时间：2023-04-08 11:45:28
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关键字：隧道覆盖覆盖规划铁路隧道公路隧道
一、概述
对重要的公路、铁路实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节，是提高综合竞争力的一个有力手段。从交通角度来看，目前大多数隧道的目的是覆盖盲区，因此需要结合交通线路的覆盖设计来制订专门的隧道覆盖解决方案。
隧道覆盖主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等，每种隧道具有不同的特点，一般来说公路隧道比较宽敞，对隧道里面的覆盖状况，有车通过与无车通过时差别不大。车辆通过时，隧道内剩余空间较大，可根据实际情况选择尺寸大一些的天线，以获取较高的增益，使覆盖范围更大。而铁路隧道一般来说要狭窄一些，特别是当火车经过时，被火车填充后所剩余的空间很小，火车对隧道的填充会对信号的传播产生较大的影响，且天线系统的安装空间有限，使天线的尺寸和增益受到很大的限制。另外，不管是哪种隧道，都存在长短不一的状况，短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几公里。在解决短隧道覆盖时，可采用灵活经济的手段，如在隧道口附近用普通的天线向隧道里进行覆盖。但是，这些手段可能在解决长隧道覆盖时不起作用，对于长隧道的覆盖必须采取其它一些手段。因此，对于每段隧道的解决方案可能都会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。
在进行隧道覆盖规划之前，一般需要知道以下数据：
隧道长度、隧道宽度、隧道孔数（1、2）、覆盖概率（50%、90%、95%、98%、99%）、隧道结构（金属、混凝土）、载频数目、隧道中最小接收电平（一般为-85dBm到-102dBm）、隧道孔间距、AC/DC是否可用、墙壁能否打孔、隧道入口处的信号电平、隧道内部已有信号电平等。
二、隧道覆盖的信号源选择
为了提供隧道覆盖，一个GSM信号源与一套分布式系统是必要的。信号源的选择，需要根据隧道附近的无线覆盖状况和传输、话务、现有网络设备等情况来决定。隧道覆盖所采用的信号源包括宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站等。
对于铁路、公路隧道覆盖来说，由于其话务量小，宏蜂窝基站作为信号源较为少用。但是，在城市地铁隧道中，人流量大，话务量也高，这种场合不仅要覆盖站台，而且还要覆盖铁路系统出口等地方，可采用容量较大的宏蜂窝基站。
使用宏蜂窝基站的优点是可以提供更多的信道资源、扩容较为容易、单个基站覆盖能力强；缺点是需要用电缆从BTS设备所在的机房引入信号覆盖隧道、增加了馈线损耗、需要较大的机房等配套设备、总的投资费用高。
对容量要求不是很高的隧道覆盖，可采用微峰窝基站。使用微蜂窝基站的优点是所需设备空间小、所需配套设备少、总的投资费用低。
如果附近有信号源可以利用，则可采用无线直放站来作为隧道覆盖的信号源。采用直放站往往是网络拓展的第一步，在网络容量上升后再用GSM基站来替换。采用直放站作为信号源的优点包括：无需传输、综合成本低、可将远处的话务带给施主小区，使小区的信道利用率更高、安装速度快等。无线直放站有宽带直放站和选频直放站两种，采用无线直放站会使得网络管理复杂度增加，不便维护，另外在采用选频直放站时，施主小区的频率发生变更后，直放站的频率也要进行调整，不利于整网规划和优化，施主天线和重发天线需要有足够的隔离度，造成安装空间上有些困难等缺点。除采用无线直放站以之外，也可采用光纤直放站作为信号源对隧道进行覆盖。
在实际工程之中，必须根据隧道长度、隧道附近的覆盖状况、基站分布、话务分布、建站条件等因素选择信号源，微蜂窝基站和直放站是隧道覆盖建设常用的信号源。
三、隧道覆盖的天馈系统选择
在选择好了GSM信号源之后，则必须根据实际情况配置天馈系统，对隧道进行覆盖。通常有三种不同配置的天馈系统：同轴馈电无源分布式天线、光纤馈电有源分布式天线、泄漏电缆。
1、同轴馈电无源分布式天线
这种覆盖方案的设计比较灵活、价格相对低、安装较方便。同轴电缆的馈管衰减较小，天线增益的选择主要取决于安装条件，在条件许可的情况下，可选用增益相对较高的天线，来提高覆盖范围。该方案的简化版就是采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案确实是一种低成本解决方案。
2、光纤馈电有源分布式天线系统
在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈电有源分布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式天线系统。它更适用于覆盖地下隧道（地铁隧道）和站台。采用光纤馈电有源分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁干扰、在复杂的网络中设计更灵活等，缺点是成本高。
3、泄露电缆
采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种最为常用的方法，这种方法的好处在于：
可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好；
信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀；
可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线的工程。
泄漏电缆覆盖设计是一项非常成熟的技术，其设计方案相对简单，本文不作重点分析。下面重点分析采用普通同轴馈电无源分布式天线进行隧道覆盖的设计方案。
四、隧道的无线传播
无线电波在隧道中传播时具有隧道效应，信号传播是墙壁反射与直射的结果，其中直射为主要分量。华为公司基于ITU－R建议，根据试验数据对传播模型进行了修正，得出一简单实用的隧道传播模型，用于进行隧道覆盖设计，该传播模型为：
Lpath=20lgf+30lgd―8dB
其中:
引起隧道渗漏水的原因很多，具体原因如下：
1.设计上的原因
（1）由于某种原因，隧道设计在山沟破碎带或断带上又未进行防排水处理，地表水大量补给地下，最终造成隧道渗漏；(2)对不稳定的地基没有进行处理造成地基不均匀沉降,导致补砌结构出现缝或隙,从而产生渗漏现象；（3）拆模时间过早，或围岩压力过大超过衬砌体的设计荷载等，都能使衬砌内应力超过其破坏强度而导致隙和缝。
2.施工原因
（1）混凝土没有按放水级配设计施工，在地下水压力较大的地方，由于抗渗标号低于相应水压，从而出现渗水现象。（2）混凝土捣固不密实，形成蜂窝，因而局部渗漏较多。混凝土在硬化过程中，由于多余水分（未起水滑作用的游离水分）的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细管路，尤其是混凝土拌合物在沉降水过程中析出的一部分备挤向上面，一部分聚集在集料颗粒上面形成透水的管。（3）衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。（4）灌注混凝土的工作未加处理或处理不当，产生结合不严的漏水缝隙。（5）先拱后墙或先墙后拱施工的拱墙连接处填不严，形成渗漏。（6）预留孔洞没有按防水要求处理也会形成渗漏通道。
3.衬砌周围的天然水PH值超标对衬砌混凝土具有一定的腐蚀性，常见的有碳酸性，酸盐性加镁盐性腐蚀。
二、隧道防水技术及施工措施1.防水混凝土防渗漏
混凝土是一种非均性材料，从微观上看属于多孔体，体内含有许多大小不同的微细孔隙。这些孔隙或因不同分为施工孔隙（由于浇灌、振捣质量的不良所引起）和构造孔隙（由于配比不当等原因索引起）。防水混凝土是从材料和施工两方面抑制和减少混凝土内部孔隙的生成，改变孔隙的特性（形状和大小），堵塞漏水通路提高混凝土本身密实性来达到防水的目的。它可分为防水混凝土，外加剂混凝土和膨胀水泥防水混凝土三种。
（1）普通防水混凝土
普通防水混凝土是以调整配合比的方法来提高自身的密实度和抗渗性的一种混凝土。要配制出质量良好的防水混凝土，一定要遵循以下技术要求：
a.水灰比不得大于0.6。
b.混凝土的水泥用量不小于300kg/m3。
c.含砂率尾30～40%，灰砂比1∶2～1∶2.5。
（2）外加剂防水混凝土
外加剂防水混凝土是依靠掺入少量有机或无机物外加剂来改混凝土的和易性，提高其密实性和抗渗性，以适应工程防水需要的一种混凝土。按所掺外加剂的种类不同可分为减水剂防水混凝土，加气剂防水混凝土，三醇胺防水混凝土和化铁防水混凝土。
a.防水混凝土
减水剂对水泥有强烈的分散作用，提高了混凝土的和易性。因此掺入减水剂后，可大大降低拌和用水，这样就减少了游离子，可以改善混凝土孔隙的分布，其孔径剂总孔隙率均显著减少，混凝土的密实性和抗渗性从而得提高。在使用时，木钙、糖蜜得掺量占水泥重量的0.2%~0.3%，超过0.3%时，将使用混凝土强度降低剂过分缓凝。
b.加气剂防水混凝土
c.三乙醇胺水防水混凝土
d.氯化铁防水混凝土
氯化铁防水剂的主要成分是三氯化铁和氯化亚铁，掺入适量的氯化铁防水剂，可以大大提高混凝土的抗渗透性。是几种常用外加剂防水混凝土中抗渗性最好的一种。
氯化铁防水剂的掺量一般以3%为宜，掺量过多，对钢筋锈蚀，混凝土干缩和凝结时间都有影响；掺量过少，则效果不显著，水灰比应不大于0.55，拌和水中应扣除防水剂的含水量，水泥用量不少于310kg/m3，坍落度为3~5cm。冬季配置氯化铁防水混凝土时，应采用硅酸水泥，为了加速凝固，可将氯化铁防水剂掺量适当提高但不大于5%。
（3）膨胀水泥混凝土
膨胀水泥混凝土依靠水泥本身在水化硬化过程中形成大量体积增强大的结晶体，并产生一定膨胀能来减少或消除混凝土的体积收缩提高混凝土的抗裂性，从而提高混凝土的防水的能力，这是一种从内因解决混凝土抗渗性的新途径。
2.各种缝隙防漏
混凝土衬砌一般有三种缝隙，即施工缝、伸缩缝、沉降缝。这缝隙都是地下隧道渗漏的主要部位，必须注意处理。
施工缝是衬砌混凝土间歇灌注时造成的，是防水工程的薄弱环节之一。一般在灌注第二次混凝土前，将第一次衬砌接头表面刷洗干净，铺上20~25m厚的水泥砂浆。
沉降缝又称变形缝，是为防止不均匀沉降引起衬砌的开裂而设置的。伸缩缝是考虑混凝土的热胀冷缩而设置的缝隙。这两种缝隙也是渗漏水的主要通道。防水措施有沥青防水、沥青木板或橡胶带防水等方法。其中橡胶防水适用要求较严的衬砌工程。3.疏排水
对一般性围岩裂隙渗水，采用相应的疏排水措施，将地下水引出，减轻地下水对衬砌结构的压力，有利于更好地进行防水，具体方式常采用盲沟、洞内排水沟及沉井等。
三、防水混凝土工程的施工
防水混凝土工程质量的好坏不仅取决于混凝土本身及其配比，而且施工过程中的各种工序对其质量有一定的影响，因此施工时，必须严格控制施工环节，避免一切可能造成渗漏的隐患。(1)材料配合比必须认真按设计要求确定。(2)严格检查、化验各种原材料，确保材料质量。(3)防水混凝土施工，应尽可能一次浇灌完成，尽可能加长每次砌长度，以减少施工缝。(4)做好基坑排水工作，严防地下水及地面水流入基坑造成积水，影响混凝土正常硬化，导致混凝土强度及抗渗性下降。(5)混凝土运输过程中，要防止产生离析和坍落度损失。(6)混凝土必须振捣密实，采用机械振捣时插入式振捣器插入，间距不超过有效半径的1.5倍，要避免欠振、漏振和过振，要避免振捣器触及模板、止水带及埋设件等。(7)要加强混凝土的养护，为防止混凝土表面出现裂缝，不宜过早拆模。
四、结束语
隧道防水，除了施工和技术方面的因素外，加强管理也是一个至关重要的因素。用长远发展的眼光看，只有加强管理，努力提高整体技术水平，才能保证工期，创优质工程，才能获得良好的经济效益和社会效益，企业才能得以发展。
[摘要]隧道防水，除了施工和技术方面的因素，还要加强管理，只有这样，才能保证工期，创优质工程。本文针对隧道渗漏水，分析了各种原因，提出了以排为主，防、排、截堵相结合的原则，阐述了隧道渗漏水治理措施和方法。
[关健词]隧道防渗漏技术因素
由于地层地质的复杂性，大跨软岩隧道工程仍然面临着以下几个急需解决的关键问题:
1)对围岩变形的判断与控制。对于软岩隧道围岩变形的研究主要集中在三个方面:
a．从理论方面对变形机理进行研究;
b．选择合理的施工工法对围岩变形进行控制;
c．运用有限元或其他数值模拟的手段对围岩的变形量和变形趋势进行预测。从众多的学术论文和科研成果中不难发现，对于围岩变形的机理多是采用连续性介质理论进行分析，而实际工程中的围岩是非连续的，它是岩块和结构面在三维空间的一种非定向关系。尤其是对于地质状况比较复杂的软弱围岩，都是由多种物理成分组成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的随机性。但是，在实际的研究和应用中，例如采用数值模拟的方法对软岩隧道围岩变形进行分析时，又必须运用岩体的本构关系，这本身就是存在问题的，更不要说计算结果的准确性了。不论是理论分析还是数值模拟都没有办法对围岩的变形量进行准确的判断。这将引起另外一个问题，就是在采取控制变形措施时，通常采用的是依据相似工程经验制定施工方案，并没有针对不同的变形量采取相应的控制措施，因此变形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中变形可以达到1．0m甚至更大，软弱围岩变形本质上属于大变形问题，然而岩体力学中使用的弹塑性变形理论虽然对材料的非线性进行了考虑，但是严格意义上仍属小变形理论。
2)对合理支护时机的探讨。隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题，二次衬砌的支护时机是保证二次衬砌长期稳定的关键。特别是对于软岩大变形隧道，如果二次衬砌施作过晚，则可能造成初期支护变形过大而无法控制，以致隧道失稳;但如果施作过早，则不利于地应力的释放和充分发挥围岩的自稳能力，从而使二衬受力过大而导致开裂，降低了隧道结构稳定性。因此，合理确定二次衬砌施作时机是保证隧道施工阶段和长期运营阶段安全性的关键。但是现阶段，对于隧道二次衬砌支护时机的研究仍然没有形成系统的体系。研究者多根据具体的工程背景选择不同的岩石弹塑性模型，采用的确定合理支护时机的判定方法也各有不同。对于二衬支护时机的影响因素的分析也多是针对单一影响因素，并没有综合考虑。
2大跨软岩隧道的发展与展望
为了满通建设的需要，将不可避免的遇到更多的软岩隧道工程。围岩大变形的控制问题仍然是未来软岩隧道工程需要解决的关键问题。从根本上讲要更深入的研究围岩的变形机理，找出适用于实际工程地质状况的围岩的本构关系。在施工的过程中，超前地质预报要贯穿整个隧道的开挖过程，监控测量要及时跟进。对于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后类似工程经验借鉴。隧道是地层围岩和支护结构共同组成的复杂受力体。支护是一个过程，一个好的支护方案要让这一过程与围岩变形过程相协调。考虑到软弱围岩的蠕变特性，围岩的自稳能力是与施加相关的，因此二次衬砌的支护需要一个合理的时机。反过来理解，如果要确定合理的二衬支护时机，首先要对围岩的蠕变特性和变形机理进行充分而深入地分析，只有在此基础上，才能选择适当的支护时机和支护形式以及确定合适的支护参数。由于目前的研究多针对二次衬砌的支护时机探讨，应该将整个支护过程统一起来，形成与不同围岩级别、不同断面尺寸、不同开挖方式、不同支护参数相对应的系统的支护方案，以及更完善的施工工法。
3结语
关键字：隧道覆盖覆盖规划铁路隧道公路隧道
一、概述
对重要的公路、铁路实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节，是提高综合竞争力的一个有力手段。从交通角度来看，目前大多数隧道的目的是覆盖盲区，因此需要结合交通线路的覆盖设计来制订专门的隧道覆盖解决方案。
隧道覆盖主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等，每种隧道具有不同的特点，一般来说公路隧道比较宽敞，对隧道里面的覆盖状况，有车通过与无车通过时差别不大。车辆通过时，隧道内剩余空间较大，可根据实际情况选择尺寸大一些的天线，以获取较高的增益，使覆盖范围更大。而铁路隧道一般来说要狭窄一些，特别是当火车经过时，被火车填充后所剩余的空间很小，火车对隧道的填充会对信号的传播产生较大的影响，且天线系统的安装空间有限，使天线的尺寸和增益受到很大的限制。另外，不管是哪种隧道，都存在长短不一的状况，短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几公里。在解决短隧道覆盖时，可采用灵活经济的手段，如在隧道口附近用普通的天线向隧道里进行覆盖。但是，这些手段可能在解决长隧道覆盖时不起作用，对于长隧道的覆盖必须采取其它一些手段。因此，对于每段隧道的解决方案可能都会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。
在进行隧道覆盖规划之前，一般需要知道以下数据：
隧道长度、隧道宽度、隧道孔数（1、2）、覆盖概率（50%、90%、95%、98%、99%）、隧道结构（金属、混凝土）、载频数目、隧道中最小接收电平（一般为-85dBm到-102dBm）、隧道孔间距、AC/DC是否可用、墙壁能否打孔、隧道入口处的信号电平、隧道内部已有信号电平等。
二、隧道覆盖的信号源选择
为了提供隧道覆盖，一个GSM信号源与一套分布式系统是必要的。信号源的选择，需要根据隧道附近的无线覆盖状况和传输、话务、现有网络设备等情况来决定。隧道覆盖所采用的信号源包括宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站等。
对于铁路、公路隧道覆盖来说，由于其话务量小，宏蜂窝基站作为信号源较为少用。但是，在城市地铁隧道中，人流量大，话务量也高，这种场合不仅要覆盖站台，而且还要覆盖铁路系统出口等地方，可采用容量较大的宏蜂窝基站。
使用宏蜂窝基站的优点是可以提供更多的信道资源、扩容较为容易、单个基站覆盖能力强；缺点是需要用电缆从BTS设备所在的机房引入信号覆盖隧道、增加了馈线损耗、需要较大的机房等配套设备、总的投资费用高。
对容量要求不是很高的隧道覆盖，可采用微峰窝基站。使用微蜂窝基站的优点是所需设备空间小、所需配套设备少、总的投资费用低。
如果附近有信号源可以利用，则可采用无线直放站来作为隧道覆盖的信号源。采用直放站往往是网络拓展的第一步，在网络容量上升后再用GSM基站来替换。采用直放站作为信号源的优点包括：无需传输、综合成本低、可将远处的话务带给施主小区，使小区的信道利用率更高、安装速度快等。无线直放站有宽带直放站和选频直放站两种，采用无线直放站会使得网络管理复杂度增加，不便维护，另外在采用选频直放站时，施主小区的频率发生变更后，直放站的频率也要进行调整，不利于整网规划和优化，施主天线和重发天线需要有足够的隔离度，造成安装空间上有些困难等缺点。除采用无线直放站以之外，也可采用光纤直放站作为信号源对隧道进行覆盖。
在实际工程之中，必须根据隧道长度、隧道附近的覆盖状况、基站分布、话务分布、建站条件等因素选择信号源，微蜂窝基站和直放站是隧道覆盖建设常用的信号源。
三、隧道覆盖的天馈系统选择
在选择好了GSM信号源之后，则必须根据实际情况配置天馈系统，对隧道进行覆盖。通常有三种不同配置的天馈系统：同轴馈电无源分布式天线、光纤馈电有源分布式天线、泄漏电缆。
1、同轴馈电无源分布式天线
这种覆盖方案的设计比较灵活、价格相对低、安装较方便。同轴电缆的馈管衰减较小，天线增益的选择主要取决于安装条件，在条件许可的情况下，可选用增益相对较高的天线，来提高覆盖范围。该方案的简化版就是采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案确实是一种低成本解决方案。
2、光纤馈电有源分布式天线系统
在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈电有源分布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式天线系统。它更适用于覆盖地下隧道（地铁隧道）和站台。采用光纤馈电有源分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁干扰、在复杂的网络中设计更灵活等，缺点是成本高。
3、泄露电缆
采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种最为常用的方法，这种方法的好处在于：
可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好；
信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀；
可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线的工程。
泄漏电缆覆盖设计是一项非常成熟的技术，其设计方案相对简单，本文不作重点分析。下面重点分析采用普通同轴馈电无源分布式天线进行隧道覆盖的设计方案。
四、隧道的无线传播
无线电波在隧道中传播时具有隧道效应，信号传播是墙壁反射与直射的结果，其中直射为主要分量。华为公司基于ITU－R建议，根据试验数据对传播模型进行了修正，得出一简单实用的隧道传播模型，用于进行隧道覆盖设计，该传播模型为：
Lpath=20lgf+30lgd―8dB
其中:
论文摘要：隧道工程是铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程，因地质条件不明造成隧道施工事故的危害是巨大的，加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。国内外对隧道地震波超前预报技术已研究多年，笔者就这方面的现状及进行了讨论，指出了TSP仪器技术存在的不足，阐述了克服盲目性、提高科学预报的重要性，介绍了新开发的TGP隧道地震波预报系统与技术及应用效果。
随着我国基本建设规模的扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。隧道工程的重要性越来越显著，隧道工程的数量和长度明显增加，规模不断扩大。因此隧道工程的安全施工和贯通，是不可回避重要任务和技术难题。危及隧道工程施工的地质病害大致分为三类：1不良工程地质条件，诸如岩体的裂隙发育密集带、构造破碎带、岩溶发育带、以及人工采矿造成的不良地质条件和高地应力造成的危害等；2不良水文地质条件，诸如岩溶水、构造和裂隙水等；3不良环境条件，诸如有毒有害气体和强放射性的环境。对于以上地质问题,在隧道工程的勘察设计阶段，已经投入大量的地质勘察工作，但是由于地质、地形条件的复杂性和相应勘察技术的现状水平，以及时间、经费等条件的限制，勘察阶段的地质资料一般难于达到施工阶段的精度要求。国内外因地质条件不明造成隧道施工事故的教训是不少的，例如：日本越新干线中山隧道涌水淹没事件；前苏联贝加尔—阿穆尔干线上某隧道的突水事件；我国成昆线、大秦线、衡广复线建设中，因地质问题的停工时间约占到1/3；以及不久前发生的四川某隧道瓦斯爆炸，造成重大事故和人员伤亡。以上隧道施工事故的危害是巨大的，因此强调加强隧道施工地质超前预报工作是非常必要的。
我国隧道地震波超前预报技术的研究起始于上个世纪的90年代，铁道部第一勘测设计院物探队提出“负视速度方法”。铁道部第一勘测设计院是较早研究隧道地震超前预报的单位。他们在1992年7月，利用地震反射波方法对云台山隧道进行隧道超前预报，预报成果与开挖后的隧道左壁“破碎带”和“断层”的位置基本一致。从上个世纪90年代初开始，我国物探技术人员一直没有停止对隧道地震超前预报技术的研究。曾昭璜（1994）研究利用多波进行反演的“负视速度法”，这种方法利用来自掌子面前方的纵波、横波、转换波的反射震相在隧道垂直地震剖面上所产生的负视速度同相轴来反演反射界面的空间位置与产状。北方交通大学的陈立成等人（1994）从全波震相分析理论和技术的角度研究隧道前方界面多波层析成像问题，进行隧道超前预报。他们的研究成果在颉河隧道、老爷岭隧道地质预报中应用，取得预期的效果。该方法的工作原理是以地震反射波方法为基础。工作中他们根据娴熟的地震反射波技术进行数据采集和数据解释，当时没有开发出针对隧道地震预报的处理系统，同时受当时条件所限制，该项技术未能得到进一步深入研究和发展。
1995年左右铁道部下属单位引进瑞士“TSP202”隧道地震波超前预报的仪器，当时曾组织系统内有关地质和物探专家在隧道工点进行了试验，未见明显的效果，认为其技术与“负视速度方法”基本一致，对其处理解释系统争议较大、认识褒贬不一，试验工作无果而终，该设备技术的消化工作也就搁置了。时隔7年后,隧道安全施工要求进行地质预报,该仪器设备由铁路系统的工程局又开始第二次引进，并直接用于隧道施工的预报工作。可以说由于第一次引进消化工作不深入，造成第二次引进后出现：应用工作中的盲目性和简单化，以及其他一些不正常现象。在宜万铁路隧道施工中不断出现的问题，使人们开始反思，不少论文也提出了存在的问题,铁道部也下发文件要求科学地进行超前预报。可以说短短几年的应用实践,人们仍然在探索着地质预报技术的进步。
隧道地震波超前预报属于物探技术，但比地面的地震波物探技术复杂，我国的地质物探工作者一直没有放松该技术的研究工作。北京市水电物探研究所研究地震波勘察检测技术已经有近20年的历史，并且是多道瞬态面波勘察技术的发明单位，生产的SWS型工程勘察与工程检测仪器系统，已经为400多家勘察设计、高等院所广泛应用，并且出口日本等国家。2003年该所投入人力物力研究隧道地震波预报技术，研究TGP12型隧道地质超前预报仪器，以及孔中高灵敏度三分量检波设备，方便的孔中耦合技术，和Windows编程的数据处理软件系统。在经过大量的预报实践验证后，于2005年通过了由国家隧道中心王梦恕院士组织的国内著名隧道专家的评审鉴定。该仪器系统推向市场不到2年的时间，已经有近20台套投入到隧道超前地质预报工作中应用，反馈信息普遍受到用户的好评。
铁道部工程设计鉴定中心赵勇主编的《高速铁路隧道》一书，提出隧道地质超前预报的方法有以下部分组成：①地质分析、②超前平行导坑预报法、③超前水平钻孔法、④物理探测法。并阐述物理探测法与地质分析法、超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法相结合，解决不同地质灾害的应用原则。书中介绍了国产TGP隧道地震波预报系统,声波反射方法，地质雷达方法，红外探水方法等。
本文就隧道地震波预报技术中的若干关键问题，并结合应用中的实际问题阐述如下，目的在于引起同行们讨论，促进地震波预报技术理论水平的提高，促进采集数据质量的提高，促进资料的解释推断工作向合理化方向发展。
一、隧道地震波方法的预报原理
隧道地震预报工作利用地震反射波原理，在隧道内以排列方式激发的地震波，向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面会产生反射波。声阻抗是介质传播弹性波的速度与介质密度的函数，介质的声阻抗数值为速度与密度的乘积。因此地层中的岩性变化界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等界面会产生地震反射波，这种反射波被布置在隧道内的检波器接收，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现地质预报的目的。
由此可以看出，隧道地震波预报技术是通过直接探查声阻抗变化的界面，经过人工分析实现间接推断地质病害的方法。
图（2）不同夹角构造界面的地震波路径与反射波记录形态
图（1）示意与隧道斜交的构造面，其地震波传播的路径图，构造面上的地震波反射点在白色园内。图（2）示意不同夹角构造面的地震波路径与反射波记录形态，与隧道夹角不同的构造面其反射点位置不同，地震波传播路径偏离隧道轴线也不同。构造面与隧道正交时地震波传播路径与隧道轴线平行，右图为与隧道正交构造面产生的地震反射波记录，根据反射波同相轴计算得到界面与检波点之间岩体的地震波速度，该速度代表隧道围岩的性质。由非正交条件下地震反射波记录获得的速度为地震波传播路径岩体的“视速度”，“视速度”值的大小不仅与路径上岩体的性质有关，而且与界面和隧道的夹角有关。应用地震波预报构造面位置的计算是利用地震波在炮孔段的传播速度，各构造面之间岩体的速度是综合界面反射获得的“估算速度”，不是隧道围岩的真速度，应用中结合反射点偏离隧道轴线距离的远近和岩体的各项异性分布综合考虑使用。
图（2）是理想模式的三份量地震波时距曲线形态。实际工作中采集的地震波是错综复杂的，理想模式的地震波是不常存在的，记录上普遍存在有来自三维空间中多个方向的反射波，和各种形式的干扰波，这是应用技术中首先考虑的问题。
针对隧道地震波传播的复杂性，TGP地震预报系统不仅利用地震反射波走时关系，同时采集空间地震波三分量记录，进行地震波的极化分析与计算，该技术的突破有利于地质构造面产状、规模和地质体性质的预报。
二、TGP隧道地质超前预报系统
隧道地震波预报的早期研究，是由研究和利用地震波在时间空间域中的运动学特征开始的，工作中认识到仅仅利用地震波运动学和动力学特征是不够的。隧道工程的地震波在全三维环境条件下传播，这种条件比地面上的平面半无限空间条件复杂得多，而且隧道内地震波的接收与激发测线与探测目的是近于垂直或者大角度相交的条件，因此影响在地质构造面上获得大长度大面积的地震波信息量。针对这种状况，预报工作仅仅利用单一模态的地震波难以胜任。因此，TGP系统强化采集地震波的多波列信息，综合利用地震波的多波列震相信息，因此TGP系统的功能得到明显的增强。
TGP隧道地质超前预报系统包括仪器设备和处理软件两大部分。其中仪器设备有TGP型仪器主机、接收传感器、孔中定位安装工具和电缆等。图（3）是TGP隧道地质超前预报系统的主机。其处理软件由地震波数据输入与编排、空间坐标建立、能量均衡、干扰波分析与去除、触发时差校正、谱分析、纵横波分离、岩体速度参数计算、回波提取与偏移图、有效波分析与衰减参数计算、极化波处理与构造产状图、综合分析与绘制成果图等模块组成。
工程应用中，TGP型隧道地质预报系统对于500多米距离的构造面具有清楚的地震反射波信息，说明仪器系统具有足够的信噪比。实际工作中考虑预报距离和分辨精度两方面要求，预报距离一般采用150米至200米。TGP型隧道地质预报系统具有登记全部测长距离内地质构造信息的功能，利用逐次递进的位置相关分析，和源生成果对比等处理功能，有利于去伪存真和排除异常，提高预报成果的质量。该系统2005年8月通过由国内知名隧道、地质、物探专家组成的专家组评审鉴定。专家们一致认为“TGP12仪器与相关的处理系统，性能稳定可靠，采集的波形完整，信噪比高，与国外同类仪器对比整体上具有国际先进水平，可替代进口产品。”具体评审意见如下：
1、TGP12是集信号放大，模数转换，数据采集、存储和控制为一体的密封防水防震的物探设备；优于利用微机装配式结构的仪器，TGP12适合在恶劣的隧道环境中使用。
2、TGP12的三分量速度型检波器具有高灵敏度，指向性强和较宽的频带响应等特点，因而拾取的地震波信号具有高的质量品质。TGP12孔中接收检波器采用黄油耦合，方便、经济、快捷。优于在钻孔中需要锚固异型钢导管的方式。2米长的钢导管难于携带、运输，价格昂贵，一次性使用，费事费工费财。
3、TGP12的地震波采集触发是开路触发方式，即信号线在雷管引爆炸药的同时被炸断，信号线同时开路触发仪器采集，仪器采集无延时差，保证定位的准确性。超前预报仪器若采用起爆器电脉冲同时触发电雷管和触发主机采集的方案，由于电雷管起爆的延时时间难于做到一致，因此会造成仪器采集的走时误差，这种触发方式在我国的地震波勘探规程中明确规定不宜使用，更何况隧道岩体的速度比覆盖层介质的速度高出几倍以上，以岩体波速4500m/s～5500m/s为例计算，每一毫秒误差会造成2～3m的预报距离误差，一般瞬发电雷管的延时误差不止一毫秒，因此由20多次激发的平均线计算隧道岩体速度，和利用存在误差的时间计算距离，两次误差的乘积造成的误差不容忽视。
4、TGPWIN隧道地震波处理分析软件借鉴了已有相关软件的长处，并充分考虑弹性波在三维空间的传播特点，以及根据TGP仪器采集的数据格式编写。功能特点如下：
（1）全中文界面，通俗易懂，对地震波信号的处理过程，直观、方便，具有友好的人机操作界面。
（2）对P波、SH波、和SV波的分离完善合理，这是超前地质预报数据处理的关键工作之一。
（3）处理软件具有相关部分互相检查的功能，例如点击偏移归位成果图上的反射界面位置，程序会转到该位置界面的反射波组位置，通过分析反射波组的连续性、反射波的极性和能量，确定偏移成果的可靠性和性质。有助于去伪存真，由此及彼，由表及里，深化认识，使预报结论科学可靠。
（4）TGPWIN处理中有自动处理方式，也有手动处理方式，有深入分析异常可靠程度的追踪功能，这样设计既适应非物探专业的普通工程技术人员使用，又适应物探专业人员分析地震波传播特性，对复杂地质条件进行深入研究工作的需要。
5、TGP12系统只要增加不多的配套附件和软件模块，就可以增加仪器用于隧道检测的其它功能，例如：对已衬砌的隧道进行衬砌脱空检测，检查隧道围岩中隐蔽的病害（岩溶）。也可以在掌子面上用锤击的激发方式做到短距离更为精确的地质预报，因而它是一机多能的设备。
TGP12的性价比与国外同类仪器相比具有明显的优势。而且研发、生产在国内，用户可以获得及时周到的技术服务和技术支持，以及仪器维修等方面的方便性。
三、工程应用实例
宜万铁路凉风亚隧道的岩性为灰岩，TGP12型仪器与进口TSP203仪器进行了同点试验，预报成果如下，见图（4）、图（5）。
由以上成果图可以看出：在DK53+322—DK53+346；DK53+370—DK53+380；DK53+390—DK53+420三处存在构造异常，其中DK53+322—DK53+346、DK53+370—DK53+380两处的Vsh波比Vp波反射幅度大，推断以上两处构造带存在有充水或岩溶发育的可能性、。此结论经过日后的隧道开挖证明完全正确。在隧道施工的《变更设计建议书》中结论：“在隧道左壁的DK53+322段发现岩溶，溶蚀带宽度为2.5米，溶蚀带穿过隧道拱顶至右壁的DK53+340米段，并向边墙外延伸，雨后DK53+322处溶洞有较大水量流出，DK53+339处溶洞有少量渗水。该段围岩较破碎，节理发育，受溶洞影响，拱顶岩层出现楔体破坏、掉块”。
TGP12型隧道地质预报系统在云南水富高速公路冷水溪隧道，宜万铁路王家岭隧道、凉风垭隧道，青岛海滨高速仰口隧道，重庆地区数条公路隧道，以及武广客运专线大瑶山隧道等工程使用，获得满意的预报效果。
1、隧道地震波超前预报的概念解释
隧道地震波超前预报技术翻译成英语是“TunnelSeismicPrediction”，简称“TSP”。在我国《客运专线铁路隧道施工技术指南》的第5.0.8条使用了“TSP”缩写词。一般规程中使用缩写英语字母表示某种技术是正常的事情，但是在隧道地质超前预报工作中却出现被歪曲利用的现象，把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”。这种现象对隧道超前预报技术的应用，造成了不良的影响。在有的地方和部门的隧道施工招标和设备招标工作文件中也存在把“TSP技术”歪曲解释成“TSP***仪器”的现象，这是对隧道地震波预报技术缺乏科学认识。
因此，正确认识：“TSP技术”即隧道地震波超前预报技术，有益于正确执行我国的现行隧道规程规范和法规，有益于隧道工程的招投标工作，有益于隧道地震波预报技术的进步，有益于诚实诚信的预报技术服务。
2、隧道地震波预报中的接收与激发问题
在隧道地震预报工作中，有的采用把接收与激置在隧道的洞壁上，这种做法不妥当。众所周知，洞壁的表面波传播较强，对地震反射波会形成不容忽视的干扰。同时钻爆施工影响洞壁岩体松动，局部超欠挖使得洞壁岩体不平整和完整性差，接收检波器和激发点受局部岩体影响大，地震波的传播和衰减比较复杂，严重影响地震波记录的一致性，大大降低有效波的信噪比。因此不宜采取在洞壁激发与接收的做法。
有关
在洞壁激发和接收中面波的干扰问题，原清华大学声学教研室的沈建国教授曾经作过物理模型试验，见图（6）。模型设计在隧道前方有一个溶洞，洞径与隧道断面相当，分别在洞壁的4个深度布置接收排列。
图（7）是洞壁采集的地震波记录，图（8）是在洞壁一定深度内采集的地震波记录。图中：蓝色直线Vp表示直达纵波；蓝色曲线Vp1表示溶洞的反射纵波；红色直线Vr的后面表示面波。由图（7）与图（8）对照可以看到：图（7）面波Vr幅度强，溶洞的反射波无法分辨；图（8）的面波Vr幅度大大减弱，溶洞的反射波较清晰的表现出来。这个模型试验的结果明确说明面波的干扰在钻孔一定深度呈现减弱的趋势。因此，在隧道地震波超前预报检测工作中，采取孔中激发和接收技术措施压制面波非常必要，是提高反射回波记录信噪比质量的重要环节。
TGP隧道地震波预报系统的接收和激发，结合现场施工的方便性，要求钻孔的深度为2.0米。钻孔中采用炸药爆炸产生震源，控制使用小药量炸药，在有条件的地方尽量使用高爆速炸药，同时在孔中充水的条件下爆炸。在充水的条件下爆炸有以下好处：易于产生高频地震波，提高分辨率；同时爆炸泄放到隧道内的爆炸声音小，减弱隧道管波的干扰能量；爆炸时水由孔中喷出的过程有益于产生水平偏振，加强横波的能量，有利于地震预报工作中实现采集高质量的多波信息，实现多波多参数的预报目的。钻孔中接收，采用具有高指向性和高灵敏度的三分量接收探头安置在钻孔的底部，通过耦合剂实现与钻孔壁的直接接触，检波器信号输出采用软电缆，和采用吸声软材料封堵钻孔口等措施，对于高保真地接收地震有效波信号，减少产生干扰波环节等方面很有益处。
3、隧道地震波预报中的干扰波
在隧道地震波采集过程中，存在着多种干扰波，对此必须有明确地认识。例如：对头隧道施工和邻洞施工的干扰波；地表地形和来自其他方向的反射波干扰；洞内电磁波干扰；以及接收装置设计不当产生的干扰波等等。正确认识干扰波和产生的原因，才会采取正确的措施获得高质量的现场地震波记录。下面重点讨论隧道管波的干扰问题。
隧道管波由激发孔爆炸时声波泄放到隧道中产生，被接收传感器接收造成对记录的干扰，见图9。
图中地震记录50毫秒以下出现的呈斜线“黑点”，在右图中斜线用“紫线”表示，由记录上的时距线计算“紫线”表示的速度为340m/s，该线以下的波（左半图中黑色部分）为空气中传播的声波，我定义这种波为“隧道管波”，“隧道管波”出现后覆盖其后出现的地震反射波。“隧道管波”幅度的大小与激发和接收条件有关，“隧道管波”在地震记录上出现的位置与采集偏移距离有关。该紫色线位置为偏移距离为20m的“隧道管波”出现位置。图中蓝色线表示速度为4500m/s的前行纵波和反射纵波，红色线表示速度为2500m/s的前行横波和反射横波。上部的蓝色线Vp和红色线Vs分别表示由震源向前传播的直达纵波与横波。下部的多条蓝色线Vp100、Vp150、Vp200分别表示掌子面前方100米、150米、200米距离处构造面的反射纵波，多条红色线Vs100、Vs150分别表示掌子面前方100米、150米距离处构造面的反射横波。由图看出有30%地震道的反射纵波和50%以上地震道的反射横波淹没在“隧道管波”的干扰中。如果隧道围岩的纵波速度低于4500米/秒、横波速度低于2500米/秒，将会有更多的地震道淹没在“隧道管波”的干扰中，其中影响横波的程度更为严重，这种现象严重影响纵、横波双参数预报。
我提出隧道管波的严重干扰问题，希望引起足够的重视，加强地震波检测理论的学习，克服对有效波和干扰波不加区分，盲目按照流程进行处理的做法，才可以纠正成果中以夹杂干扰波假象进行预报的局面。
在京西梨园岭隧道TGP206与TSP200在同一次预报中进行试验对比，发现TSP200仪器采集的记录中有严重的隧道管波，TGP206仪器采集的记录中无隧道管波。两台仪器工作中使用同一批24炮震源和在同一位置接收，采集的地震波记录出现如此之大的区别，关键在TSP200仪器的接收装置设计不合理。我分析过近百个TSP203与TSP200仪器采集的记录文件，记录上普遍存在着“隧道管波”，检查数据处理的过程中也未见对干扰波进行处理，而是作为地震反射波数据参与了处理，隧道管波干扰的假象混杂在预报成果图中。近几年，我看到的使用TSP203和TSP200资料发表的预报文章中，其现场采集的偏移距离（接收到最近激发炮之间的距离）普遍使用15米或者20米，炮孔之间的距离为1.5米至2米左右。在隧道管波干扰的情况下，这种布置采集的记录见图（9），记录上的隧道管波是构成对有效波预报的严重干扰。我们对以如上参数采集的记录作个初步的分析，假设岩体条件为完整的微风化硬岩，以岩体的纵波速度为4500米/秒，横波速度为2500米/秒计算，未受隧道管波干扰的距离：纵波成果为120米左右，横波成果为60米左右。以现行TSP200或者TSP203双参数预报的做法评论，其未受隧道管波干扰的预报距离为60米左右。如果岩体条件降低，双参数预报的距离还要大打折扣。如果按预报150米距离分析，其中有90米左右的距离中包含有隧道管波的假象资料。请有关使用者自己检查已经处理过的文件，分析我的结论是否有道理。也不妨召开一个有代表性，而且能够深度研究隧道地震波预报技术的会议，研讨是否存在隧道管波干扰的问题和改进措施。
我提出一个不得已而为之的方法，供大家思考。根据各种波传播路径和速度差异的原理，即隧道管波在隧道内的空气中传播，其速度低，地震波在岩体中传播其速度高，现场采用加大偏移距离进行预报数据的采集方法，利用岩体的地震波速度明显高于空气中声波速度的条件，使隧道管波下移，延迟隧道管波在地震波记录出现的时间，加大反射波接收的时间窗口，可以起到加大预报距离的目的。图（10）下部标注有20、30、40的三条紫色线分别表示：偏移距离为20米、30米、40米情况下的隧道管波的出现位置。由图可见，如果采用40米的偏移距离，隧道管波下移，反射波的时间窗口加大，在岩体为完整微风化硬岩的条件下，纵波反射基本上不受干预，横波反射受影响的地震道约为30%。这种方法的不利点是偏移距离加大会影响到地震波频率的降低和能量的衰减，但是权衡利弊，实现“隧道管波”下移的方法，避开隧道管波的干扰，无疑是一个不坏的办法。
隧道管波在记录上的幅度与激发泄放到隧道中的能量，以及接收装置系统对隧道管波的压制能力有关。“隧道管波”产生的源头在激发，在激发孔没有注满水、或激发孔太浅的条件下，激发能量会大量泄放到隧道内。因此，注意改善激发条件有利于减弱隧道管波的干扰。
有关是否可以采取滤波方式处理“隧道管波”的问题。“隧道管波”的频率与激发条件、接收装置条件、以及隧道围岩的性质等有关系，也存在接收装置系统在受震条件下产生次生震荡波，综合起来的干扰波比较复杂。通过滤波方式处理不宜实现滤除目的，如果采用的滤波参数不合理，还会产生改变地震波信息造成其它成果假象的可能性。
4、隧道埋深与预报距离
有一位从事海底隧道地震波超前预报的工程师向我询问有关预报距离的问题，海底隧道在基岩和海底的沉积地层中穿过，如果基岩面的起伏较大，这一类情况与地面上的浅埋隧道一样。在隧道地震超前预报中，海底地形界面和起伏的基岩面同样是地震波的反射面，因此，地形界面和土石界面产生的反射波，与地质构造面产生的反射波均会被仪器接收并叠加在一起，造成地震波记录复杂化。所以，在海底隧道或者浅埋隧道进行超前预报时，要综合考虑上述影响，合理确定预报的距离。一般在无法剔除地形等界面反射波影响的条件下，控制预报距离小于隧道埋藏深度为宜，对于大于埋深的距离预报要慎重。
5、关于围岩参数的预报问题
关于隧道围岩参数的预报问题，应该明确两个问题：一是地震波预报方法获得围岩参数的原理和作用；二是利用围岩参数变更隧道围岩级别的合理性。
地震波预报方法获得的基本参数是纵波速度和横波速度，其他参数均是由此计算得到的二级参数。利用地震波方法求取速度参数计算的过程中，速度数值与介质本身和反射界面的角度两个变量有关系。在地震波预报求取速度的过程中，以测量段（炮孔段）岩体速度为基本参考值，计算中同时考虑岩体反射界面的反射幅度强弱作为计算因素，带有相关比较的性质，因此得到的速度数值称为估算速度，利用估算速度曲线的分布作为分析相邻岩体的定性比较具有一定的合理性。但是，它既不是常规地震波勘探中的均方根速度，也不是岩体的真速度。
地质界面与隧道的关系，地质界面正交隧道轴线的情况应该说是个别的，普遍存在的应该是与隧道存在夹角的情况，因此普遍存在的是地震反射波路径与隧道轴线不重合，地质界面与隧道的夹角越小（以正交为90度），地震波路径与隧道轴线的夹角越大，即地震波路径偏离隧道越远。因此，利用地震反射波路径方向上的速度代表隧道围岩，存在不合理性，因为地质岩体具有的非均质、非连续和各向异性是不容忽视的。
在明确地震波预报获取的速度含义以后，我们来分析利用该速度进行“隧道围岩弹性波分级法”和变更隧道围岩级别的问题。“隧道围岩弹性波分级法”顾名思义，是隧道围岩弹性波的一个分级方法，而不是隧道围岩地质分级的全部。勘察设计报告中围岩级别的结论是综合考虑：隧道通过地带岩体的工程地质、水文地质、隧道埋深与地应力，以及隧道围岩弹性波参数等多方面的资料做出的，仅仅利用预报获得的岩体参数变更围岩的级别存在着片面性。
举例说明如下：图（11）是TSP203仪器预报成果图中的一部分，图中上半部分三项参数的直方图，由上而下为岩体分段的纵、横波速度参数值；岩体的密度值；和岩体的弹性模量值。图的下半部分为反射界面的分布图。以图中的反射界面线与隧道里程线的交点为序，统计反射界面与隧道轴线的夹角，汇总成表1。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
里程
2084
2092
2104
2108
2109
2116
2136
2152
2164
2184
2188
夹角
45°
75°
70°
65°
75°
80°
80°
70°
90°
70°
80°
以表1中最后两个界面的里程和夹角，根据隧道地震反射波传播理论，采用作图方法，绘制的地震反射波的射线路经，分别见图（12）。
上图的预报距离为100米：图中序号11的界面在2188里程，构造面与隧道夹角80°，其地震射线与隧道夹角10°～15°，反射段偏离隧道距离32～37米；图中序号10界面在2184里程，构造面与隧道夹角70°，其地震射线与隧道夹角20°～30°，反射段偏离隧道距离49～59米。如果以正常预报距离150米计算，反射段偏离隧道的距离达到70～80米。地震波射线与隧道轴线方向不同，射线路经与隧道轴线也不具备重合条件，而且偏离隧道50至80米多米以外，这样的速度资料作为隧道掌子面前方围岩的速度不具备代表性，以此变更隧道围岩的分级则更无道理。至于图中提供的其他岩体动参数，例如：动弹性模量、动剪切模量、动泊松比和岩体密度值等参数，皆由岩体纵波和横波速度计算而来，摆在报告中也就是一堆动参数。况且在没有具体岩体动静参数对比资料的基础上，如何使用也存在问题。
我认为隧道地震波超前预报，应该是以预报地质灾害和不良地质条件为主，以估算速度参数定性评价围岩地质条件为辅的方法。
关键词：隧道防排水注浆堵水防水布铺设
目前隧道衬砌渗漏水问题,尤其是施工缝处、隧道的接口处及管节之间的连接处等薄弱环节的渗、漏水更为严重。如何搞好隧道防排水设计及裂缝防水技术,是保证行车安全和隧道能否长期使用的重要条件。
一、进洞前防排水处理
首先,在隧道进洞前应对隧道轴线范围内的地表水进行了解,分析地表水的补给方式、来源情况,做好地表防排水工作:用分层夯实的粘土回填勘探用的坑洼、探坑;对通过隧道洞顶且底部岩层裂缝较多的沟谷,建议用浆砌片石铺砌沟底,必要时用水泥砂浆抹面;开沟疏导隧道附近封闭的积水洼地,不得积水;在地表有泉眼的地方,涌水处埋设导管进行泉水引排;在隧道洞口上方按设计要求做好天沟,并用浆砌片石砌筑,将地表水排到隧道穿过的地表外侧,防止地表水的下渗和对洞口仰坡冲刷,并与路基边沟顺接成排水系统;洞顶开挖的仰坡、边坡坡面可用喷射混凝土将其封闭,并对洞口上方及两侧挂网喷浆;若在洞顶设置高压水池时,应做好防渗防溢设施,且水池宜设在远离隧道轴线处等。
二、开挖过程中对涌水地段的防排水处理
(一)涌水地段的防排水处理原则。在隧道施工过程中,应对开挖面出现的涌水进行调查分析,找准原因,采取“以排为主,防、排、截、堵相结合”的综合治理原则,因地制宜地制定治理方案,达到排水通畅、防水可靠、经济合理和不留后患的目的。
(二)涌水地段的原因分析。造成隧道涌水现象一般是由于地下水发育,洞壁局部有水流涌出;碰到断层地带,岩石破碎,裂隙发育,出现涌水现象;洞顶覆盖层较薄,岩石裂隙发育,开挖地表水下渗等原因。施工中应对洞内的出水部位、水量大小、涌水情况、变化规律、补给来源及水质成分等做好观测和记录,并不断改善防排水措施。
(三)涌水地段的处理方法。对于洞内涌水或地下水位较高的地段,可采用超前钻孔排水、辅助坑道排水、超前小导管预注浆堵水、超前围岩预注浆堵水、井点降水及深井降水等辅助施工方法。当涌水较集中时,喷锚前可用打孔或开缝的摩擦锚杆进行排水;当涌水面积较大时,喷锚前可在围岩表面设置树枝状软式透水管,对涌水进行引排,然后再喷射混凝土;当涌水严重时,可在围岩表面设置汇水孔,边排水边喷射。
三、二次衬砌中防排水处理与控制
(一)防水层安装与控制
1.防水层进场时检查。除按必要的工作程序进行取样检查外,还应检查防水板表面是否存在变色、皱纹(厚薄不均)、斑点、撕裂、刀痕、小孔等缺陷,存在质量缺陷时,应及时处理。
2.防水层铺设前对初期支护的检查和处理。防水层铺挂前,应先对初期支护喷射混凝土进行量测,对欠挖部位加以凿除,对喷射混凝土表面凹凸显著部位应分层喷射找平。外露的锚杆头及钢筋网应头齐根切除,并用水泥砂浆抹平,使混凝土表面平顺。
3.防水层铺设好后检查和处理。防水层铺挂结束,监理工程师应对其焊接质量和防水层铺设质量进行检查。其检查方法有:(1)用手托起防水板,看其是否能与喷射混凝土密贴。(2)看防水板表面是否有被划破、扯破、扎破等破损现象。(3)看焊接或粘结宽度(焊接时,搭接宽度为10cm,两侧焊缝宽度应不小于2.5cm;粘结时,搭接宽度为10cm,粘结宽度不小于5cm)是否符合要求,且有无漏焊、假焊、烤焦等现象。(4)拱部及拱墙壁露的锚固点(钉子)是否有塑料片覆盖。(5)每铺设20延长米～30延长米,剪开焊缝2处～3处,每处0.5m。看是否有假焊、漏焊现象。(6)进行压水(气)试验,看其有无漏水(气)现象等,检查防水板铺挂质量。如果发现存在问题,除应详细记录外,并立即通知施工单位进行修补,不合格者应坚决要求返工。
(二)止水带安装与控制
防水混凝土施工缝是衬砌防水混凝土间隙灌注施工造成的,对于施工缝的防排水处理,在复合式衬砌中,一般采用塑料止水带或橡胶止水带。
1.二次衬砌端部的检查与处理。在浇筑二次衬砌混凝土前,可用钢丝刷将上层混凝土刷毛,或在衬砌混凝土浇筑完后4h-12h内,用高压水将混凝土表面冲洗干净,并检查止水带接头是否完好,止水带在混凝土浇筑过程中是否刺破,止水带是否发生偏移,如发现有割伤、破裂、接头松动及偏移现象,应及时修补和处理,以保证止水带防水功能。
2.止水带安装质量的检查与处理。检查是否有固定止水带和防止偏移的辅助设施、止水带接头宽度是否符合要求、止水带是否割伤破裂、止水带是否有卡环固定并伸入两端混凝土内等项目,做好详细检查记录,如存在问题时,应立即通知施工单位进行修补,不合格者应坚决要求返工。
(三)混凝土浇筑与控制
衬砌混凝土施工时,应督促施工单位加强商品砼的后仓管理,定期不定期的进行检查。混凝土振捣时必须专人负责,避免出现欠振、漏振、过振等现象。加强施工缝、变形缝等薄弱环节的混凝土振捣,排除止水带底部气泡和空隙,使止水带和混凝土紧密结合。
四、二次衬砌渗漏处理与控制
(一)引流堵漏。对于滴水及裂纹渗漏处,可采用凿槽引流堵漏施工方法。如在渗漏部位顺裂缝走向将衬砌混凝土凿出一定宽度和深度(如宽20mm,深30mm)的沟槽,埋设直径略大于沟槽宽度或与沟槽宽度相当的半圆胶管将水引入边墙排水沟内,再用无纺布覆盖半圆胶管或防水堵漏剂封堵,然后用颜色相当的防水混凝土封堵或抹面。
(二)注浆堵漏。对于渗漏严重部位,可采用注浆堵漏施工方法。如在渗漏部位凿出一定宽度和深度(如直径80mm,深40mm)的凹坑,清理混凝土渣,并检查表面混凝土密实性,从渗漏部位向衬砌钻孔,其深度建议控制在衬砌厚度范围内,埋管注浆,其注浆浆液通过设计确定。注浆结束后,其凹坑可按文中上述4.1方法做防水堵漏处理。
五、结语
每道工序的施工质量都对隧道防排水效果产生很大的影响,施工中的每一点疏忽都可能造成渗漏水隐患。因此,应加强对每道工序的施工质量控制,严格按规范施工确保施工达到设计效果,使隧道防排水工程质量有保证。
参考文献:
1.1GPS在大桥控制测量中的应用
在建立大桥控制网时，采用桥梁轴线建立坐标系对所应用的GPS技术进行处理。在桥梁主轴线上，联测或假定一个控制点，并且以轴作为GPS控制网方位基准，由高精度测距仪测量主轴线两端控制点间长度确定网尺度基准。在主桥高程面上选择GPS桥梁控制网投影面。
1.2GPS在隧道控制测量中的应用
在布设GPS隧道控制网时，通常采用隧道工程坐标系。在布设隧道工程坐标系的过程中，其原点一般选择隧道洞口控制点，并且在方向上要求X轴指向与线路前进方向一致，同时通过正交的方式，使得Y轴与X轴构成右手系。在对GPS隧道控制网网点进行选择埋设时，需要考虑GPS测量对点位的要求，以及隧道施工的要求。
2GPS高程拟合精度评定指标
为了对GPS高程拟合精度进行客观的评论，需要对所有的GPS点进行水准联测，在全网上均匀分布起算点，选择其他点作为检核点。在内符合精度方面，根据参与拟合计算已知点高程异常与拟合出高程异常求拟合残差；在外符合精度方面，根据检核点高程异常与拟合出高程异常间差值，计算GPS高程拟合的外符合精度M；GPS水准精度评定，根据检核点与已知点距离L计算检核点拟合残差限值评定GPS拟合高程达到的精度。
3数据介绍隧道主要应用
GPS进行控制网布设进行高程传递。对于控制点来说，由于需要进行拟合处理，在这种情况下需要的数据比较少。以某一桥梁为例，采用20个公共点对三次样条模型和移动曲面进行拟合分析，根据需要数据前四位省略，在数据类别方面，根据GPS高程拟合原理，可以将其分为起算数据、检核数据。其中，起算数据中的点一方面包含大地高，另一方面包含正常高，同时以此为计算拟合模型中的参数。检核数据是已知大地高，高程异常通过应用拟合模型进行计算，进一步获得正常高。本文中将11个数据点作为起算数据，9个数据点作为检核数据，具体分配方案为起算数据13个，分别为1、3、5、6、7、9、11、14、16、18、20点，检核数据9个，分别为2、4、8、10、12、13、15、17、19。
4数据解算结果及分析
分别对三次样条拟合和移动曲面拟合两种模型根据分配好方案进行数据拟合，三次样条拟合法比移动曲面拟合法效果更好一些，两种方法得到拟合结果值与已知各点高程异常值关系。当多跨桥梁长度、隧道长度分别小于3000m、6000m时，通过移动曲面拟合法可以满足精度要求。对于三次样条曲线拟合，在应用过程中，需要注意X分量、Y分量对拟合结果产生的影响，在某些情况下，三次样条拟合出高程异常面会出现失真现象。对于多跨桥梁、隧道来说，当其长度分别超过3000m、6000m时，在这种情况下，通过移动曲面拟合法获取高程数据，在精度方面早已不能满足要求。对测区内一块宽1000m，长5000m区域采用三次样条拟合法和移动曲面拟合法进行高程异常拟合，通过对比分析两种拟合方法所得结果及拟合图形，同时结合三次样条和移动曲面拟合原理，可知三次样条拟合法存在一定的局限性，三次样条法拟合法与X分量或者Y分量密切相关，拟合结果受X分量、Y分量的影响，进而影响拟合结果的可靠性。
5结论
1)施工前的内外联关系。
在施工之前主要开展的工作为可行性研究和勘察设计，以及施工前开展的招投标工作。前者涉及的内外联关系主要是隧道方案与整个路线工程，以及与自然和社会的相互作用，主要体现为方案与具体设计的合理性和科学性。后者主要涉及建设方与施工方的相互关系，即建设方与施工方的合同关系建立过程，其中关键因素是中标价格。
2)施工中的内外联关系。
施工阶段的和谐性是评价城市隧道工程建设和谐度的最主要内容。这一阶段整个工程建设过程的内外联关系可以划分为实体工程、机构人员和资金流转三个方面。实体工程方面:工程建设活动需要开挖岩土体、扰动地下水环境，隧道结构与岩土体发生相互作用;施工过程各部分、各工序发生相互作用;工程建设从外部环境获取大量的各类材料，又向环境输出废弃材料、废气和污水。机构人员方面:参与工程建设的业主、施工、监理、设计和监测检测等单位及其员工需要开展大量的互动工作，这些工作有管理与被管理、监督与被监督，以及相互协作等不同的角色关系。参与工程建设的单位还与社会其他单位或个人因材料采购、废弃物处置、污染物排放、共用其他社会资源等原因发生互动关系。资金流转方面:主要表现为承包商向监理、业主单位的资金申报审批，以及业主向承包商、承包商向材料供应商、服务提供商和劳务人员提供的资金拨付。资金流转的正确性、合理性和及时性，对工程建设活动的顺利运转也十分重要。
3)施工后的内外联关系。
施工后的内外联关系主要体现为隧道工程为社会提供服务，以及运营者对隧道进行的管理维修。隧道工程为社会提供服务:隧道方案越合理、自身状况越好，可以为社会经济发展提供的服务就越好，经济社会效益越明显。隧道工程的管理维护:管理维护一方面有利于保持隧道的健康状态和服务水平;另一方面需要花费一定的成本、对隧道运营产生一定的影响。过多、过频繁的维护和病害治理，说明隧道工程本身的建设质量存在不足。
2城市隧道和谐性的表现形式及影响因素
城市隧道工程建设的和谐性可以从技术、经济、社会和环境等四个系统得以体现，不同系统中又可细分为若干个方面，每个方面和谐性的影响因素不尽相同，相互之间可能存在重叠。
2．1城市隧道和谐性的表现形式
1)技术系统的和谐主要表现为安全、质量和进度三方面有保障。
安全方面包括不发生各种形式的安全事故，不因安全事故造成财产损失和人员伤亡;质量方面包括不出现各种类型的质量问题，工程各部分功能正常、系统相互协调;进度方面包括工程总进度得以保障，各分项或分部工程得到协调一致的推进。
2)经济系统的和谐性主要体现为业主(代表政府或社会)、承包商(机构)和参与建设的员工在经济上取得好的效益。
业主方面主要为获得合理最大化的投资回报，按时据实向承包商支付各项费用，不因安全、质量或进度等问题产生额外费用;承包商方面主要体现为在保证安全、质量的前提下获得最大的经济效益，不因安全、质量和进度问题额外增加成本;员工方面主要体现为按时获得与付出劳动相对应、与区域或行业收入水平相协调的劳动报酬，不因窝工、违规作业、工伤事故等造成不必要的损失。
3)社会系统的和谐性主要体现为外联关系、机构关系协调和员工关系等三方面处于协调、顺畅状态。
外联关系方面体现为工程建设有效避免对外部单位与个人的干扰、破坏，能够获得外部单位与个人的支持。机构关系方面体现为所有参建单位恪守本职工作，相互合作与支持，不因相互协调不畅导致正常施工中断、延误问题的正常处理等。员工关系方面体现为所有参与建设的管理者、技术人员和工人互相尊重、理解和支持，相互交流沟通顺畅，能够和谐共处。
4)环境系统的和谐性主要体现为资源消耗水平低、污染物得到有效控制和处理、施工环境扰动得到控制。
在资源消耗水平方面主要体现为工程建设消耗的各类建筑材料较少、能耗和用水量较低;在污染控制水平方面主要体现为产生的污染较少，并得到及时有效的处置，由于工程建设参数的废弃物较少等。施工扰动控制水平和谐性在施工扰民控制方面主要体现为施工产生的振动、噪声等对周边居民及单位的影响得到有效控制，对周边景观的破坏得以控制并及时得到修复。
2．2城市隧道和谐性的影响因素
通过城市隧道工程建设内外联关系的分析，城市隧道和谐性的影响因素可以归纳为以下15个方面:方案社会评价水平(C1)、施工中标价格水平(C2)、参建机构资信水平(C3)、安全事故控制水平(C4)、质量缺陷控制水平(C5)、设计变更控制水平(C6)、施工工期控制水平(C7)、反馈决策顺畅水平(C8)、企业财务健康水平(C9)、员工薪酬发放水平(C10)、内联关系协调水平(C11)、外联关系协调水平(C12)、废弃物处置水平(C13)、污染物处置水平(C14)、景观修复营造水平(C15)。
3城市隧道和谐度的层次分析法评价
城市隧道工程建设和谐度的评价是一个多指标综合评价问题，可以采取层次分析法、模糊数学法等方法进行评价，本文采取层次分析法进行分析。层次分析法的基本思想是将复杂的问题分解为若干个层次，在比原来系统简单很多的层次上逐步分析。通过比较若干因素对同一目标的影响，把决策者的主观判断用数量的形式表达和处理，从而确定它在目标中的比重。层次分析法的主要流程为:明确问题建立层次结构模型利用成对比较法构造判断矩阵进行层次排序，获得权向量进行一致性检验完成层次总排序以及一致性检验获得最优系统方案。
3．1递阶层次模型的构建
根据层次分析法理论，构建四个层阶的递阶层次模型分析模型。城市隧道工程建设的综合和谐度为第一阶(最终目标层H)，并将其分为技术(HT)、经济(HC)、社会(HS)和环境(HN)四个二阶目标层。第三层为指标层，共包括12个方面的准则(T1～C9)，即安全管理指标、质量管理指标、进度管理指标、业主经济指标、施工经济指标、员工经济指标、外联关系指标、机构关系指标、员工关系指标、资源消耗指标、污染控制指标、扰民控制指标。指标层为影响城市隧道工程建设和谐度的15种影响因素(C1～C15)。
3．2指标层权重的确定
应用层次分析法确定指标权重的方法为:利用分级比较标度方法，列出上层指标与下层相关性，由被调查者采取两两比较的方法，给出判断矩阵。然后求出判断矩阵的特征向量和特征值，进行一致性检验。
3．3和谐度等级的确定
根据和谐度的评价值，按照表1确定其评价等级。具体实施时，可以由政府或其他主管单位研究提出对工程最后的和谐度指标和等级要求进行明确，确定经济和行政奖惩方案，形成有据可查的文件。或由建设单位在施工招标和合同谈判中对工程最后的和谐度指标和等级要求进行明确(此时需要修正一些与施工单位无关的指标)，确定经济和行政奖惩方案，作为合同条款的一部分。
4某城市隧道和谐度评价实例
1)工程概况。
某城市隧道全长1823m(左线913m，右线910m)，隧道进出口位于不设超高的大曲线半径上，左右设计线相距约30m～50m，属于间距较小的分离式隧道。隧道按城市Ⅱ级快速干道设计;双向四车道，单向行车，设非机动车道及人行道;设计时速40km/h，设计荷载:公路—Ⅰ级;隧道净宽14．50m，净高5．0m。
2)指标权重的调查分析。
为确定城市隧道工程建设和谐度的指标权重，邀请上级主管单位和全体参建单位对和谐城市隧道建设工作进行了分析。与会25位代表(上级主管单位6名，业主6名，施工单位6名，监理和设计单位各3名，监测检测单位1名)参加了各因素重要程度的调查。与会人员分别填写了各层指标重要性调查表，其中准则层与措施层的关系采取开放形式，即每一个准则元素与哪些措施元素相关，由被调查者自己确定，在数据分析时，最多计入6种排位靠前的因素。通过对上述调查进行分析，得到了各指标对总目标的权重。
3)和谐度评价。
该隧道建设完成之后，项目建设单位对各方面工作进行总结，召开和谐隧道建设总结评估会议。上级管理单位、参与建设单位、周边企业和市民代表等35人参与了总结评估。根据和谐度与和谐度等级的对应关系，该隧道工程建设评定为“和谐”。
5结语
隧道衬砌一般常用的形式有整体式衬砌、复合式衬砌、喷锚衬砌。整体式衬砌通常为保证施工安全要采用喷锚支护等临时支护措施，这种支护不是永久的受力结构，只有模筑混凝土才是永久受力结构。复合式衬砌通常也将喷锚支护作为初期临时支护，内层用模筑混凝土作为二次衬砌的永久结构，为防止初期喷锚支护和二次模筑混凝土衬砌间因为材料、受力或其他因素而发生不同变形，进而导致混凝土出现裂纹，一般要在两层间根据需要设置防水层或隔离层。喷锚衬砌是将喷锚支护作为了永久性衬砌结构，适用于地下水不充裕的Ⅲ级或以上围岩的短隧道，喷锚支护是柔性结构，它充分利用围岩的自承能力和围岩形成一体产生共同变形。通过对这三种常用衬砌形式受力结构的分析，我们可以非常清晰地认识到：三种衬砌中喷锚支护极为重要，其施工质量直接关联隧道主体结构的工程质量，如果出现质量问题，将为公路隧道施工以至于整条公路留下质量隐患或安全隐患。
二、公路隧道支护技术
公路隧道初期支护方式要根据施工要求采取不同的支护形式。主要选择的有喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式。
（1）喷射混凝土：其方法大致分为素喷和网喷两种，喷射混凝土的作用是对围岩节理、裂隙起到充填作用，将不连续的岩层层面胶结起来，形成一个整体。同时产生楔效应增加岩块间的磨擦系数，进而有效防止岩块沿软弱面滑移脱落，使表面岩块保持稳定状态。喷射混凝土由于具有一定粘结力和抗剪强度，能与岩层粘贴的同时和围岩形成了统一的承载体系，极大改善了喷层的受力条件。喷射混凝土一定要及时并做到分层施喷，喷层虽薄但其具有较高的强度。这样，喷层有效控制了围岩变形。即使在围岩仍有较大变形的情形下，仍不致于产生坍塌，这样就有效提高了围岩自承能力。同时喷射混凝土能使隧道周边的围岩尽早封闭，进而有效防止了围岩的进一步风化。在喷射混凝土作业施工中，首先要做好职工准备，准备充足的材料如水泥、砂、石、速凝剂、水等，严格检验材料质量，尽量用新鲜的相容性试验合格的水泥和速凝剂，砂、石含水率要达标。检修好喷射机、混凝土搅拌机等设备，并进行就位前的试运转。风管和水管管路及接头要确保良好。检查开挖断面，将附着于岩面的泥圬冲冼干净。对渗漏较大处做好引排水处理。在做好充足的准备工作后进行操作，操作中要注意：控制好风压、水压和水灰比。要想保证喷射混凝土的质量，降低回弹率，减少挥发粉尘，喷射作业时要求风压控制要稳定，压力大小应调整适当。水压通常要比水压50-100Kpa，要在喷头水环位置形成水雾，充分湿润干拌合料。干喷时，如果喷射的混凝土易粘着，回弹小而且表面湿润光泽，说明水量适中。如发现表面无光、回弹物多、灰尘大、混凝土不密实等现象，则说明水量小。如果表面出现流淌滑动现象，则说明水量大。要掌握好喷射角度和喷射距离。喷嘴与岩面的角度一般要垂直于岩面。如果靠近边墙，应将喷嘴略向下俯约10°左右，使混凝土喷射在较厚的混凝土顶端。喷嘴与岩面的距离一般保持在0.8-1.2m。每一次喷射混凝土的厚度，应掌握在拱部为5-6cm，边墙为7-10cm。喷射的顺序应先墙后拱从下而上，先喷凹处找平，然后继续向上喷射。喷射时料束要尽量呈旋转轨迹运动，大致要一圈压半圈，纵向按蛇形进行。为保持喷层表面平整，喷射完应对表面再扫射一层。喷射顺序应自上向下，料束要呈横扫方式运动，不能旋转或者停留。
（2）锚杆：锚杆主要起到了悬吊、加固和组合梁的作用，根据材质不同可以分为砂浆、药卷和自进注浆锚杆。其悬吊作用主要表现在：因为外部震动或其他因素导致局部岩块不稳定，为防止岩块脱落，就用锚杆把活动岩块吊挂在稳定的岩体上。或者将应力区内不稳定的围岩悬挂在应力区以外牢固稳定的岩体上，从而保证了这部分岩体能够保持相对稳定的特性。其加固作用主要表现在：从围岩的径向四周科学布设锚杆，随着围岩的挖空，部分松软的围岩在锚杆的固定之下，与主体形成承载拱形，不至于脱落造成围岩形变。喷射混凝土后，与围岩形成一体，共同承载了外部压力。其组合梁作用表现在：锚杆将岩层紧密连接在一起，促使岩层达到了密合程度，大幅增加了岩层间的摩擦力，这种酷似组合梁的结构，充分发挥了固定围岩的作用。使用锚杆时，要注意位置分布，做到布局合理，大部分锚杆位置是沿着隧道周边呈梅花状均匀分布，方向与周边岩面尽量保持垂直。由于锚固力不足或锚杆强度不够往往会导致锚杆失效，这就要求要采取更换高强度锚杆、大径锚杆或增加锚杆数量、增大锚孔直径等有效措施加以解决。
