1绪论

1.1研究背景及研究现状
在第一个二十一世纪以来，在中国多省市大肆建设向山区的交通基础设施，取得了一定的成果，并在很大程度上扭转了由于山区交通不便而形成的社会经济滞后的近况。在我国的隧道施工中，尤其是施工隧道的建设主要集中在铁路建设，例如；西康闲的秦岭隧道、京广线的大瑶山隧道（14294 m)、朔黄线长梁山隧道（12780 m)、渝怀线圆梁山隧道（11068in)、南昆线米花岭隧道(9383m)、大秦线的军都山隧道（8406m)和候月线云舌山隧道（8145:m)。在我国，20世纪六十年代中期~八十年代初在川齡、成昆、贵昆等西南山区的铁路建造了一批6?7km的长隧道在铁路隧道大力发展的潮流中，不同类型、不同长度的險道相继出现。隧道工程施工将面临着严峻的挑战。在隧道的施工过程中会遇到各种各样的地质灾害，受到地质灾害侵扰的隧道占大多数，简单地说，隧道工程的施工就是与地质灾害做斗争，只是每条險道在施工过程中所遇到的地质灾害的类型不同而已。隧道地质灾害有很多种，包括：岩溶、断层、煤矿采空区、瓦斯、地下水及断层破碎带等。由于隧道是隐蔽工程，施工过程中具有很大的盲目性，因此如何解决这些地质灾害，是險道工程界的难题。早在上世纪四十年代，工程中就出现了信息化施工方法，并在土力学不断发展的时代背景下，逐渐形成包含预测、监控、数据反馈及设计变更的一套工程建设方法。新奥法是传统隧道施工方法经验累积的产物，原文是New Austrian Tunnelling Method简称NATM，其概念是由奥地利学者拉布西维兹(L.V.RABCEWICZ)教授于上世纪五十年代提出的，由奥地利众多工程师发展起来的，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将错杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过许多国家的许多实践和理论调研，在六十年代取得专利并正式命名。对新奥法研究最早和最深入的区域是欧洲，多条穿越阿尔卑斯山脉的隧道都是采用纳新奥法建成的。
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1.2依托的工程概况
兰渝铁路LYS-8标段处于广元市朝天区和利州区境内，熊洞湾隧道为本标段的关键控制路段，熊洞湾隧道设计为200kin/h双线隧道，險道进口里程DK569+523,出口里程DK576+515，隧道全长6992m，其中II级围岩400m，HI级围岩2435，IV级围岩2653ni，V级围岩1504m。隧道进口位于一深切沟槽，甘溪沟一侧，交通不便，引入较为困难，施工场地狭窄；出口交通条件较好，施工场地较好。但出口下穿绵广高速公路，施工时应注意做好防护工作。隧道属中山构造侵烛地貌，地形起伏较大，隧道穿越山形为单面山，海拔高程在470-1070m，相对高差达600m。
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2超前地质预报

2.1超前地质预报的意义和作用
全面完整的隧道施工地质流程，应该包含两个方面的内容:既要对掌子面前方的未开挖岩体进行超前地质预报又要判断围岩的级别，并依据隧道的围岩地质条件提出开挖与支护参数。超前地质预报是一项非常重要的險道施工地质工作。广义的險道超前地质预报包含以下五个方面的内險道隧址所在地区的地质分析和隧道有害岩体分析与宏观预测，隧道有害岩体长期超前预报，隧道有害岩体短期超前预报，隧道主要不良地质超前钻探，隧道施工地质灾害与警报。这五个步骤相互依存、相互衔接、不可或缺。地质分析与宏观预报能大概地预报隧道不良地质的走向、类型、大约位置和可能发生的地质灾害，为后面的长期、短期仪器探测的布线、布孔提供地质资料，也为后续的长期、短期仪器探测成果的准确解译，提供必不可缺的依据。长短期超前地质预报能够探测隧道隧洞掌子面前方隐蔽的有害岩体的类别、特征、位置和规模，能半定量地确定掌子面前方的围岩地质条件（如不良地质体的富水性或围岩水平），是否会影响到隧道工程的正常作业和隧道施工建设中是否会发生地质灾害。长期超前地质预报能够帮助施工单位较好的了解掌子面前方围岩的地质条件，比较准确的了解掌子面前方100-150m范围内的围岩地质条件，特别是围岩级别和不良地质的发育情况；概略地了解150~300in范围内的围岩地质条件和不良地质发育情况；提前做好全面的施工准备和施工方案，防患于未然。
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2.2超前地质预报的主要方法
隧道施工首要面临的难题就是掌握施工面前方的岩土力学参数和地质情况。随着隧道工程的不断发展，越来越多的隧道建设在地质环境非常恶劣的地区，因此，隧道施工界面将会遇到越来越多的地质灾害，如塌方、突涌水、大断裂等灾害，尤其是当这些灾害交互发生时，问题会更加严重，隧道掌子面前方地质条件复杂、厚的覆盖层和既有密集的基础设施也会导致地面勘察钻孔或地面地球物理探测预报结果不准确。隧道超前地质预报是指对隧道开挖的掌子面前方的地质条件及不良地质体的工程性质及产状、位置进行探测、分析解释及预报。超前地质预报分为两类：一种是长期性的另一种是短期性的。目前为止长期超前地质预报包括TSP仪器探测法、断层参数预测法、地面地质体投射法；短期超前地质预报方法主要由：地质雷达探测法、红外探水技术、地质素描预测法。地质雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)检测原理。地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。它的应用范围比较广泛，浅埋后的混凝土结构、岩体结构和岩性检测这些都可以应用地质雷达进行检测。它是应用超高频脉冲电磁波为介质，釆用自行采集信号的形式，可以釆用连续和间歇两种方法的一种对地下介质进行检测的地球物理勘探方法。这种方法的特点非常明显，即迅速又对探测对象没有损害，还可以无间断探测。大量的事实表明，冲击脉冲地质雷达具有丰富的回波信息量和潜在的三维成像、目标识别能力。因此，目前世界上正在销售使用的地质雷达产品多为时域冲击脉冲雷达体制。
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3隧道监控测量研究.......... 27
3.1监控量测的目的.......... 27
3.2监控测量的内容.......... 27
3.3监控量测的方法和监控信息化流程.......... 29
3.3.1 监控量测的方法.......... 29
3.3.2监控信息化流程.......... 33
3.4监控量测数据的处理.......... 34
3.5熊洞湾隧道必测项目分析.......... 36
3.6围岩稳定性的综合判别.......... 46
4数值模拟计算.......... 49
4.1 FLAC3D软件概述.......... 49
4.1.1 FLAC3D 软件简介 ..........49
4.1.2 FLAC3D软件工作原理.......... 49
4.2模拟断面 ..........53
4.3计算结果分析.......... 55
5结论及展望.......... 59
5.1 结论.......... 59
5.2展望 ..........60

4数值模拟计算

4.1 FLAC3D软件概述
FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua)是快速拉格朗日差分分析的简写。最早由Willkins用于固体力学领域。它是由著名公司ITASCA研制的，是模拟岩体工程变化特征的常用软件，它是由Cundall创建并使之规则化、大众化。FLAC3D所使用的规律亦与非发散单元法现象相同，但含有像有限元那种能够供多种材料模型以及的非规则区域的的求解特征；在解决问题的时候，离散元的动态又被FLAC3D应用，没有大型组的求解，在现在的电脑上应用十分方便。该程序是FLAC 二位计算程序在三维空间的扩展，用于模拟三维土体、岩体或其他材料力学特性，尤其是达到屈服极限是的塑性流变特性，广泛应用于边坡稳定、地下洞室、河谷演化进程再现、支护设计及评价、施工设计（开挖、填筑)、隧道工程、拱坝稳定分析、矿山工程等领域。

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结论

信息化施工方法的日益成熟，为地下工程的设计施工创造了优越的条件，不仅有助于提高施工方法的科学性，还能减少不必要的地质灾害的发生。本文结合兰渝铁路熊洞湾隧道安全施工为研究背景，釆用超前地质预报、现场监控量测及数值模拟相结合的方式，比较全面系统的研究了熊洞湾隧道的工程地质条件、超前地质预报方法、围岩及支护结构的应力及位移特征和变化规律，并对隧道出口浅埋段围岩位移及支护结构应力进行数值模拟分析，主要得出以下几点结论：
1.总结归纳了熊洞湾隧道的只要地质特征，即断层、煤层、瓦斯、深层天然气、煤窑采空区、岩溶及人工弃渣等，为隧道的设计施工提供了必不可少的地质资料。
2.本文详述了超前地质预报的意义和目的，并介绍了超前地质预报常用的几种方法，包括；地质调查法、TSP (地震波反射法)、地质雷达、红外探测以及超前水平钻探法，并对每种超前地质预报方法的基本原理和技术要求做了详细的概述。
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参考文献（略）

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