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《隧道突水突泥灾害源超前地质预报理论与方法》可作为高等院校土木、交通、水利水电、矿山、地质、应用地球物理等专业教师和高年级学生、研究生的参考书，也可为相关工程领域的技术人员提供参考。
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| 目錄：
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前言
第1章绪论
1.1引言
1 1.2隧道超前地质预报的作用和意义
1.3超前地质预报发展与现状
1.l.1钻爆法施工隧道超前地质烦报的发展与现状
1.3.2TBM施下隧道超前地质预报的发展与现状
1.3.3隧边施工综合超前地质预报的发展与现状
1.1隧道超前地质预报存在的问题
1.5本书的主要内容
第2章隧道突水突泥灾害源的地质特征
2.1引言
2.2突水突泥灾害源赋存特征
2.2.1突水突泥灾害类型
2.2.2岩济突水突泥灾害源发育的某本规律
2.2.3右溶交水突泥灾吉源发育的主控四素
2.2.4典型突水突泥灾害源赋存特征
2.2.5隧边交水突泥灾吉的灾变特征
2.3典型突水突泥案例与地质分析
2.3.1裂隙型突水突泥典型案例
2.3.2断层理突水突泥典理案例
2.3.3格洞恪院组突水突泥典型案例
2.3.4暗川型突水突泥典型案例
2.4本章小结
第3章隧道不良地质超前地质预报方法
3.1引言
3.2超前地质预报方法的物性基础和物性差异
3.2.1地震波超前预报方法的物性基础
3.2.2地质富达超前预报方法的物忏某础
3.2.3电阻率超前预报方法的物性基础
3.2.4激发极化超前预报方法的物性基础
3.2.5且他超前预报方法的物性基础
3.3地质分析法
3.3.1工程地质调查法
3.3.2届前导洞坑法
3.3.3届前水平钻孔法
3.4地震波超前预方法
3.4.1基于直线类观测方式的地震超前顶报方法
3.4.2基于三维空间观测方式的地震超前放报方法
3.4.3某于极小偏移距观测方式的地震超前预报法
3.4.4TBM施工隧过专用的地震超前预报方法
3.5电法类超前预报方法
3.5.1地质古达超前地质预报方法
3.5.2瞬变电磁超前地质预报方法
3.5.3激发极化山阳率法超前地质预报法
3.6其他超前地质预报方法
3.6.1岩体温度法
3.6.2红外探水法
3.7本章小结
第4章中远距离含水构造瞬变电磁预报理论与方法
4.1引言
1.2隧道瞬变电磁超前探测基本方法和原理
4.2.1瞬变电磁法基本理论与超前探访时方法
1.2.2瞬变电磁隧道探测改进
4.3隧道多点阵列式瞬变电醋探测方法与不良地质体响应规律
1.3.1隧道多点阵列瞬变电磁探测方法原理
1.3.2隧道多点阵列式瞬变电磁探测三维响戚朋律
4.3.3隧道多点阵列式瞬变电磁探测工作方法
4.4隧道多点阵列式瞬变电磁探测数据解释技术
4.4.1均匀半空间中回线源瞬变电磁中心点视电阻率公式
4.4.2含偏移观测点瞬变电磁水平和垂在磁场频率域响山
4.4.3含偏移距观测点瞬变山磁时间域响应及晚期视山阳半公式
4.4.4方法验证与模型算例
4.4.5矢量合成山阻率
4.5钟家山隧道左洞瞬变电磁超前地质预报应用案例
1.6本章小结
第5章近距离含水构造激发极化超前预报理论与方法
5.1引言
5.2激发极化基本原理
5.3隧道激发极化超前探测的多同性源阵列式观测方式与正演模拟
5.3.1多同性源阵列激发极化法观测模式法
5.3.2多同仲源阵列式激发极化超前探测的正演模拟及其对介水构足的响应
5.4多同性源阵列激发极化超前探测的三维反演成像方法
5.4.1基于加权函数的三维电阻率反演成像理论与方法
5.4.2多同性源阵列激发极化法超前探测的反演数值算例
5.5激发极化超前探测水量定量估算技术
5.5.1二电流半衰时之差参数区分自由水和束缚水的微观机理
5.5.2二电流半衰时之差与水量关系的物理模型试验
5.6隧道含水构造三维定位与水量估算技术
5.7隧道超前地质预报专用的激发极化仪
5.7.1时域激发极化仪
5.7.2多同性源阵列式激发极化仪
5.8多同性源阵列式激发极化超前探测方法的应用案例
5.8.1地质分析与测线布置
5.8.2激发极化超前探测数据处理与解释
5.8.3颁报结果与开挖情况对比
5.9多同性源阵列式激发极化技术用于TBM施工隧道的展望
5.10本章小结
第6章钻孔精细三维探测理论与方法
6.1引言
6.2电阻率跨孔CT约束反演成像方法
6.2.1含不等式先验信息约束的电阻束CT反演方和
6.2.2偏导数矩阵的并行解析快速求解方法
6.3跨孔电阻率CT超前地质预报方法
6.3.1跨孔山阳率CT探测的某卒原理
6.3.2二维跨孔电阻率CT组合观测模式及影响四素分析
6.3.3三维跨孔山阻率CT探测影响阿素分析
6.3.4跨孔电阻率CT测物理模型试验
6.3.5跨孔山阳率CT探测应用案例
6.3.6跨孔电阻率CT超前探测技术小结
6.1钻孔单孔电阻率成像超前探测技术
6.4.1钻孔单孔电阻率成像超前探测的观测模式
6.4.2钻孔单孔电阻率成像超前探测正演响应特征
6.4.3钻孔单孔电阻率成像超前探测反演成像
6.4.4钻孔单孔电阻率成像超前探测物理模型试验
6.5本章小结
第7章隧道综合超前地质预报与联合解译方法
7.1引言
7.2综合超前地质预报基本原则
7.3隧道施工综合超前地质预报方法
7.3.1常用且前地质预报方法的特点分析
7.3.2隧远不良地质综合超前预报方案与流程
7.3.3"同阶段全过程"的突水突泥灾害源综合胆前预报方法与体系
7.4基于空间结构约束联合反演的隧道综合超前地质预报
7.4.1多元超前预报数据的联合反演思想
7.4.2专问结构约束联合反演方法
7.4.3以空间结构约束联合反演为基础的综合地球物理探测的典型案例
7.5隧道施工许可机制与突涌水灾害综合预警
7.5.1施工许可机制
7.5.2施工许可流程
7.5.3施工许可原则
7.5.4突涌水灾害综合预测顶警
7.6本章小结
第8章代表性工程应用案例
8.1引言
8.2山岭隧道超前地质预报实践
8.2.1湖北沪蓉西高速公路齐岳隧道综合超前地质预报应用案例
8.2.2湖北沪蓉西高速公路龙潭隧道综合起前放报与塌方灾害顶警案例
8.2.3湖北宜巳高边公路马家坡隧道综合超前地质顶报与联合反演应用案例
8.2.4锦屏二级电站辅助洞综合超前地质预报应用案例
8.2.5成兰铁路跃龙门隧道综合超前地质预报应用案例
8.3海底隧道超前地质预报实践
8.3.1青岛胶州湾海底隧道工程概况
8.3.2青岛胶州湾海底隧近综合超前地质预报的作用和内容
8.3.3青岛胶州湾海底隧道综合超前地质预报方法与体系
8.3.4青岛胶州湾海底隧近综合超前地质预报代表性案例
8.1城市地铁隧道超前地质预报实践
8.4.1城市地铁超前预报方法的选择
8.4.2城市地铁超前预报方法的实施
8.4.3大连地铁某仄间超前地质烦报代表性案例
8.4.4大连地铁某医间重点地段超前预报实践
8.4.5广州地铁某午站超前地质烦报代表性案例
8.5隧道施工许可机制与综合超前地质预报的联合应用案例
8.5.1工程概况
8.5.2初步评估
8.5.3二次评估与动态评估
8.5.4ZK19十240~ZK19+420段风险拧制
8.5.5ZK19十120~ZK19+160段风阶控制
8.5.6ZK19十460~ZK19+509段风险拧制
8.5.7ZK19十509~ZK19+610段风阶控制
8.5.8ZK19十610~ZK20+180段风险控制
8.6本章小结
第9章展望
参考文献
彩图
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| 內容試閱：
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第1章绪论
1.1引言
随着铁路公路交通工程、水利水电工程、市政工程等重大基础工程的快速发展，目前我国已经成为世界上隧道建设规模与难度最大的国家。在交通工程领域，我国幅员辽阔，各地经济发展不平衡，相对落后的交通基础设施制约了经济发展。为了适应国民经济持续快速增长的需要，我国将交通运输列为国民经济发展的战略重点之一。根据《2013年交通运输行业发展统计公报》，截至2013年底，全国公路总里程达435.62万km，公路密度为45.38km百krri2，全国铁路营业里程达10.31万km，路网密度107.4km万krri2。在未来10年到20年中，将新建近100万km公路，其中高速公路约6万km，新建3万km铁路，其中高速铁路超过1万km。随着我国东部地区交通网络日益完善，铁路公路交通路网将向西部纵深拓展，呈现“标准高、线路长、规模大、桥隧比高、深长隧道多”的鲜明特点。隧道是交通工程的咽喉和生命线工程，2013年我国运营铁路隧道11074座，总长8938.78km，在建铁路隧道4206座，长度7795.15km，正规划4600余座铁路隧道，总长约10600km数据未统计港澳台的；2013隼底我国运营公路隧道11359座，总长9605.6km，到2020年公路隧道总里程将突破looookm（数据未统计港澳台的）。我国已经建成和在建的代表性的特长铁路隧道和公路隧道见表1.1和表1.2。以贵广铁路为例，全长857km，隧道216座，约占线路总长的53.9%，其中高风险岩溶隧道8座，3座超过lokm。正在修建的成兰铁路，隧道占线路总长度的67.07%，穿越活动断裂带和可熔岩区域，隧道最大埋深达到1900m，最长达15km。同时，在我国东部沿海地区由于海峡江河阻隔，导致某些关键交通节点未打通，亟待建设一些跨海交通通道，跨海越江隧道成为必不可少的交通承载形式，许多水下隧道已经建成，如南京长江公路隧道全长3385m、武汉长江公路隧道全长3270m、上海崇明越江隧道盾构区间段长度为6975m、厦门翔安海底隧道全长约5950m、青岛胶州湾海底隧道线路总长7800m等。在未来几十年内我国规划了穿越渤海湾、琼州海峡、台湾海峡的多条世界级跨海水下隧道工程和近百座跨越江河湖泊的水下隧道，水下隧道建设即将进入快速发展阶段。在城市轨道交通方面，到2014年底，全国有24个城市己经或正在修建地铁，共有38个城市获批建设地铁等轨道交通设施，地铁运营总里程将达3000km。而2020年，将有超过40个城市建设地铁，总规划里程达7000km。在水利水电工程领域，我国将水电和水资源开发作为重点发展领域，合理的水电水资源开发对于保障我国能源安全、改善能源结构、优化水资源配置具有重要意义。我国水能资源主要集中在西南、西北和中部地区，随着雅鲁藏布江、金沙江、澜沧江、雅砻江等多条江河流域的开发以及南水北调等跨流域调水工程的规划，20多个世界级的大型水利水电工程和数十条跨流域调水工程正在建设。与之相配套，将建设数百条引水隧洞工程，如锦屏Ⅱ级水电站4条引水隧洞，单洞长约17km，最大埋深达2525m;规划中的南水北调西线第一期工程主要由深埋长隧洞组成，总长264km，最长洞段为73km，最大埋深1150m;规划中的滇中引水工程输水线路总长超过600km，由超过60座隧洞构成，其关键性控制工程香炉山隧洞全长约60km，最大埋深超过lOOOm；已经开工的引汉济渭工程秦岭引水隧洞全长98.30km，最大埋深超过2000m。
中西部山区一直是我国矿产资源、水能水资源开发的重点，同时为了加快中西部区域经济社会发展，今后我国交通等基础建设的重点将逐步向地形地质极为复杂的西部山区和岩溶地区转移。纵观找国交通、水利水电等领域隧道的建设发展历程，可看出隧道建设呈现出两大显著趋势：①复杂地质条件下山区隧道（洞）工程不断增多，工程区域地形艰险、地质复杂、环境恶劣、生态脆弱，面临的地质灾害和施工安全形势十分严峻，隧道建设呈现出“大埋深、长洞线、强岩溶、高水压、地质复杂、地质灾害频发”等显著特点；②江河水下隧道和海底水下隧道快速发展，一些由于海峡水道阻隔的关键交通节点亟须打通，给隧道建设及其安全控制、防灾减灾技术带来了重大技术挑战（郭陕云，2007）。隧道建设是一项典型的改造地质环境的人类工程活动，我国几乎所有的隧道建设都会遭遇不同类型的不良地质及其诱发的地质灾害。隧道施工经常遭遇的不良地质有断层破碎带、岩溶地质（溶洞、溶腔、暗河等）、软弱破碎岩体、岩性不整合接触带等。若不能提前探明不良地质的空间位置、赋存形态等重要属性并进行及时有效的处置，在施工扰动下极易发生突水突泥、塌方、软岩大变形、岩爆等地质灾害，严重危及建设安全和工程质量，因此隧道施工过程中的防灾减灾与工程安全问题日益受到人们的重视。据统计，突水突泥灾害是隧道施工面临的主要地质灾害之一，我国是隧道突水突泥灾害最严重的国家之一，在国内钋隧道特大事故中，突水突泥灾害在发生次数和死亡人数方面均居于前列。据统计，1988年以来修建的铁路隧道在施工中70%遇到水害，涌水量在1×104m3d以上有31座，造成停工的时间约占总工期的30%。在渝怀铁路（圆梁山隧道、武隆隧道、歌乐山隧道等）、成昆铁路（沙木拉达隧道等）、京广铁路（大瑶山隧道、南岭隧道等）、宜万铁路（马鹿箐隧道、野三关隧道等）、大秦铁路（军都山隧道、秦岭隧道等）等铁路工程建设中均发生过重大突水突泥灾害（见表1.3）。
以宜万铁路为例，在建设过程中多条隧道发生重大突水突泥灾害，马鹿箐隧道施工中先后发生19次严重的突水突泥灾害，瞬间突涌水量创世界铁路建设之最，其中2006年1月21日与2008年4月11日的两次特大突水突泥灾害共导致15人死亡；野三关隧道于2007年8月5日突发大型突水突泥灾害，致10人死亡。在水利水电工程方面，锦屏Ⅱ级电站辅助洞、输水隧洞施工中遭遇多次高压大流量突涌水灾害，水压超过IOMPa，最大流量超过7rri3／s，严重影响了施工进度和建设安全。
目前除了钻爆施工方法，我国隧道建设逐步引入全断面隧道岩石掘进机tunnelboringmachine，TBM施工方法。我国在建和拟建的绝大多数深长隧道的长径比达到或超过600～1000，按照国际通行惯例应优先采用TBM施工方法，国际上公认隧道掘进机施工方法具有“掘进速度快、施工扰动小、成洞质量高、综合经济社会效益高”等优势。20世纪90年代以来，我国TBM应用发展迅速，水电部门和铁路部门先后通过设备引进和合作生产的方式引入TBM施工技术，至今我国采用TBM掘进的典型隧道工程有：甘肃引大人秦工程、山西万家寨引黄人晋工程、西安至安康铁路秦蛉I线隧道、西安至南京铁路桃花铺1号隧道和磨沟岭隧道、辽宁大伙房引水隧洞、昆明掌鸠河引水隧洞、引汉济渭工程引水隧洞等。据不完全统计，未来我国可用掘进机开挖的隧道超过6000km，TBM的需求量超过200台，我国将成为全球TBM应用大国。以论证中的渤海湾跨海隧道为例，规划全长约120km，经过论证认为最佳方案是“以TBM为主，以钻爆法为辅”，共需约15台TBM；再比如规划中的南水北调西线第一期工程深埋长隧洞总长264km，拟主要采用TBM方法，TBM需求数量近20台；规划中的滇中引水工程香炉山隧道全长约60km，其中约二分之一的段落拟采用TBM方法；已经开工的引汉济渭工程秦岭引水隧洞全长98.30km，其穿越秦岭主脊段39.08km采用了2台TBM相向掘进。TBM施工方法比较适合地层变化小、岩体完整性好、岩石强度中等的情况，对地层变化幅度大、不良地质发育等地质条件适应能力差。TBM施工中经常遭遇突水突泥、塌方、大变形等，导致掘进机卡机、损坏、报废甚至人员伤亡的重大事故。在我国辽宁大伙房水库输水隧洞工程、昆明掌鸠河引水工程上公山隧洞工程、广西天生桥二级水电站引水隧洞工程、锦屏Ⅱ级水电站排水隧洞工程、台湾北宜高速公路雪山隧道工程、甘肃驯洮工程、新疆伊犁河流域八十一大坂输水隧洞工程、青海引大济湟工程、陕西引红济石工程，以及埃塞俄比亚GD-3水电站引水隧洞工程、印度DulHasti水电站引水隧洞工程、意大利Frasnadello隧道工程和Antea隧道工程等在施工中均发生过事故（见表1.4），导致TBM卡机或机械损毁甚至整机报废、弃用掘进机方案，造成了严重的工期延误和重大的经济损失。据统计，已发生的隧道掘进机重大工程事故中，突（涌）水、塌方和大变形是主要工程地质诱因（在隧道掘进施工各类工程灾害和事故中，坍塌和大变形占3701，突水突泥占35%），岩溶含水构造（溶洞、暗河等）、断层破碎带、裂隙发育带、指弱协屡等旱丰粤的灾害赋存源尚彦歪等．2007：钱十慝．2012．
总结钻爆法隧道和TBM施工隧道中已有的灾害案例，发现隧道施工期突水突泥灾害具有“强隐蔽性、强复杂性、强突发性、强破坏性”的四大基本特征，而且还往往引起塌方、冒顶、二次突涌水等次生灾害，使得灾害效应进一步放大甚至“倍增”，轻者造成不同程度的工期延误和经济损失，严重者导致机毁人亡，甚至工程停建、改线或报废。同时，隧道突水突泥也使得隧址区水资源和生态环境受到不同程度的破坏，影响当地居民的正常生产生活。除此之外，若突水突泥灾害源在施工期探查不准确或者处置不得当、不彻底，有可能造成隧道运营期重大安全隐患，容易出现运营期漏水、冰凌灾害、塌方、结构破坏等严重危及交通安全的问题。因此，突水突泥灾害已经成为隧道建设所面临的重大挑战之一，备受国内外隧道工程同行的关注。
1.2隧道超前地质预报的作用和意义
隧道突水突泥灾害的防控是工程地质勘察分析、灾害源探测、灾变监测与预
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