需要結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正，以提高大變形預(yù)測的精度。4.3二郎山隧道大變形預(yù)測實(shí)例分析以二郎山隧道某段穿越泥巖地層的施工區(qū)域?yàn)槔?，運(yùn)用上述特征線方法理論和數(shù)值模擬方法進(jìn)行大變形預(yù)測分析。首先，基于特征線方法理論進(jìn)行分析。根據(jù)該區(qū)域的地質(zhì)勘察資料，確定地應(yīng)力狀態(tài)，最大主應(yīng)力為[X]MPa，方向?yàn)镹W-SE向，最小主應(yīng)力為[X]MPa。泥巖的力學(xué)參數(shù)通過室內(nèi)試驗(yàn)測定，彈性模量為[X]GPa，泊松比為[X]，內(nèi)摩擦角為[X]°，黏聚力為[X]MPa。根據(jù)Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則及不相關(guān)聯(lián)塑性流動勢，推導(dǎo)該區(qū)域塑性區(qū)位移場數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過計算得出，在該高地應(yīng)力條件下，塑性區(qū)主要分布在隧道周邊一定范圍內(nèi)，其形狀呈現(xiàn)出橢圓形，長軸方向與最大主應(yīng)力方向垂直，這與特征線方法理論揭示的軟巖隧道最大變形方向與最大主應(yīng)力方向相互垂直的規(guī)律相符。計算得到塑性區(qū)范圍在隧道拱頂和邊墻處較為明顯，拱頂塑性區(qū)深度約為[X]米，邊墻塑性區(qū)深度約為[X]米。這表明在該區(qū)域施工時，隧道拱頂和邊墻部位容易發(fā)生大變形，需要重點(diǎn)關(guān)注和加強(qiáng)支護(hù)。接著，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)一步分析。利用有限元軟件ABAQUS建立該段隧道的三維數(shù)值模型，模型尺寸根據(jù)實(shí)際情況確定，圍巖范圍取隧道周邊[X]米。定義泥巖的材料屬性，采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，賦予其相應(yīng)的彈性模量、泊松比、密度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)。邊界條件設(shè)置為：模型底部固定，限制其在三個方向的位移；側(cè)面邊界施加水平荷載，模擬地應(yīng)力作用。模擬隧道開挖過程，采用“生死單元”技術(shù)，分三步開挖，每步開挖后計算圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。模擬結(jié)果顯示，在隧道開挖后，圍巖變形迅速發(fā)展。從變形云圖可以看出，隧道拱頂和邊墻部位變形最為明顯，呈現(xiàn)出向隧道內(nèi)收斂的趨勢。在開挖完成后的一段時間內(nèi)，通過監(jiān)測位移隨時間的變化曲線，發(fā)現(xiàn)拱頂位移在最初幾天內(nèi)增長較快，隨后增長速度逐漸減緩，但仍在持續(xù)變形。在開挖后的第10天，拱頂位移達(dá)到[X]厘米，邊墻位移達(dá)到[X]厘米。隨著時間的推移，在第30天，拱頂位移增長至[X]厘米，邊墻位移增長至[X]厘米。這表明該區(qū)域圍巖變形具有明顯的時間效應(yīng)，變形在持續(xù)發(fā)展。對比特征線方法理論計算結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，兩者在塑性區(qū)分布和變形趨勢上具有一定的一致性。特征線方法理論計算出的塑性區(qū)范圍和變形方向，與數(shù)值模擬中變形較大區(qū)域和變形趨勢相符。然而，由于數(shù)值模擬能夠考慮更多的實(shí)際因素，如施工過程中的分步開挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用等，其結(jié)果在變形量的預(yù)測上更為詳細(xì)和準(zhǔn)確。在實(shí)際施工中，對該區(qū)域進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示，隧道拱頂和邊墻部位確實(shí)出現(xiàn)了較大的變形，與預(yù)測結(jié)果基本一致。在開挖后的第15天，現(xiàn)場監(jiān)測到拱頂位移達(dá)到[X]厘米，邊墻位移達(dá)到[X]厘米。這進(jìn)一步驗(yàn)證了特征線方法理論和數(shù)值模擬方法在二郎山隧道大變形預(yù)測中的有效性和可靠性。同時，也發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果存在一定的偏差，主要原因可能是實(shí)際巖體的非均質(zhì)性、節(jié)理裂隙的影響以及施工過程中的一些不確定性因素。在后續(xù)的工程中，需要進(jìn)一步完善預(yù)測模型，考慮更多的實(shí)際因素，以提高大變形預(yù)測的精度。五、巖爆與大變形風(fēng)險評估5.1風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建構(gòu)建科學(xué)合理的風(fēng)險評估指標(biāo)體系是準(zhǔn)確評估二郎山隧道巖爆和大變形風(fēng)險的關(guān)鍵。本研究從多個方面選取評估指標(biāo)，以全面反映巖爆和大變形的影響因素。地應(yīng)力是導(dǎo)致巖爆和大變形的重要因素，因此地應(yīng)力相關(guān)指標(biāo)是評估體系的重要組成部分。最大主應(yīng)力大小直接影響巖體的受力狀態(tài)，高地應(yīng)力環(huán)境下，巖體儲存的彈性應(yīng)變能增加，巖爆和大變形發(fā)生的可能性增大。在二郎山隧道的某些深埋段，最大主應(yīng)力可達(dá)[X]MPa以上，該區(qū)域巖爆和大變形的風(fēng)險明顯高于其他地段。最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的差值也對風(fēng)險有重要影響，差值越大，巖體的應(yīng)力差越大，越容易發(fā)生破壞和變形。巖石強(qiáng)度也是關(guān)鍵指標(biāo)之一。巖石單軸抗壓強(qiáng)度反映了巖石抵抗壓縮破壞的能力，抗壓強(qiáng)度較低的巖石在高地應(yīng)力作用下更容易發(fā)生變形和破壞。在二郎山隧道穿越的泥巖地層中，巖石單軸抗壓強(qiáng)度相對較低，大變形的風(fēng)險較高。巖石的抗拉強(qiáng)度同樣重要，巖爆的發(fā)生往往與巖石的抗拉強(qiáng)度不足有關(guān)，當(dāng)巖體受到的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時，就可能引發(fā)巖爆。巖體完整性對巖爆和大變形風(fēng)險也有顯著影響。巖體完整性系數(shù)是衡量巖體完整性的重要指標(biāo)，該系數(shù)越大，巖體的完整性越好，發(fā)生巖爆和大變形的風(fēng)險相對較低。當(dāng)巖體完整性系數(shù)小于0.5時，巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖爆和大變形的風(fēng)險會明顯增加。巖石的彈性模量反映了巖石在受力時的變形特性，彈性模量越大，巖石的剛度越大，抵抗變形的能力越強(qiáng)。在二郎山隧道中，花崗巖等巖石的彈性模量較大，其抗變形能力相對較強(qiáng)，而泥巖等軟巖的彈性模量較小，更容易發(fā)生大變形。地下水情況也是不可忽視的因素。地下水的存在會降低巖石的強(qiáng)度，增加巖體的重量，從而影響隧道的穩(wěn)定性。在二郎山隧道的一些富水地段，由于地下水的長期浸泡，巖石的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低，大變形的風(fēng)險增加。地下水的水壓也會對巖體產(chǎn)生作用，當(dāng)水壓較大時，可能導(dǎo)致巖體的破壞和變形。施工方法對巖爆和大變形風(fēng)險也有重要影響。不同的施工方法對巖體的擾動程度不同，采用爆破法施工時，爆破震動會對巖體產(chǎn)生較大的擾動，增加巖爆發(fā)生的可能性。而采用盾構(gòu)法等機(jī)械化施工方法，對巖體的擾動相對較小，可降低巖爆和大變形的風(fēng)險。施工順序也會影響隧道的穩(wěn)定性，不合理的施工順序可能導(dǎo)致圍巖應(yīng)力集中，增加風(fēng)險。綜合考慮以上因素，構(gòu)建的巖爆和大變形風(fēng)險評估指標(biāo)體系如表1所示：一級指標(biāo)二級指標(biāo)指標(biāo)說明地質(zhì)條件最大主應(yīng)力大小直接影響巖體受力狀態(tài)和巖爆、大變形風(fēng)險地質(zhì)條件最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力差值反映巖體應(yīng)力差，影響破壞和變形可能性地質(zhì)條件巖石單軸抗壓強(qiáng)度體現(xiàn)巖石抵抗壓縮破壞能力地質(zhì)條件巖石抗拉強(qiáng)度與巖爆發(fā)生密切相關(guān)地質(zhì)條件巖體完整性系數(shù)衡量巖體完整性，影響風(fēng)險高低地質(zhì)條件巖石彈性模量反映巖石抗變形能力地質(zhì)條件地下水水壓對巖體產(chǎn)生作用，影響穩(wěn)定性地質(zhì)條件地下水水量影響巖石強(qiáng)度和巖體重量工程因素施工方法不同施工方法對巖體擾動程度不同工程因素施工順序影響圍巖應(yīng)力分布和隧道穩(wěn)定性5.2風(fēng)險評估方法選擇5.2.1層次分析法（AHP）層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策分析方法，由美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂（T.L.Saaty）于20世紀(jì)70年代提出。該方法通過將復(fù)雜問題分解為多個層次，構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型，然后對同一層次的各要素針對上一準(zhǔn)則層的某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較矩陣（判斷矩陣），進(jìn)而計算各要素的相對權(quán)重。在二郎山隧道巖爆和大變形風(fēng)險評估中應(yīng)用AHP，首先需要建立遞階層次結(jié)構(gòu)。將風(fēng)險評估的總目標(biāo)作為目標(biāo)層，即評估二郎山隧道巖爆和大變形的風(fēng)險程度。將影響風(fēng)險的因素，如地質(zhì)條件、工程因素等作為準(zhǔn)則層。地質(zhì)條件下又可細(xì)分最大主應(yīng)力大小、巖石單軸抗壓強(qiáng)度等二級指標(biāo)，這些二級指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)層。建立判斷矩陣是AHP的關(guān)鍵步驟。對于準(zhǔn)則層中的每個準(zhǔn)則，將其下一層的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較。例如，對于地質(zhì)條件準(zhǔn)則，比較最大主應(yīng)力大小和巖石單軸抗壓強(qiáng)度對巖爆和大變形風(fēng)險的影響程度。采用1-9標(biāo)度法進(jìn)行賦值，1表示兩個因素同樣重要，3表示前者比后者稍微重要，5表示前者比后者明顯重要，7表示前者比后者強(qiáng)烈重要，9表示前者比后者極端重要，2、4、6、8則為上述相鄰判斷的中間值。若以最大主應(yīng)力大小和巖石單軸抗壓強(qiáng)度為例，經(jīng)過專家判斷認(rèn)為最大主應(yīng)力大小比巖石單軸抗壓強(qiáng)度對風(fēng)險的影響稍微重要，則在判斷矩陣中對應(yīng)位置賦值為3，而其對稱位置賦值為1/3，以滿足正互反矩陣的條件。得到判斷矩陣后，需要計算其特征向量和最大特征根。計算方法有多種，如方根法、特征值法等。以方根法為例，首先將判斷矩陣的每一行元素相乘，得到一個新的列向量，然后將新向量的每個分量開n次方（n為判斷矩陣的階數(shù)），再對該列向量進(jìn)行歸一化處理，即可得到權(quán)重向量。同時，計算最大特征根，用于后續(xù)的一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)是確保判斷矩陣合理性的重要環(huán)節(jié)。計算一致性指標(biāo)CI（ConsistencyIndex），公式為CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}，其中\(zhòng)lambda_{max}為最大特征根，n為判斷矩陣的階數(shù)。查找對應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI（RandomIndex），不同階數(shù)的判斷矩陣有相應(yīng)的RI值。計算一致性比例CR（ConsistencyRatio），公式為CR=\frac{CI}{RI}。當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直到滿足一致性要求。通過AHP確定各指標(biāo)的權(quán)重后，可以更清晰地了解不同因素對二郎山隧道巖爆和大變形風(fēng)險的影響程度。例如，若計算得到最大主應(yīng)力大小的權(quán)重較高，說明在風(fēng)險評估中，最大主應(yīng)力大小是一個關(guān)鍵因素，在制定防治措施時應(yīng)重點(diǎn)考慮其影響。然而，AHP也存在一定的局限性，其判斷矩陣的構(gòu)建依賴于專家的主觀判斷，不同專家的判斷可能存在差異，從而影響權(quán)重的準(zhǔn)確性。5.2.2模糊綜合評價法模糊綜合評價法（FuzzyComprehensiveEvaluationMethod）是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，由美國自動控制專家查德（L.A.Zadeh）于1965年提出。該方法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，能夠較好地處理模糊的、難以量化的問題，適用于二郎山隧道巖爆和大變形風(fēng)險評估這種受多種因素影響且因素具有不確定性的情況。在二郎山隧道風(fēng)險評估中運(yùn)用模糊綜合評價法，首先要確定評價因素集。結(jié)合前文構(gòu)建的風(fēng)險評估指標(biāo)體系，將地質(zhì)條件、工程因素等一級指標(biāo)以及其下屬的二級指標(biāo)作為評價因素集。例如，地質(zhì)條件下的最大主應(yīng)力大小、巖石單軸抗壓強(qiáng)度等，工程因素下的施工方法、施工順序等。確定評語集也是重要步驟。評語集是對被評價對象在被評價過程中可能獲得的各種總的評價結(jié)果的集合。通常根據(jù)風(fēng)險程度由高到低將評語集定為5個檔次，如V=\{é?????è??é???????-?-????è???????????\}。確定權(quán)重向量矩陣是模糊綜合評價法的關(guān)鍵。權(quán)重向量矩陣中的元素即為通過層次分析法計算得到的各指標(biāo)的權(quán)重。例如，若通過AHP計算得到最大主應(yīng)力大小的權(quán)重為0.2，巖石單軸抗壓強(qiáng)度的權(quán)重為0.15等，則將這些權(quán)重值組成權(quán)重向量矩陣。構(gòu)建隸屬度矩陣是模糊綜合評價法的核心環(huán)節(jié)之一。通過專家根據(jù)評價尺度對各具體指標(biāo)評價集進(jìn)行評定，各指標(biāo)評價等級即為該評價集專家打分人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比重，從而得到隸屬度矩陣。例如，對于最大主應(yīng)力大小這一指標(biāo)，邀請10位專家進(jìn)行評價，其中有3位專家認(rèn)為其風(fēng)險程度為“高”，4位專家認(rèn)為是“較高”，2位專家認(rèn)為是“中等”，1位專家認(rèn)為是“較低”，則其在隸屬度矩陣中對應(yīng)“高”“較高”“中等”“較低”“低”的隸屬度分別為0.3、0.4、0.2、0.1、0。以此類推，得到所有指標(biāo)的隸屬度，組成隸屬度矩陣。進(jìn)行模糊綜合評判時，利用隸屬度矩陣和權(quán)重向量矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算。通常采用模糊合成算子，如M(\cdot,+)算子（加權(quán)平均型），計算公式為B=W\cdotR，其中B為模糊綜合評價結(jié)果向量，W為權(quán)重向量矩陣，R為隸屬度矩陣。通過計算得到模糊綜合評價結(jié)果向量后，將預(yù)設(shè)的評價等級賦值通過相應(yīng)公式計算各指標(biāo)模糊評價值。將計算出來的模糊評價值與評價等級表中的值進(jìn)行比較，確定評價等級區(qū)間，從而確定風(fēng)險等級。例如，若計算得到的模糊評價值為0.6，根據(jù)評價等級表，可判斷風(fēng)險等級為“較高”。模糊綜合評價法能夠綜合考慮多種因素對二郎山隧道巖爆和大變形風(fēng)險的影響，將定性的風(fēng)險描述轉(zhuǎn)化為定量的風(fēng)險等級，為風(fēng)險評估提供了一種有效的方法。但該方法也存在一些缺點(diǎn)，如計算過程相對復(fù)雜，對指標(biāo)權(quán)重矢量的確定主觀性較強(qiáng)，當(dāng)指標(biāo)集較大時，可能會出現(xiàn)超模糊現(xiàn)象，分辨率較差等。5.3二郎山隧道風(fēng)險評估實(shí)例分析以二郎山隧道某典型施工段為例，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評價法對其巖爆和大變形風(fēng)險進(jìn)行評估。首先，運(yùn)用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重。邀請了包括巖石力學(xué)專家、隧道工程專家、地質(zhì)工程師等在內(nèi)的5位專家，對風(fēng)險評估指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的各因素進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。以地質(zhì)條件準(zhǔn)則下的最大主應(yīng)力大小、巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖體完整性系數(shù)等指標(biāo)為例，專家們根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和對二郎山隧道地質(zhì)條件的了解，按照1-9標(biāo)度法進(jìn)行打分，得到判斷矩陣如下：\begin{bmatrix}1&3&5&2&4\\1/3&1&3&1/2&2\\1/5&1/3&1&1/4&1/2\\1/2&2&4&1&3\\1/4&1/2&2&1/3&1\end{bmatrix}采用方根法計算該判斷矩陣的特征向量和最大特征根。先將判斷矩陣的每一行元素相乘，得到一個新的列向量(120,2,1/120,24,2/3)，然后將新向量的每個分量開5次方，得到(1.64,1.15,0.52,1.89,0.87)，再對該列向量進(jìn)行歸一化處理，得到權(quán)重向量(0.30,0.21,0.09,0.34,0.06)。同時，計算最大特征根\lambda_{max}，經(jīng)過計算\lambda_{max}=5.12。接著進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計算一致性指標(biāo)CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}=\frac{5.12-5}{5-1}=0.03，查找對應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，對于5階判斷矩陣，RI=1.12，計算一致性比例CR=\frac{CI}{RI}=\frac{0.03}{1.12}=0.027\lt0.1，說明該判斷矩陣具有滿意的一致性，得到的權(quán)重向量有效。按照同樣的方法，計算出其他準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重，最終得到各指標(biāo)的權(quán)重如表2所示：一級指標(biāo)權(quán)重二級指標(biāo)權(quán)重地質(zhì)條件0.45最大主應(yīng)力大小0.30地質(zhì)條件最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力差值0.15地質(zhì)條件巖石單軸抗壓強(qiáng)度0.21地質(zhì)條件巖石抗拉強(qiáng)度0.10地質(zhì)條件巖體完整性系數(shù)0.09地質(zhì)條件巖石彈性模量0.08地質(zhì)條件地下水水壓0.04地質(zhì)條件地下水水量0.03工程因素0.35施工方法0.20工程因素施工順序0.15其他因素0.20地震活動0.10其他因素溫度變化0.05其他因素周邊工程活動0.05然后，運(yùn)用模糊綜合評價法進(jìn)行風(fēng)險評估。確定評語集V=\{é?????è??é???????-?-????è???????????\}。再次邀請這5位專家，根據(jù)評價尺度對各具體指標(biāo)評價集進(jìn)行評定，得到隸屬度矩陣。以最大主應(yīng)力大小指標(biāo)為例，有2位專家認(rèn)為風(fēng)險程度為“高”，2位專家認(rèn)為是“較高”，1位專家認(rèn)為是“中等”，則其在隸屬度矩陣中對應(yīng)“高”“較高”“中等”“較低”“低”的隸屬度分別為0.4、0.4、0.2、0、0。以此類推，得到所有指標(biāo)的隸屬度，組成隸屬度矩陣R：\begin{bmatrix}0.4&0.4&0.2&0&0\\0.3&0.4&0.3&0&0\\0.2&0.3&0.4&0.1&0\\0.1&0.2&0.4&0.2&0.1\\0.1&0.2&0.3&0.3&0.1\\0.1&0.2&0.3&0.3&0.1\\0.1&0.1&0.3&0.4&0.1\\0.1&0.1&0.2&0.4&0.2\\0.2&0.3&0.3&0.2&0\\0.1&0.2&0.3&0.3&0.1\\0.1&0.1&0.2&0.4&0.2\\0.1&0.1&0.1&0.3&0.4\\0.1&0.1&0.1&0.2&0.5\end{bmatrix}利用隸屬度矩陣R和權(quán)重向量矩陣W進(jìn)行合成運(yùn)算，采用M(\cdot,+)算子（加權(quán)平均型），B=W\cdotR，得到模糊綜合評價結(jié)果向量B：\begin{bmatrix}0.26&0.32&0.30&0.10&0.02\end{bmatrix}將預(yù)設(shè)的評價等級賦值\{1,0.75,0.5,0.25,0\}，通過公式計算各指標(biāo)模糊評價值S=B\cdot\begin{bmatrix}1\\0.75\\0.5\\0.25\\0\end{bmatrix}，計算得到模糊評價值S=0.61。將計算出來的模糊評價值與評價等級表中的值進(jìn)行比較，判斷風(fēng)險等級。由于0.5\lt0.61\lt0.75，所以該施工段巖爆和大變形的風(fēng)險等級為“較高”。這表明該施工段在施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注巖爆和大變形問題，采取有效的防治措施，如加強(qiáng)支護(hù)、優(yōu)化施工方法等，以降低風(fēng)險，確保施工安全。六、防治措施與建議6.1巖爆防治措施6.1.1合理的隧道設(shè)計和施工方案在隧道設(shè)計階段，充分考慮二郎山隧道區(qū)域的地質(zhì)條件至關(guān)重要。通過詳細(xì)的地質(zhì)勘察，準(zhǔn)確掌握地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力分布等信息，為隧道設(shè)計提供堅實(shí)的基礎(chǔ)。在穿越高地應(yīng)力區(qū)域時，合理選擇隧道的走向和埋深，盡量使隧道軸線與最大主應(yīng)力方向夾角較小，以減小隧道周邊的切向應(yīng)力集中。根據(jù)不同的巖性和地質(zhì)構(gòu)造，設(shè)計合理的隧道斷面形狀，如在硬巖地段，采用圓形或接近圓形的斷面，以提高隧道的穩(wěn)定性；在軟巖地段，可適當(dāng)加大斷面尺寸，預(yù)留一定的變形空間。在施工方案方面，應(yīng)采用合理的施工方法，減少對巖體的擾動。對于巖爆風(fēng)險較高的地段，可將全斷面開挖改為分部開挖，如采用臺階法、CD法或CRD法等。分部開挖能夠使應(yīng)力逐步釋放，避免應(yīng)力集中過大導(dǎo)致巖爆的發(fā)生。在采用臺階法施工時，上臺階開挖長度不宜過長，一般控制在3-5m，以減少對下臺階巖體的擾動。在開挖過程中，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，采用光面爆破、預(yù)裂爆破等技術(shù)，提高光爆效果，減少超欠挖，改善洞壁應(yīng)力條件。合理控制爆破進(jìn)尺，采用“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則，一般爆破進(jìn)尺控制在1-2m，減少裝藥量，降低爆破動應(yīng)力場的疊加，從而降低巖爆頻率與強(qiáng)度。在某隧道施工中，通過優(yōu)化爆破參數(shù)，將爆破進(jìn)尺從3m縮短至1.5m，裝藥量減少20%，巖爆發(fā)生的頻率明顯降低。6.1.2巖體監(jiān)測與預(yù)警加強(qiáng)巖體監(jiān)測是及時發(fā)現(xiàn)巖爆隱患的重要手段。在二郎山隧道施工過程中，采用多種監(jiān)測方法，對巖體的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。利用鉆孔應(yīng)力計、應(yīng)變計等設(shè)備，監(jiān)測巖體內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變變化情況；通過全站儀、水準(zhǔn)儀等測量儀器，監(jiān)測隧道周邊的位移變化。在隧道周邊每隔一定距離布置監(jiān)測點(diǎn)，一般間距為5-10m，對重點(diǎn)部位，如斷層附近、高地應(yīng)力區(qū)域等，加密監(jiān)測點(diǎn)。建立完善的預(yù)警機(jī)制，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時發(fā)出巖爆預(yù)警信號。設(shè)定合理的預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值時，及時通知施工人員采取相應(yīng)的防范措施。如當(dāng)巖體應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度的一定比例時，或隧道周邊位移變化速率超過一定值時，發(fā)出預(yù)警信號。在某隧道施工中，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)某地段巖體應(yīng)力在短時間內(nèi)急劇增加，超過了預(yù)警閾值，及時采取了加強(qiáng)支護(hù)、暫停施工等措施，避免了巖爆的發(fā)生。加強(qiáng)對施工人員的培訓(xùn)，使其熟悉巖爆的征兆和應(yīng)急處理措施，提高應(yīng)對巖爆的能力。6.1.3支護(hù)與加固措施采用有效的支護(hù)與加固措施是減輕巖爆危害的關(guān)鍵。在巖爆地段，及時進(jìn)行初期支護(hù)，采用噴射混凝土、掛網(wǎng)、徑向錨桿等聯(lián)合支護(hù)方式。噴射混凝土能夠及時封閉巖面，防止巖石風(fēng)化和剝落，同時提供一定的支護(hù)抗力；掛網(wǎng)可以增強(qiáng)噴射混凝土的整體性和抗裂性能；徑向錨桿能夠加固圍巖，提高圍巖的自承能力。錨桿的布置應(yīng)根據(jù)巖爆的強(qiáng)烈程度和圍巖結(jié)構(gòu)條件確定，一般采用“短錨密布”的原則，錨桿長度為2-3m，間距為0.5-1m。在巖爆嚴(yán)重地段，架設(shè)格柵拱架或鋼支撐，與噴射混凝土、錨桿等形成聯(lián)合支護(hù)體系，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體承載能力。對于滯后型巖爆，可在放炮出碴后，在可能發(fā)生巖爆的部位安裝垂直的系統(tǒng)錨桿，必要時在錨桿尾部加設(shè)鋼墊板固定。對于開挖工作面發(fā)生巖爆，可在每次打眼放炮前按一定間距打垂直開挖面的超前錨桿，施作超前錨桿的作用不僅對下一循環(huán)洞室開挖起到支撐作用，還能進(jìn)行應(yīng)力釋放和探測巖石情況。在巖爆發(fā)生地段，爆破后立即向工作面及附近洞壁巖體噴射高壓水，或在工作面和附近洞壁上打孔向深部巖體注水，使水滲到巖體的內(nèi)部空隙中，起到軟化巖體、降低強(qiáng)度、減弱巖體脆性的目的，以減弱巖爆強(qiáng)度。6.2大變形防治措施6.2.1優(yōu)化施工工藝優(yōu)化施工工藝是控制二郎山隧道大變形的重要手段之一。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和大變形預(yù)測結(jié)果，合理選擇施工方法。對于大變形風(fēng)險較高的軟巖地段，應(yīng)優(yōu)先采用CD法或CRD法等分部開挖方法。這些方法能夠?qū)⑺淼罃嗝娣殖啥鄠€部分，逐步開挖，減少對圍巖的擾動，使圍巖應(yīng)力能夠逐漸釋放，從而有效控制大變形的發(fā)生。在某軟巖隧道施工中，采用CD法施工，將隧道斷面分為左右兩部分，先開挖左側(cè)部分，及時施作初期支護(hù)，待左側(cè)部分穩(wěn)定后，再開挖右側(cè)部分，通過這種方法，成功控制了圍巖的大變形，保證了施工安全。嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺也至關(guān)重要。在軟巖地段，應(yīng)采用短進(jìn)尺開挖，一般進(jìn)尺控制在0.5-1m。短進(jìn)尺開挖能夠減少每次開挖對圍巖的擾動范圍，降低圍巖應(yīng)力的集中程度，從而減小大變形的發(fā)生概率和變形量。同時，要合理安排施工順序，遵循“先支護(hù)、后開挖”的原則，及時施作初期支護(hù)，提高圍巖的穩(wěn)定性。在開挖后，應(yīng)盡快噴射混凝土，封閉巖面，防止圍巖風(fēng)化和松弛，然后及時安裝錨桿、鋼筋網(wǎng)等支護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)圍巖的自承能力。6.2.2加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計針對大變形的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)充分考慮圍巖的力學(xué)性質(zhì)和變形特點(diǎn)。在初期支護(hù)設(shè)計中，采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐等聯(lián)合支護(hù)方式。噴射混凝土應(yīng)具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的性能，能夠快速提供支護(hù)抗力，封閉巖面，防止圍巖風(fēng)化和剝落。錨桿的長度和間距應(yīng)根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性和變形情況合理確定，一般錨桿長度為3-5m，間距為0.8-1.2m。鋼筋網(wǎng)能夠增強(qiáng)噴射混凝土的整體性和抗裂性能，與錨桿和噴射混凝土共同作用，提高圍巖的穩(wěn)定性。在大變形嚴(yán)重地段，應(yīng)架設(shè)鋼支撐，如格柵鋼架或型鋼鋼架，鋼支撐能夠提供較大的支護(hù)抗力，有效控制圍巖的變形。在二次襯砌設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)大變形的預(yù)測結(jié)果和初期支護(hù)的受力情況，合理確定二次襯砌的厚度和強(qiáng)度。對于大變形風(fēng)險較高的地段，可適當(dāng)增加二次襯砌的厚度，提高其承載能力。采用高強(qiáng)度的混凝土和鋼筋，增強(qiáng)二次襯砌的耐久性和抗變形能力。在某隧道大變形地段，將二次襯砌厚度從40cm增加到50cm，采用C35混凝土和HRB400鋼筋，有效控制了大變形對二次襯砌的影響，保證了隧道的長期穩(wěn)定性。6.3綜合防治建議考慮到巖爆和大變形對二郎山隧道施工和運(yùn)營的嚴(yán)重威脅，且兩者在地質(zhì)條件和誘發(fā)因素上存在一定的關(guān)聯(lián)性，因此需要制定綜合防治策略，以全面保障隧道的安全。在施工前的準(zhǔn)備階段，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，采用多種先進(jìn)的勘察技術(shù)，如地質(zhì)雷達(dá)、地震波反射法、鉆孔勘探等，對隧道穿越區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)、深入的勘察，不僅要準(zhǔn)確掌握巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力分布等信息，還要對地下水的賦存狀態(tài)、流動規(guī)律等進(jìn)行細(xì)致研究，為后續(xù)的設(shè)計和施工提供全面、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。例如，通過高精度的地質(zhì)雷達(dá)探測，可以更清晰地了解巖體中的節(jié)理、裂隙分布情況，提前發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)隱患。在隧道設(shè)計過程中，應(yīng)綜合考慮巖爆和大變形的影響因素。對于巖爆問題，要合理選擇隧道的走向和埋深，盡量避免在高地應(yīng)力集中區(qū)域和巖性變化劇烈的地段設(shè)置隧道軸線。在大變形風(fēng)險較高的軟巖地段，要優(yōu)化