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關(guān)鍵詞：巖體工程地質(zhì)力學(xué)巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)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;

中圖分類號：P55文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

世界上, 最早的工程地質(zhì)學(xué)的精典著作, 一是太沙基教授著的《工程地質(zhì)學(xué)》( 1929) ; 二是薩瓦連斯基教授著的《工程地質(zhì)學(xué)》( 1937) 。這兩部書問世之后, 對推動各國的工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展起了很大的作用。在此之后, 各國也相繼發(fā)表了很多版本的《工程地質(zhì)學(xué)》, 雖然在內(nèi)容方面有新發(fā)展, 但其學(xué)術(shù)思想還是屬于太沙基教授和薩瓦連斯基教授的學(xué)術(shù)思想范疇, 他們多注重地殼表層的地質(zhì)作用及其所產(chǎn)生的各種工程地質(zhì)現(xiàn)象, 并對土質(zhì)方面的工程地質(zhì)問題, 進(jìn)行了比較深入地研究。由于當(dāng)時(shí)的鐵路工程、隧道工程、水壩工程的規(guī)模較小, 基本上滿足了工程建設(shè)的需要。

我國著名的工程地質(zhì)學(xué)家谷德振教授著的《巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)》( 1979) 具有新的學(xué)術(shù)思想, 是從地質(zhì)歷史的發(fā)展過程—建造與構(gòu)造, 并運(yùn)用地質(zhì)力學(xué)的觀點(diǎn), 研究了巖體的工程地質(zhì)特性及力學(xué)的成因問題, 具有工程地質(zhì)學(xué)方面的新的理論特色, 對解決大型巖體工程建設(shè)問題起了很大的作用。對完善各國的工程地質(zhì)學(xué)的理論體系, 具有重大的意義。

巖石力學(xué)做為一門新興學(xué)科是在50 年代逐步形成的。第一本《巖石力學(xué)》( J. 塔洛布爾著) 直到1957 年才出版。當(dāng)時(shí)的巖石力學(xué)的占有支配地位的理論是材料力學(xué)、即把材料力學(xué)中的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論引用到巖石力學(xué)之中, 這是巖石力學(xué)初期發(fā)展的特點(diǎn)。到了70 年代, 人們對巖體有了新的認(rèn)識, 開始建立了“巖體”與“巖塊”的兩個(gè)不同的概念。巖體是具有裂隙的, 巖體力學(xué)性質(zhì)是與裂隙性質(zhì)密切相關(guān)。所以, 裂隙巖體力學(xué)特性成為巖體力學(xué)研究的中心課題, 從而使巖體力學(xué)有了新的發(fā)展。其代表作是1974 年米勒教授( L.Muller) 主編的《巖石力學(xué)》文集。

巖體力學(xué)的發(fā)展具有十分重要的意義, 為巖體力學(xué)的新突破提出了理論基礎(chǔ)。對于巖體中看起來雜亂無章的裂隙, 稱之為結(jié)構(gòu)面的分布與組合, 是有規(guī)律可循的。這就為巖體力學(xué)規(guī)律性的研究奠定了基礎(chǔ)。

孫廣忠教授著《巖體力學(xué)基礎(chǔ)》( 1983)和《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》( 1988 年) 的書中明確提出了“巖體結(jié)構(gòu)控制論”做為巖體力學(xué)的基礎(chǔ)理論, 書中比較全面地的論述了: ①巖體的地質(zhì)特征—巖體力學(xué)的地質(zhì)基礎(chǔ);②巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)—巖體力學(xué)的基本規(guī)律;③巖體力學(xué)分析原理及方法。《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》可稱為當(dāng)今階段的巖體力學(xué)發(fā)展的代表作。從生產(chǎn)實(shí)踐觀點(diǎn)來看, “巖體工程地質(zhì)力學(xué)”與“巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)”的研究對象是相同的, 即邊坡、地基、地下隧道與硐室等工程巖體穩(wěn)定問題; 它們的服務(wù)目標(biāo)也是一致的, 即為工程設(shè)計(jì)與施工服務(wù)。這兩門學(xué)科既有不可分割的緊密聯(lián)系, 又各有側(cè)重, 分別進(jìn)行深入細(xì)致的研究工作。兩者的關(guān)系見圖

根據(jù)圖1 可見: 以工程設(shè)計(jì)為服務(wù)目標(biāo)來講, 巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究與巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)研究是一個(gè)整體。

巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究主要有三個(gè)內(nèi)容:

( 1) 巖體結(jié)構(gòu)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

巖體結(jié)構(gòu)特性的好與壞與地質(zhì)建造的形成環(huán)境、形成時(shí)代、成巖作用和演變過程有著內(nèi)在的有機(jī)聯(lián)系, 所以弄清組成各種建造的巖石組合特征和巖石的工程地質(zhì)性質(zhì), 并依此進(jìn)行巖層的工程地質(zhì)分組。每類巖組均有自身的巖體結(jié)構(gòu)的規(guī)律性。

( 2) 巖體結(jié)構(gòu)的地質(zhì)力學(xué)分析

在認(rèn)識巖體結(jié)構(gòu)特性的過程中, 既要重視地質(zhì)建造, 也更要重視建造的改造和再改造。巖體結(jié)構(gòu)特性與褶皺斷裂有著密切的關(guān)系, 為了弄清巖體結(jié)構(gòu)類型與及其規(guī)律性, 必須應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)理論與方法, 研究構(gòu)造變形場形成的時(shí)間性, 空間性和力學(xué)性, 并探索褶皺斷裂形成的力學(xué)機(jī)制和構(gòu)造型式及其構(gòu)造應(yīng)力場的特征等等。

( 3) 地質(zhì)模型

根據(jù)工程地質(zhì)巖組的特性和巖體結(jié)構(gòu)的類型, 并結(jié)合巖體工程的性質(zhì)、形狀、尺寸及所處的地質(zhì)背景位置, 以巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點(diǎn)對上述各種要素進(jìn)行綜合分析, 最后抽象為地質(zhì)模型, 依此來判斷工程巖體變形破壞形式。

巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)研究,主要有兩大內(nèi)容:

( 1) 將地質(zhì)模型轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型地質(zhì)模型

不僅是巖體工程地質(zhì)力學(xué)的主要研究內(nèi)容, 同時(shí)又是巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要研究內(nèi)容。前者側(cè)重于研究地質(zhì)模型的成因和類型, 而后者是側(cè)重于研究地質(zhì)模型的力學(xué)效應(yīng)。即依賴于巖體結(jié)構(gòu)及其力學(xué)效應(yīng), 將地質(zhì)模型轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型。

( 2) 將力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)語言

巖體工程地質(zhì)力學(xué)研究, 以目前的研究水平來講, 多屬于定性研究, 雖然也可以作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù), 但尚不夠充分。所以, 必須經(jīng)過地質(zhì)模型, 轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型, 再將力學(xué)模型中與巖體變形破壞機(jī)制有關(guān)的各種要素, 從定性的轉(zhuǎn)化為定量的, 并用數(shù)學(xué)語言表達(dá)出來, 才能進(jìn)行巖體穩(wěn)定性的力學(xué)分析。

巖體穩(wěn)定性的力學(xué)分析成果, 從某種意義上講, 是巖體工程地質(zhì)力學(xué)與巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)的共同的最終成果, 是工程設(shè)計(jì)最充分的依據(jù)。但一項(xiàng)最佳的工程設(shè)計(jì), 除應(yīng)用最終成果之外, 還應(yīng)對其他的研究內(nèi)容: 工程地質(zhì)巖組, 巖體結(jié)構(gòu), 地質(zhì)模型和力學(xué)模型等的含義有充分了解、消化、吸收, 才能使工程設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的目標(biāo)。

孫廣忠教授著《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》一書, 不僅是發(fā)展了巖體工程地質(zhì)力學(xué), 也發(fā)展了巖體力學(xué), 它具有我國巖體力學(xué)的理論特點(diǎn)。作者將這一理論特點(diǎn)概括為以下五條:

( 1) 巖體力學(xué)是研究環(huán)境應(yīng)力改變時(shí)的巖體再變形和再破壞的科學(xué)。

( 2) 巖體結(jié)構(gòu)控制巖體變形、破壞及其力學(xué)性質(zhì)。巖體結(jié)構(gòu)控制作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石材料的作用。

( 3) “巖體結(jié)構(gòu)控制論”是巖體力學(xué)基礎(chǔ)理論, “巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)”是巖體力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ), 巖體結(jié)構(gòu)分析方法是巖體力學(xué)研究的基本方法。

( 4) 巖體賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境中, 巖體賦存環(huán)境條件可改變巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)和巖石力學(xué)性能。

( 5) 在巖體結(jié)構(gòu), 巖石及環(huán)境應(yīng)力條件控制下, 巖體具有多種力學(xué)介質(zhì)和力學(xué)模型, 巖體力學(xué)是由多種力學(xué)介質(zhì)和多種力學(xué)模型構(gòu)成的力學(xué)體系。

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（①昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明 650500；②中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，昆明 650051）

摘要： 隨著地下空間的不斷開發(fā)利用，涌現(xiàn)出很多關(guān)于地下工程的相關(guān)研究。通過分析地下水的布局以及與巖土體的相互作用，來分析地下水滲流-應(yīng)力耦合的效應(yīng)影響。

關(guān)鍵詞 ： 地下水；地下空間利用；巖土體；效應(yīng)

中圖分類號：TU452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0077-02

作者簡介：王帥（1984-），男，河南商丘人，碩士研究生，研究方向?yàn)閹r土工程。

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)工程建設(shè)的規(guī)模和工程難度越來越大，伴隨的工程事故時(shí)有發(fā)生。研究表明，在地下施工過程中，存在地下水滲流場和地應(yīng)力場耦合作用問題，主要表現(xiàn)在巖土的變形引起巖土滲透性能的改變，導(dǎo)致流體孔隙壓力發(fā)生改變；流體孔隙壓力的改變使得巖土體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。大量的地下工程研究和實(shí)踐表明，在地下巖土體開挖中進(jìn)行流-固耦合分析是十分必要的。

1 地下工程地下水及與巖土體的相互作用

地下水的存在方式主要有兩種，一種為吸附水或稱約束水；另一種為重力水。而重力水與巖土體的作用是工程實(shí)踐中考慮的重中之重。

1.1 對巖土體的力學(xué)作用 ①巖土體接觸面上靜水壓力分布。在多孔介質(zhì)中，滲流對某一接觸面上的靜水壓力，服從流體的靜水壓力分布，即任一點(diǎn)上的靜水壓力p為：p=rwh。式中，rw為水的容重；h為計(jì)算點(diǎn)的水頭。②骨架間滲流作用力。顆粒表面上的力一般可概括為兩部分：一是垂直顆粒周界面的水壓力；二是與顆粒表面相切的內(nèi)摩擦角即切力。這兩個(gè)力的合力fo稱為滲流作用力。該力作用在每個(gè)顆粒骨架上的大小和方向不同，如果考慮體積為V的土體，則可將其中各顆粒骨架所受的力fo求和后再除以體積V，即可得到單位土體中顆粒骨架所受的滲流作用力：

1.2 地下水對巖土體力學(xué)性質(zhì)的影響 地下水對巖土體強(qiáng)度的影響主要有3個(gè)方面：①地下水通過物理的、化學(xué)的作用改變巖土體的結(jié)構(gòu)，從而改變巖土體的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ值；②地下水通過空隙靜水壓力作用，影響巖土體中的有效應(yīng)力從而降低巖土體的強(qiáng)度；③地下水通過空隙動水壓力作用，對巖土體施加一個(gè)推力，即在巖土體中產(chǎn)生一個(gè)剪應(yīng)力，從而降低巖土體的抗剪強(qiáng)度。

2 滲流——應(yīng)力耦合分析基本理論

2.1 滲流場主要方程

2.1.1 平衡方程 根據(jù)滲流場中微元體的平衡可推得空隙流體的靜力平衡方程即：

3 實(shí)例分析

3.1 工程簡介 某市地鐵5號線和平西橋站~北土城東路站區(qū)間隧道在設(shè)計(jì)里程范圍內(nèi)下穿小月河及櫻花西橋。小月河自西向東橫穿櫻花西橋，河床兩側(cè)為漿砌片石擋墻，河床底部為素混凝土基礎(chǔ)；隧道走向與小月河的一致，地層從上之下一次為：填土、粉質(zhì)粘土、粘土夾粉細(xì)砂等。由于小月河對地層水的補(bǔ)給作用，此段地層含水飽和，水位埋深為3.2~4.8m。

3.2 橋基響應(yīng)數(shù)值模擬分析

3.2.1 計(jì)算模型 為了計(jì)算建模方便，計(jì)算模型中未考慮降水井模型，而是采用等效的方法來模擬降水效果。

3.2.2 分析結(jié)果 ①水位下降10m時(shí)，可降至隧道底部，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)地表最大沉降為21.37mm，橋基最大沉降為19.56mm，地層和橋基的變形基本一致，橋基之間的差異沉降不到2mm，相對控制標(biāo)準(zhǔn)而言，累計(jì)沉降?燮40mm，差異沉降?燮10mm，降水期間橋基沒有安全隱患。②計(jì)算分析表明，在該地層中，每降水位1m，引起的地表和橋基的沉降值約為2mm，實(shí)際降水深度變化時(shí)，可以根據(jù)此進(jìn)行重新估算，降水所引起的差異沉降很小，可以忽略不計(jì)。③通過與實(shí)際的監(jiān)控測量數(shù)據(jù)比較，分析表明數(shù)值模擬方法及模型的建立是合理的，所取得的分析成果為施工決策提供了重要的參考依據(jù)和指導(dǎo)。

4 結(jié)論

通過實(shí)例的驗(yàn)證，我們可以知道，地下水的滲透對隧道施工的重要性。對于地下工程有待于我們繼續(xù)研究，特別是地下工程的時(shí)空效應(yīng)，地下工程群洞效應(yīng)的研究，地下工程的耐久性等。只有這樣不斷的研究才能形成更系統(tǒng)的理論知識，更好地服務(wù)于實(shí)踐。

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篇3

關(guān)鍵詞：地質(zhì)預(yù)報(bào) 地質(zhì)雷達(dá) 隧道施工

1 引 言

本文結(jié)合王城高速太安嶺隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究項(xiàng)目，對大斷面公路隧道工程信息化施工技術(shù)的應(yīng)用性進(jìn)行分析和研究。經(jīng)過大量實(shí)踐與事實(shí)，得出結(jié)論：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能夠?yàn)橹卮笏淼拦こ唐鸬街笇?dǎo)性作用。

2 主要超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的確定

目前國內(nèi)外常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：地面地質(zhì)調(diào)查法、物探法等。不同的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法與技術(shù)都存在各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

地面地質(zhì)調(diào)查法基于地表與地下地質(zhì)構(gòu)造的相關(guān)性，對隧道地表的不良地質(zhì)情況進(jìn)行大致宏觀的分析和預(yù)報(bào)，它的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)報(bào)距離長、適應(yīng)性廣、成本低廉，缺點(diǎn)是難以保證準(zhǔn)確度和精確度。

物探法是目前隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)較為先進(jìn)的方法，主要有聲波測井法、聲波透射法和波反射法，其中以基于波反射法的地質(zhì)雷達(dá)和Tgp最為常用。本文主要分析物探法在隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用和意義

2.2地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)原理

地質(zhì)雷達(dá)（GPR）方法是一種用于探測地下介質(zhì)分布的廣譜（1MHz—1GHz）電磁技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)用一個(gè)天線發(fā)射高頻電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。通過對接收的反射波進(jìn)行分析就可推斷地下地質(zhì)情況。

根據(jù)波動理論，電磁波的波動方程為：

P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr （1）

（1）式中第二個(gè)指數(shù)-βr是一個(gè)與時(shí)間無關(guān)的項(xiàng)，它表示電磁波在空間各點(diǎn)的場值隨著離場源的距離增大而減小，β為吸收系數(shù)。式中第一個(gè)指數(shù)冪中αr表示電磁波傳播時(shí)的相位項(xiàng)，α為相位系數(shù)，與電磁波傳播速度V的關(guān)系為：

V = ω/α （2）

當(dāng)電磁波的頻率極高時(shí)，上式可簡略為：

V = c/ε （3）

式中c為電磁波在真空中的傳播速度；ε為介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

地質(zhì)雷達(dá)所使用的是高頻電磁波，因此地質(zhì)雷達(dá)在地下介質(zhì)中的傳播速度主要由介質(zhì)中的相對介電常數(shù)確定。

電磁波向地下介質(zhì)傳播過程中，遇到不同的波阻抗界面時(shí)將產(chǎn)生反射波和透射波。反射和透射遵循反射與透射定律。反射波能量大小取決于反射系數(shù)R，反射系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

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

式中ε1和ε2分別表示反射界面兩側(cè)的相對介電常數(shù)。

由（4）式可知：預(yù)報(bào)過程中的反射系數(shù)的大小主要取決于反射界面兩側(cè)介質(zhì)的相對介電常數(shù)的差異。差異越大反射系數(shù)越大，探測出的異常越明顯。

對于不同深度、不同巖性的探測目的層與目的物，在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)檢測時(shí)，需選擇相應(yīng)頻率的天線和適當(dāng)?shù)膬x器參數(shù)。要探測到較深的地質(zhì)情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本次檢測選用了100MHz天線。

地質(zhì)工程師判讀法

地質(zhì)工程師根據(jù)區(qū)域地質(zhì)知識和經(jīng)驗(yàn)，綜合分析判斷，對掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測，并對地質(zhì)預(yù)報(bào)儀及地質(zhì)雷達(dá)探測出的地質(zhì)現(xiàn)象做出合理的解釋。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

太安嶺隧道于繁峙縣與渾源縣交界處的太安嶺上，是王莊堡至繁峙高速公路項(xiàng)目的重要組成部分。該項(xiàng)目的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用了地面地質(zhì)預(yù)報(bào)和地質(zhì)雷達(dá)相結(jié)合的方式，本章主要介紹地質(zhì)雷達(dá)在預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

3.1地質(zhì)雷達(dá)

相對于物探法中的其他幾種方法，地質(zhì)雷達(dá)有方便快捷、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，它屬于短期(短距離)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的一種，任務(wù)是依據(jù)工作面的特征,通過觀測、鑒別和分析,并結(jié)合長期超前預(yù)報(bào)成果，推斷工作面前方20～30m范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的地層、巖性情況，推斷掌子面實(shí)見的各種不良地質(zhì)體向掌子面前方延伸的情況；對掌子面涌水量的觀測，結(jié)合巖性、構(gòu)造特征，推斷工作面前方20～30m范圍內(nèi)可能的地下水涌出情況；并在上述推斷的基礎(chǔ)上，預(yù)測工作面前方20～30m范圍內(nèi)的隧道圍巖類別，提出準(zhǔn)確的超前支護(hù)建議，并對施工支護(hù)提出初步建議。目標(biāo)是為隧道施工提供較為準(zhǔn)確的掌子面前方近距離內(nèi)的具體地質(zhì)狀況和圍巖類別情況。

3.2預(yù)報(bào)結(jié)果分析

開挖對比后，實(shí)際情況與預(yù)報(bào)結(jié)論基本一致，準(zhǔn)確度較高。

選取幾期地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果比較如下表所示：

太安嶺超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果（部分）與實(shí)際結(jié)果比較表

實(shí)踐表明，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度較高，產(chǎn)狀與實(shí)際情況相比有些許偏差；但總體基本準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的地質(zhì)雷達(dá)方法對于隧道圍巖可以做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，在保證準(zhǔn)確度的情況下同時(shí)可以做到及時(shí)性和方便性。太安嶺隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)就體現(xiàn)了物探法（地質(zhì)雷達(dá)）在隧道信息化施工中的應(yīng)用問題。但是，應(yīng)明白的是每一種預(yù)報(bào)方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，對于某些重要的底下工程，應(yīng)當(dāng)做到長期超前預(yù)報(bào)和短期超前預(yù)報(bào)相結(jié)合、多種預(yù)報(bào)方法相互使用與輔助的原則，才可以取得準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)（References）：

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[2]劉志剛，趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[ M].北京：中國鐵道出版社.2011,2

篇4

【關(guān)鍵詞】軟弱圍巖；監(jiān)控量測；支護(hù)設(shè)計(jì)；數(shù)值分析

0 前言

我國正處于隧道建設(shè)的時(shí)期，在隧道建設(shè)上每年都投入大量的人力、物力和財(cái)力[1]，以適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。長期以來，隧道圍巖穩(wěn)定性評價(jià)和隧道開挖后應(yīng)力重分布特征研究是工程地質(zhì)學(xué)者研究的重要課題[2]，對于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的山區(qū)公路隧道而言，區(qū)域地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造則是與其圍巖穩(wěn)定性所在有著直接關(guān)系的重要工程地質(zhì)問題。比如區(qū)域性斷裂破碎帶地區(qū)，斷裂帶區(qū)域內(nèi)的隧道圍巖意味著圍巖中各類結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育、圍巖結(jié)構(gòu)松散、巖體破碎、裂隙水發(fā)育等因素導(dǎo)致圍巖基本處于體強(qiáng)度較低的碎裂狀態(tài)。實(shí)踐證明，破碎帶區(qū)域圍巖穩(wěn)定性問題是十分重要的問題，它直接影響隧道工程的進(jìn)度，關(guān)系著工程的成敗。某隧道施工中，由于地層破碎，圍巖穩(wěn)定性差，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，迫使施工中斷，轉(zhuǎn)而又投入巨大的人力、物力來處理塌方事故，嚴(yán)重地影響了隧道施工的正常掘進(jìn)，既延誤工期又造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 研究內(nèi)容及采用方法

通過應(yīng)用ANSYS有限元數(shù)值模擬計(jì)算，量測儀器的數(shù)據(jù)反饋；得出圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力與ANSYS軟件理論計(jì)算[3]數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對軟弱圍巖隧道的施工進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

2 軟弱圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基本原理

2.1 普氏計(jì)算原理

普氏理論算得的軟質(zhì)圍巖松動壓力[4]，一般在松散、破碎圍巖中較為適用。普氏理論認(rèn)為，所有的巖體都不同程度被節(jié)理、裂隙所切割，因此可視為散顆粒。但巖體又不同于一般的散顆粒，其結(jié)構(gòu)面上存在著不同程度的黏結(jié)力?；谶@種認(rèn)識，普氏提出了巖體的“堅(jiān)固性系數(shù)”f（又稱側(cè)摩擦系數(shù)）的理念。各計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。

為確定圍巖的松動壓力，普氏進(jìn)一步提出了基于“自然拱”概念的計(jì)算理論[5]。認(rèn)為在具有一定黏結(jié)力的松散介質(zhì)中開挖后，其圍巖上方會形成一個(gè)拋物線形的自然拱，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力就是自然拱內(nèi)松散巖體的重量。而自然拱的形狀和尺寸（即它的高度hk和跨度bt）與巖體的堅(jiān)固性系數(shù)f有關(guān)。具體表達(dá)式為：

2.2 ANSYS有限元計(jì)算與現(xiàn)場量測分析數(shù)據(jù)

2.2.1 荷載計(jì)算與數(shù)據(jù)分析圖

2.2.2 對比分析

某隧道地|條件之復(fù)雜實(shí)屬罕見，工程特點(diǎn)可以概括為：深埋、偏壓、富水、高地應(yīng)力，軟巖、順層、山高谷深、地質(zhì)復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)多、科技含量大及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高。通過應(yīng)用ANSYS有限元軟件數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)控量測對比分析，理論分析與實(shí)際監(jiān)控量測數(shù)據(jù)基本相符，具體分析如下。

如圖3所示的10個(gè)鋼筋計(jì)從埋設(shè)鋼筋計(jì)到一個(gè)月后測試數(shù)據(jù)，分析可得出應(yīng)力在開始的一段時(shí)間內(nèi)都呈遞增的趨勢，且應(yīng)力都為負(fù)值，即為壓應(yīng)力。說明在初期支護(hù)完成后，初期支護(hù)各個(gè)部位都是受壓的，壓力逐漸增加。但是這一階段又隨鋼筋計(jì)的埋設(shè)位置不同，變化時(shí)間上有較大差異。持續(xù)時(shí)間最短的為983#，約3天，壓力增加也較小，為46.5MPa；持續(xù)時(shí)間較長的為988#，從9月26日埋設(shè)鋼筋計(jì)到10月6日均為壓力遞增過程，壓力增量達(dá)到57.3MPa。在10月5日到6日曲線均有較大的突變，主要是受仰拱開挖和仰拱施工影響。該段時(shí)間內(nèi)的各個(gè)鋼筋計(jì)均為壓應(yīng)力減小，其中983#、971#鋼筋計(jì)甚至顯示出現(xiàn)了拉應(yīng)力。由于受壓部位各不相同，變化的量也有很大差異，其中982#鋼筋計(jì)的壓應(yīng)力變化最大，壓應(yīng)力減小量達(dá)到84.8MPa；990#鋼筋計(jì)的壓應(yīng)力相應(yīng)變化較小，其變化量為18.5MPa。仰拱澆筑完成后，鋼筋計(jì)壓應(yīng)力的變化趨勢均為重新開始緩慢增大。其中018#、982#、990#的壓應(yīng)力的增大過程均比較緩慢，持續(xù)時(shí)間很長；而983#、974#、988#、971#的壓應(yīng)力增大和減小的過程較短，曲線變化較明顯，持續(xù)時(shí)間短。014#（拱頂）和994#分別數(shù)日后因超過鋼筋計(jì)測程而失效，994#和981#鋼筋計(jì)最后的讀數(shù)分別為150.7MPa和45.4MPa，均未達(dá)到鋼筋計(jì)的量程。10月15日以后的測試讀數(shù)漸趨穩(wěn)定，表明在仰拱澆筑后圍巖變化趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

軟弱圍巖的應(yīng)力重分布和變形是一個(gè)比較長的過程，其穩(wěn)定需要時(shí)間較長，而且在隧道斷面的各個(gè)位置，圍巖的受力狀態(tài)和變化過程均相差較大。通過現(xiàn)場監(jiān)控量測量化了極限位移分級標(biāo)準(zhǔn)，確定控制標(biāo)準(zhǔn)，逐步完善軟巖隧道變形控制技術(shù)。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)反演接觸壓力，通過對圍巖大變形機(jī)理和變形特點(diǎn)的研究，現(xiàn)場施工中根據(jù)圍巖變化情況，及時(shí)調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺、支護(hù)參數(shù)、預(yù)留變形量；提出了在炭質(zhì)頁巖富水地層采用“合理變形、剛?cè)岵?jì)、多重支護(hù)”；在炭質(zhì)頁巖貧水地層采用“合理變形、剛?cè)岵?jì)”的控制軟弱圍巖大變形的設(shè)計(jì)理念。

【參考文獻(xiàn)】

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篇5

【關(guān)鍵詞】公路工程 地質(zhì)影響 對策

一、概述

眾所周知，工程地質(zhì)是調(diào)查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關(guān)的地質(zhì)問題的科學(xué)。研究工程地質(zhì)的目的是為了查明各類工程建筑場區(qū)的地質(zhì)條件，對場區(qū)及其有關(guān)的各種地質(zhì)問題進(jìn)行綜合評價(jià)，分析、預(yù)測在工程建筑作用下，地質(zhì)條件可能出現(xiàn)的變化和作用，選擇最優(yōu)場地，并提出解決不良地質(zhì)問題的工程措施，為保證工程的合理設(shè)計(jì)、順利施工及正常使用提供可靠的科學(xué)依據(jù)。無論是公路工程、橋梁工程、鐵路工程還是地下工程、隧道工程、水利工程，在建設(shè)初期都要重點(diǎn)考慮地質(zhì)問題，比如常見的崩塌、滑坡、泥石流、地基塌陷等。如果把地質(zhì)問題處理的妥當(dāng)，不僅可以提高公路測設(shè)質(zhì)量、減少道路病害，而且可以有效的避免事故的發(fā)生。相反，如果地質(zhì)問題處理得不好，不僅會增加工程費(fèi)用、延長工期，而且會增加公路病害，甚至?xí)斐刹槐匾娜藛T傷亡。因此，我們應(yīng)該以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待工程地質(zhì)學(xué)這門學(xué)科，掌握常見的地質(zhì)問題和處理方法。

二、崩塌產(chǎn)生的原因及防治措施

崩塌是山區(qū)公路常見的一種病害現(xiàn)象。來勢迅猛，常可摧毀路基和橋梁，堵塞隧道洞口，擊毀行車，對公路交通造成直接危害。有時(shí)因崩塌堆積物堵塞河道，引起壅水或產(chǎn)生局部沖刷，導(dǎo)致路基水毀。由于各種巖石的形成和工程性質(zhì)不同，有可能發(fā)生壓碎、拉斷、剪斷等地質(zhì)災(zāi)害。人類不合理的工程活動，如公路路塹開挖過深、邊坡過陡，也常引起邊坡發(fā)生崩塌。由于開挖路基，改變了斜坡外形，使斜坡變陡，軟弱構(gòu)造面暴露，使部分中國西部委員會官方網(wǎng)站育中心滑坡主要在于認(rèn)為了避免滑坡災(zāi)害。被切割的巖體失去支撐，結(jié)果引起崩塌。此外，如坡頂棄方荷載過大或不妥當(dāng)?shù)谋乒こ?，也常促使斜坡發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)和施工中，避免使用不合理的高、陡邊坡，避免大挖大切，以維持山體的平衡。在巖體松散或構(gòu)造破碎地段，不宜使用大爆破施工，以免由于工程技術(shù)上的錯(cuò)誤而引起崩塌。現(xiàn)在，我國主要采取的預(yù)防措施有遮擋、攔截、支擋、護(hù)墻、護(hù)坡、排水等，隨著科技的進(jìn)步，相信會研究出更加科學(xué)、合理和經(jīng)濟(jì)的方法。

三、滑坡產(chǎn)生的原因及防治措施

在公路工程地質(zhì)問題中，滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，它常常會掩埋村莊、摧毀廠礦、破壞鐵路和公路交通、堵塞江河、損壞農(nóng)田和森林等，從而給人民的生命財(cái)產(chǎn)和國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成嚴(yán)重?fù)p失?；鲁０l(fā)生在雨季或春季冰雪融化時(shí)?；瑒拥牡胤街饕巧焦绕碌?、海洋、湖泊、水庫、渠道和河流的岸坡及露天采礦場所。

滑坡，是指斜坡上的巖體或土體因種種原因在重力作用下沿一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體順坡下滑的現(xiàn)象或過程。滑坡災(zāi)害的主要誘因，主要包括建筑場地開挖、采礦、公路施工、自然山體開裂、降雨、雪融、地震等。產(chǎn)生滑坡的基本條件是斜坡體前有滑動空間，兩側(cè)有切割面。例如中國西南地區(qū)，特別是西南丘陵山區(qū)，最基本的地形地貌特征就是山體眾多，山勢陡峻，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割，因而形成眾多的具有足夠滑動空間的斜坡體和切割面。廣泛存在滑坡發(fā)生的基本條件，滑坡災(zāi)害相當(dāng)頻繁。降雨對滑坡的影響很大。降雨對滑坡的作用主要表現(xiàn)在，雨水的大量下滲，導(dǎo)致斜坡上的土石層飽和，甚至在斜坡下部的隔水層上擊水，從而增加了滑體的重量，降低土石層的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”的特點(diǎn)。地震對滑坡的影響很大。究其原因，首先是地震的強(qiáng)烈作用使斜坡土石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和變化，原有的結(jié)構(gòu)面張裂、松弛，加上地下水也有較大變化，特別是地下水位的突然升高或降低對斜坡穩(wěn)定是很不利的。另外，一次強(qiáng)烈地震的發(fā)生往往伴隨著許多余震，在地震力的反復(fù)振動沖擊下，斜坡土石體就更容易發(fā)生變形，最后就會發(fā)展成滑坡。為了避免滑坡災(zāi)害，對滑坡進(jìn)行防治時(shí)一般應(yīng)對癥下藥，綜合治理。常用的滑坡防治方法有：排截水工程、卸荷減載工程、坡面防護(hù)工程、支擋工程。

四、泥石流產(chǎn)生的原因及防治措施

泥石流也是山區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害，泥石流多分布在斷裂或褶皺發(fā)育、新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈，地震頻率高、烈度強(qiáng)，巖體風(fēng)化破碎，植被不良、水土流失嚴(yán)重的山區(qū)。在干旱多年的暴雨季節(jié)，或高山冰川與積雪強(qiáng)烈消融時(shí)期最易發(fā)生。它是一股泥石洪流，瞬間爆發(fā)，是山區(qū)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害?，F(xiàn)在，泥石流防治主要有以下幾種措施：①封山育林，以保護(hù)匯水區(qū)和可能形成泥石流的地帶；②調(diào)節(jié)地表徑流，沿坡修建導(dǎo)流堤；③設(shè)置截?fù)踅ㄖ?，如堤、壩等，也可設(shè)置排洪道等。

五、巖溶產(chǎn)生的原因及防治措施

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關(guān)鍵詞：敖包梁隧道；風(fēng)險(xiǎn)評估；安全施工

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）08-0113-03

1 敖包梁隧道概況

1.1 工程概況

隧道位于鄂爾多斯市，達(dá)拉特旗與東勝區(qū)交界處，隧道穿越鄂爾多斯中部礦區(qū)。隧道進(jìn)口里程為DK161+845，出口里程為改DK175+923，隧道全長14078m，為雙線隧道；隧道最大埋深約為138.629m。

隧道進(jìn)口至DK162+835.679段位于R=5000m的左偏曲線上，DK170+796.417～改DK172+795.318段位于R=4500m的右偏曲線上，其余段落位于直線上，最大線間距為4.30m。隧道內(nèi)縱坡為單面坡，進(jìn)口至170+050段為3‰的上坡，DK170+050至出口為10.9‰的上坡。

隧道洞身兩處下穿秦昭王長城，五處下穿109國道，兩處下穿德敖公路及多處民房。除在改DK174+970下穿109國道處埋深為49.4m，其余地段最小埋深為74.7m。

隧道共設(shè)計(jì)斜井5座，斜井布置見表1。

1.2 地層巖性

隧道區(qū)地層從新至老為第四系全新統(tǒng)（Q4ml）素填土，坡積層（Q4dl）塊石土，沖洪積層（Q4al+pl）中砂，第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積層（Q3eol）新黃土，第三系上新統(tǒng)（N2）粉質(zhì)黏土、礫巖；侏羅系下統(tǒng)（J1）砂巖、泥巖、礫巖及煤層；三疊系中統(tǒng)（T2）砂巖、泥巖；進(jìn)口右側(cè)沉積第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土（Q4al+pll）。隧道多處穿越煤層及采空區(qū)。

1.3 地層構(gòu)造

隧道位于華北地臺鄂爾多斯臺向斜東北部，自上古生代以來未受到大的擠壓構(gòu)造運(yùn)動以及巖漿活動和變質(zhì)作用的影響，地殼運(yùn)動主要表現(xiàn)為升降運(yùn)動，褶皺構(gòu)造輕微，為一自北東向南西緩傾斜的單斜構(gòu)造，傾角一般為1～3°，局部可達(dá)5°，未發(fā)現(xiàn)緊密褶皺，但寬緩的波狀起伏較為發(fā)育，波高一般小于20m，波長在500m以上，構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類型。

1.4 水文地質(zhì)特征

敖包梁隧道區(qū)地表水受降雨影響，地下水發(fā)育。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級為H2，長度為2970m；地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級為H1，長度為6953m。

2 隧道風(fēng)險(xiǎn)評估原則

2.1 評估對象及目標(biāo)的確定

敖包梁隧道風(fēng)險(xiǎn)評估主要評估在隧道施工過程中的安全、環(huán)境、投資及工期風(fēng)險(xiǎn)，并側(cè)重于安全風(fēng)險(xiǎn)。

不同的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)會造成相同或不同的后果過，對應(yīng)關(guān)系見表2：

表2 后果或損失與評估目標(biāo)關(guān)系表

2.2 評估方法

本次風(fēng)險(xiǎn)評估的方法主要包括核對表法、頭腦風(fēng)暴法和專家調(diào)查法。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評估基本程序

識別初始風(fēng)險(xiǎn)，形成風(fēng)險(xiǎn)清單表。

評價(jià)導(dǎo)致初始風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率和后果等級，并最終確定初始風(fēng)險(xiǎn)的等級。

按照風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果及接受準(zhǔn)則，制定相應(yīng)的工程措施及方案。

評估殘留風(fēng)險(xiǎn)等級。

3 敖包梁隧道風(fēng)險(xiǎn)評估內(nèi)容

3.1 風(fēng)險(xiǎn)清單表

隧道地層為砂、泥巖相間分布，產(chǎn)狀平緩，成巖程度差，隧道開挖后圍巖有變形的可能；在巖性分界處，易發(fā)生掉塊、坍塌及冒頂。隧道在DK168+740～DK170+060、DK171+650～改DK172+570、改DK172+850～改DK173+420、改DK174+150～改DK175+923段穿越侏羅系含煤地層，煤層質(zhì)軟性脆，較易破碎，礦塵較大，煤塵具有爆炸性；煤易自燃，施工中應(yīng)加強(qiáng)防范措施。。

經(jīng)評估，本隧道中的主要典型風(fēng)險(xiǎn)事件類型為塌方、洞口失穩(wěn)、瓦斯風(fēng)險(xiǎn)，通過分析對整座隧道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行說明，見表3。

表3 敖包梁隧道風(fēng)險(xiǎn)清單表

注：G-地質(zhì)因素。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分級及接受標(biāo)準(zhǔn)

參照《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評估與管理暫行規(guī)定》，風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)及接受準(zhǔn)則分別見表4、表5。

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)

表5 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

3.3 初始風(fēng)險(xiǎn)等級評定

由于施工階段最主要目標(biāo)就是保證施工的順利和安全，因此本次評估的主要目標(biāo)是安全風(fēng)險(xiǎn)事故。通過詳細(xì)分析后，經(jīng)評估，本隧道中的主要典型風(fēng)險(xiǎn)事件類型為塌方風(fēng)險(xiǎn)，初始風(fēng)險(xiǎn)等級評定統(tǒng)計(jì)見表6：

表6 敖包梁隧道初始風(fēng)險(xiǎn)等級表

3.4 風(fēng)險(xiǎn)處理措施

根據(jù)初始風(fēng)險(xiǎn)的評估結(jié)果，采取了相應(yīng)的降低工程風(fēng)險(xiǎn)的措施：（1）加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作；（2）強(qiáng)化監(jiān)控量測工作；（3）在隧道洞口邊仰坡存在滑坍失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)處，采取清除危石頭，加強(qiáng)變樣破防護(hù)，降低爆破擾動，合理統(tǒng)籌安排施工季節(jié)、避開雨季及嚴(yán)寒季節(jié)等措施來降低工程風(fēng)險(xiǎn)；（4）在洞身坍塌風(fēng)險(xiǎn)處，加強(qiáng)超前支護(hù)、加強(qiáng)隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)并建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)保證施工的安全；（5）瓦斯、煤塵爆炸及煤層自燃風(fēng)險(xiǎn)處理措施。主要包括：施工前編制專項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)；施工過程中加強(qiáng)通風(fēng)；瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測；放炮前后在開挖面附近20m內(nèi)必須噴霧灑水；及時(shí)施做隧道初期支護(hù)和襯砌，避免煤層長期暴露；設(shè)置消防設(shè)施；（6）做好地下水分析及化驗(yàn)，防止環(huán)境侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。本隧道地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級為H1或H2。施工時(shí)應(yīng)逐段核對地下水侵蝕性，并按照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》采取應(yīng)對措施；（7）確保崗前安全操作、施工風(fēng)險(xiǎn)管理培訓(xùn)，杜絕責(zé)任事故。

4 風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果

對敖包梁隧道存在初始風(fēng)險(xiǎn)的因素在采取了合理的工程措施后，事件風(fēng)險(xiǎn)等級為“高度”的，能夠降低為“中度”和“低度”。因此，所采取的降低工程風(fēng)險(xiǎn)的工程措施是合理的，并達(dá)到了預(yù)期目的，保證了隧道敖包梁隧道施工的安全。

5 結(jié)語

風(fēng)險(xiǎn)評估作為隧道施工的重要組成部分，對于指導(dǎo)隧道的安全施工具有十分重要的意義。由于風(fēng)險(xiǎn)評估在我國起步較晚，在這方面的知識和經(jīng)驗(yàn)還相對比較匱乏。因此在今后的隧道工程項(xiàng)目建設(shè)活動中，還需加大這方面的投入，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，使風(fēng)險(xiǎn)評估這項(xiàng)技術(shù)能夠達(dá)到一個(gè)成熟的地步，降低工程事故發(fā)生的概率，進(jìn)而達(dá)到保證國家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全的目的。

本文主要對敖包梁隧道風(fēng)險(xiǎn)評估的全部流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，能夠?yàn)榻窈笃渌淼赖娘L(fēng)險(xiǎn)評估起到良好的借鑒作用。

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篇7

關(guān)鍵詞：地質(zhì)環(huán)境問題；地鐵隧道；福州

1引言

福州地鐵目前規(guī)劃了7條路線，貫穿整個(gè)福州盆地，個(gè)別線路（如6、7號線）延伸至長樂濱海一帶，線路總長度為179.79km。其中地鐵1號線已完成了勘察、施工工作，地鐵2號線正在進(jìn)行勘察工作，其他3～7號線目前處于規(guī)劃階段。福州地鐵規(guī)劃區(qū)內(nèi)低丘、殘丘廣泛分布，內(nèi)河眾多，閩江和烏龍江穿城而過。多條地鐵規(guī)劃路線需跨越丘體或江河，地貌類型復(fù)雜，地層變化快，加之地鐵隧道工程的特殊性，福州地鐵規(guī)劃建設(shè)過程中的地質(zhì)環(huán)境問題不可避免，對其進(jìn)行分析研究尤為必要。

2地質(zhì)環(huán)境特征

2.1地形地貌特征

福州地鐵規(guī)劃區(qū)主要涉及福州盆地和長樂東部濱海平原兩個(gè)區(qū)域。福州盆地是一山間斷陷盆地，盆地四周山嶺環(huán)抱，城區(qū)在盆心，盆地邊緣為山地和丘陵，海拔高程均在500m以上，盆地內(nèi)部是沖積海積平原，高程約3～5m，平原上分布著諸多島狀花崗巖殘丘如高蓋山、烏山、于山、屏山等，閩江、烏龍江穿越盆地中心；長樂東部濱海平原高程約2～5m，地形平坦開闊，其西部以中低山、丘陵為主，海拔高程約177～611m。

區(qū)內(nèi)地貌類型主要包括山地地貌（構(gòu)造侵蝕中低山、低山）、丘陵地貌（侵蝕高丘、侵蝕低丘、剝蝕殘丘）、堆積平原地貌（沖積平原、沖洪積平原、沖海積平原、風(fēng)積平原）以及河谷地貌。福州地鐵7條路線主要穿越?jīng)_積、沖海積平原，局部穿越低丘、殘丘地貌。

2.2地層發(fā)育與巖土體特征

福州地鐵規(guī)劃區(qū)第四系地層厚度約50～70m，主要發(fā)育全新統(tǒng)長樂組、東山組及晚更新統(tǒng)龍海組，第四系底部局部發(fā)育殘積層。第四系地層下部主要發(fā)育南園組（J3n）火山巖，燕山晚期（γ53）花崗巖侵入其中，構(gòu)成了規(guī)劃區(qū)整個(gè)基巖底座。其上覆蓋厚度的第四系沉積物。福州地鐵規(guī)劃區(qū)地層特征見表1。

區(qū)內(nèi)巖土體總體上呈現(xiàn)以下發(fā)育規(guī)律：地表表層主要以人工填土、粘性土（硬殼層）或河道沖積砂土為主（長樂東部沿海局部地區(qū)地表表層發(fā)育風(fēng)積砂土），第四系上部土體以砂土、淤泥及其混合物為主，中下部主要發(fā)育砂礫卵石及薄層粉質(zhì)粘土，底部為殘積土和基巖風(fēng)化物。各層巖土體的基本特征如下。

（1）人工填土在區(qū)內(nèi)地表廣泛分布，厚度一般為0.5～3m，局部較厚可達(dá)6～7m，工程地質(zhì)性能較差，承載力約60～80kPa；地表表層粘性土（俗稱“硬殼層”）厚度一般為2～5m，承載力約130～160kPa。

（2）第四系上部土體主要發(fā)育厚度為20～30m的全新世長樂組沖積（Qh2-3cal）、沖海積（Qh2-3cal-m）砂土、淤泥類軟土，或砂與淤泥的混合土體（局部夾薄層粉質(zhì)粘土），埋深5～25m，其中砂土承載力120～160kPa，淤泥類軟土承載力45～65kPa。

（3）第四系中下部土體一般為晚更新世龍海組沖洪積（Qp3lapl）、沖積（Qp3lal）地層（極個(gè)別處發(fā)育全新統(tǒng)東山組沖積、沖海積粘性土及砂土，厚度1～3m），巖性主要以含泥中細(xì)砂、砂礫卵石為主，局部發(fā)育沖海積（Qp3lal-m）粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土。該層砂土一般埋深于25m之下，厚度變化于15～25m之間，承載力為180～250kPa；礫卵石層頂面埋深一般在27～35m之間，厚度變化于2.5～17m，承載力為400～500kPa。

（4）第四系底部局部發(fā)育殘積粘性土（Qpel），其下為基巖風(fēng)化帶。區(qū)內(nèi)殘積土發(fā)育厚度一般為1～8m，局部缺失，巖性以含砂粘性土為主，承載力為200～330kPa。基巖風(fēng)化帶包括全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化和微風(fēng)化基巖，其中全-強(qiáng)風(fēng)化基巖頂面埋深一般在55～65m之間，巖性以灰白色、灰黃色、青灰色粉質(zhì)粘土或砂質(zhì)粘土，局部含角礫，承載力為200～500kPa；中風(fēng)化基巖頂面埋深一般變化于60～70m，巖心呈碎裂狀或短柱狀，工程地質(zhì)性能較好，承載力為700～1200kPa；微風(fēng)化基巖頂面埋深一般大于70m，巖性較完整，裂隙不發(fā)育，承載力一般在1500kPa以上。

2.3軟土的基本特征

福州地區(qū)軟土發(fā)育廣泛，共發(fā)育三層[1]。第一層軟土為全新世長樂組上部的淤泥，為河口海灣相沉積，厚2.2～21.2m，頂板埋深1.5～22m，呈深灰色，飽和，流塑，高壓縮性，天然含水量50%～60%左右，剪切波速為100～200m/s，承載力約45～50kPa；第二層軟土為全新世長樂組中下部的淤泥或淤泥夾砂，層厚4.5～14m，頂面埋深15～35m，呈深灰色，飽和，流塑或軟塑，中-高壓縮性，天然含水量約42%～47%，剪切波速為160～220m/s，承載力約45～65kPa；第三層軟土為晚更新世龍海組上部的淤泥質(zhì)土層，層厚2～20m，頂面埋深25～37mm，呈深灰色，飽和，軟塑，中-高壓縮性，天然含水量約38%～43%，剪切波速一般在200～250m/s范圍，承載力約50～70kPa。

2.4地下水特征

福州地鐵規(guī)劃場區(qū)主要位于平原區(qū)，場區(qū)內(nèi)地下水類型主要以第四系松散層孔隙潛水和承壓水為主，少量涉及風(fēng)化殘積孔隙裂隙水和基巖裂隙水（圖1[2]）。

2.4.1第四系松散層孔隙水

按照埋藏條件的不同，區(qū)內(nèi)第四系松散層孔隙水分為潛水和承壓水。潛水含水層一般為在閩江、烏龍江沿岸一帶的沙洲或長樂濱海的淺部砂層，與地表水力聯(lián)系大，水位較淺，一般為0.5～1.2m之間，含水量豐富，單孔涌水量可達(dá)1885.19m3/d，滲透系數(shù)為25.01m/d；承壓水分為上下兩層，上層承壓水賦存于第四系上部發(fā)育的全新世長樂組河流相沖積砂層，最大單孔涌水量可達(dá)1778m3/d，滲透系數(shù)為9.48～19.09m/d；下層承壓水賦存于第四系中下部發(fā)育的晚更新世龍海組泥質(zhì)砂礫卵石和泥質(zhì)中細(xì)砂中，水量豐富，最大單孔涌水量1427m3/d，水位埋深2.07～4.87m，滲透系數(shù)2.44～5.68m/s[3]。

2.4.2風(fēng)化殘積層孔隙裂隙水

該類含水層主要分布在低山、丘陵、殘丘山麓邊緣，主要由殘積粘性土層和基巖風(fēng)化物組成，厚度從幾米至幾十米不等，地下水主要活動于殘積層、全風(fēng)化層的孔隙及中風(fēng)化層的裂隙之中。該類地下水水質(zhì)較好，水量受季節(jié)性影響變化大，單孔出水量一般為10～100m3/d。

2.4.3基巖裂隙水

基巖裂隙水主要賦存于區(qū)內(nèi)的四周群山中，或隱伏在平原區(qū)第四系松散層之下，主要賦存在斷裂破碎帶、脈巖帶及其與花崗巖接觸帶中，多呈條帶狀分布，水質(zhì)較好，富水性大小主要取決于斷裂或脈巖破碎程度及匯水條件，單孔出水量一般小于100m3/d，局部100～500m3/d之間。

3主要地質(zhì)環(huán)境問題分析

3.1隧道、基坑突涌

福州地區(qū)水位埋深淺（1～4m），地鐵隧道一般埋深于地表以下15～21m的深度范圍，越江段埋深為20～26m，隧道結(jié)構(gòu)體處于地下水位以下。區(qū)內(nèi)富水含水層主要分布于沿江、沿海一帶的砂層及砂礫卵石層中，大部分路段的地鐵隧道需穿越該層。由于富水含水層中地下水的水量較大，水頭壓力大，含水層滲透性強(qiáng)，隧道施工、基坑施工過程中的地下水突涌問題無可避免。局部路段（尤其是越江段）進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)易發(fā)生突水事故，導(dǎo)致地下水與隧道貫通，對地鐵施工造成危險(xiǎn)，施工時(shí)需采取相應(yīng)的隔水措施；當(dāng)采用明挖法進(jìn)行基坑開挖時(shí)，在一定水頭壓力下易產(chǎn)生流砂、管涌、流土等現(xiàn)象，造成基坑壁倒塌或圍巖失穩(wěn)，需及時(shí)采取降水、排水措施。

另外，福州地鐵1、3號線在穿越閩江河道砂性土層到達(dá)閩江南岸時(shí)即遇上花崗巖巖體（圖2），該處巖體裂隙發(fā)育，在兩種地層交界處易同砂層中的地下水發(fā)生水利聯(lián)系，從而發(fā)生透水、突水事故。由于地下水的存在，在兩種地層交界處改變施工方法、更換施工器械也存在較大困難。

3.2地下熱水

福州地?zé)崽飬^(qū)北起思兒亭、南到象園、西自五四路、五一路、東至六一路，長約5km，寬約2km，呈北北西向條帶展布。福州多條地鐵規(guī)劃路線經(jīng)過地?zé)崽飬^(qū)。福州地?zé)崽镏饕l(fā)育兩種性質(zhì)不同的熱儲層：一為花崗巖類巖石構(gòu)造裂隙脈狀承壓熱水，二為第四系孔隙層狀承壓熱水?；鶐r裂隙脈狀承壓熱水主要富水帶沿?cái)嗔褬?gòu)造帶分布，儲存深度一般在70m以下，上部覆蓋有40～65m厚度的第四系地層，孔口最高水溫97.5℃，孔底最高水溫108℃，深部熱儲溫度可達(dá)130～155℃；第四系孔隙層狀熱水含水層由泥質(zhì)砂礫卵石組成，熱儲層厚度為10～25m，埋深一般在15m以下，該層地?zé)崴疁囟纫话憧蛇_(dá)45～65℃[4]。

福州多條地鐵規(guī)劃路線經(jīng)過地?zé)崽飬^(qū)，尤其是地鐵2、4號線（五四路-六一路段）橫跨地?zé)崽镩L度達(dá)300～600m，地鐵隧道隧道埋深一般為15～20m左右，地?zé)崽飬^(qū)的地鐵隧道主要穿越部分第四系孔隙熱儲含水層（圖3），基本不涉及基巖裂隙熱儲層[5]。因此，第四系孔隙層狀承壓熱水可能對地鐵施工建設(shè)產(chǎn)生一定影響，建議施工時(shí)采取隔熱保護(hù)措施。

3.3軟土地基的沉降變形

福州地鐵沿線工程場地廣泛分布第四系海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土，且厚度一般達(dá)15～40m。該類土體具有天然含水量大、壓縮性高、強(qiáng)度低、靈敏度高和透水性低等特點(diǎn)，流變時(shí)效明顯，在恒載下將產(chǎn)生較大差異沉降和工后沉降，如不作處理，工程地基的次固結(jié)和流變沉降將持續(xù)十幾年或數(shù)十年，最終導(dǎo)致地基失穩(wěn)與土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞[6]。大面積的厚層軟土給福州地鐵工程帶來的風(fēng)險(xiǎn)包括[7]：

（1）軟土蠕變及長期強(qiáng)度變化可能導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)長期處于沉降狀態(tài)，最終使管片之間裂隙加大，發(fā)生漏水、滲水，甚至造成災(zāi)害性事故。

（2）車站基坑開挖時(shí)，使基坑支護(hù)、周圍建（構(gòu)）筑物及地下管線的加固費(fèi)用增加，同時(shí)施工風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。

（3）軟土分布和厚度不均容易使地鐵構(gòu)造物（隧道襯砌、車站結(jié)構(gòu)、聯(lián)絡(luò)通道等）在軟硬地層過渡段產(chǎn)生差異沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。

3.4砂土液化與軟土震陷

福州地區(qū)飽和砂土液化區(qū)的分布，明顯受閩江、烏龍江及長樂沿海平原一帶等河流相沖洪積層和盆地內(nèi)海相沉積砂層的控制。地鐵路線所經(jīng)過的沿江兩岸一帶及沿海一帶20m深度范圍內(nèi)廣泛存在著飽和砂性土，這些地區(qū)的飽和砂土一般均存在不同程度的液化性，液化程度一般為輕微-中等等級，局部為嚴(yán)重液化區(qū)或不液化區(qū)。其中，1～5號線飽和砂土普遍比長樂沿海一帶分布的6、7號線的液化程度要低（表2）。一般來講，本工程場地中液化程度在中等以上的區(qū)域主要分布在長樂沿海地區(qū)，福州盆地內(nèi)除個(gè)別地區(qū)（如烏龍江、城門三江口一帶）為嚴(yán)重液化外，其他地區(qū)一般為輕微等級，甚至無液化趨勢。

福州地區(qū)軟土剪切波速基本上均大于90m/s，特別是第二、三層軟土基本不存在震陷可能。但對于城市新區(qū)等地新近沉積的較純的淤泥，當(dāng)天然含水量平均值達(dá)到65%～70%時(shí)，等效剪切波速平均值為80～90m/s左右，此時(shí)宜考慮震陷的可能性[8]，如福州地鐵2號線的上街鎮(zhèn)沙堤站附近地表河流發(fā)育，該處上層軟土的剪切波速值僅81m/s左右，存在局部震陷的可能。

3.5殘積土與風(fēng)化孤石

福州盆地基底以燕山晚期花崗巖為主，花崗巖殘積土分布十分廣泛。該類土層兼具粘性土和砂土的性質(zhì)，在天然狀態(tài)下工程性能較好，但遇水受擾動后易軟化崩解，力學(xué)性質(zhì)顯著降低，基坑開挖過程中易造成涌土、涌水現(xiàn)象，施工期間需對該層進(jìn)行降水措施，保證該層在干燥條件下施工。

在殘積土及花崗巖風(fēng)化層中常有孤石及球狀風(fēng)化核的存在，直徑從幾十厘米到幾米不等。因其巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖質(zhì)風(fēng)化核與周邊土體性質(zhì)差異明顯，且其分布特征無規(guī)律可循。若遇上較大孤石，可能需進(jìn)行爆破或攪碎處理，不僅延誤工期，而且對樁基和地下連續(xù)墻等工程的施工，尤其是盾構(gòu)隧道施工會造成極大困難。

3.6地層軟硬突變

福州地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層發(fā)育較多且變化快，地鐵隧道在穿越巖土體時(shí)經(jīng)常遇到地層軟硬突變的問題，例如從淤泥類軟弱土層突變?yōu)橛捕容^大的花崗巖風(fēng)化層。地層軟硬的連續(xù)性變化可能產(chǎn)生盾構(gòu)中心線偏移、盾構(gòu)上拋、盾構(gòu)卡殼、刀具磨損嚴(yán)重等一系列問題。另外，由于地層軟硬突變而頻繁更換盾構(gòu)器械，給地鐵施工帶來諸多不便。

4結(jié)語

福州地鐵規(guī)劃場區(qū)地形地貌變化大，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，地鐵規(guī)劃建設(shè)過程中遇到的主要地質(zhì)環(huán)境問題主要有：區(qū)內(nèi)沿江、沿海一帶的飽和砂土、砂礫卵石等含水層富水性大、透水性強(qiáng)，水頭壓力大，隧道開挖和基坑開挖過程中易產(chǎn)生突涌問題。福州地鐵個(gè)別路線局部段需穿越福州地?zé)崽锏谒南悼紫稛醿畬?，該層地下熱水對地鐵施工建設(shè)可能產(chǎn)生一定影響，建議采取隔熱保護(hù)措施。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的厚層軟土在恒載下易產(chǎn)生較大差異沉降，導(dǎo)致地基失穩(wěn)與土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低，最終造成地鐵結(jié)構(gòu)長期處于沉降狀態(tài)發(fā)生管片開裂現(xiàn)象，從而引起漏水、滲水事故。地鐵規(guī)劃沿線一帶20m深度范圍內(nèi)飽和砂性土的液化程度一般為輕微-中等等級，局部為嚴(yán)重液化區(qū)或不液化區(qū)，中等液化以上的區(qū)域主要分布在長樂沿海地區(qū)，福州盆地內(nèi)一般為輕微液化或不液化；區(qū)軟土剪切波速基本上均大于90m/s，基本不存在震陷可能，但對于城市新區(qū)等地新近沉積的較純的淤泥，宜考慮局部震陷的可能性。區(qū)內(nèi)花崗巖殘積土分布廣泛，遇水受擾動后易軟化崩解，基坑開挖過程中易造成涌土、涌水現(xiàn)象，施工時(shí)需采取降水措施；花崗巖殘積土風(fēng)化層中常有孤石等球狀風(fēng)化殘核的存在，較大孤石對地鐵施工易造成較大困難。區(qū)內(nèi)地層多變，地層軟硬突變問題頻現(xiàn)，易產(chǎn)生盾構(gòu)中心線偏移、盾構(gòu)上拋、盾構(gòu)卡殼、刀具磨損嚴(yán)重等一系列問題，增加施工難度。

除此之外，區(qū)內(nèi)還存在明浜和暗浜、地下建筑樁基障礙物、城市內(nèi)澇、人工填土等不利因素，這些因素的存在也給福州地鐵規(guī)劃、建設(shè)與施工帶來了不利影響，施工過程中應(yīng)予以重視。

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[5] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院.福州市軌道交通建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃環(huán)境影響報(bào)告書[R].武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院，2007.

[6] 簡文彬.福州軌道交通建設(shè)中的巖土工程問題[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18（5）：751.

篇8

具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和實(shí)踐技能，以及外語交流能力和專業(yè)協(xié)作能力強(qiáng)的高級工程技術(shù)人才。

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關(guān)鍵詞：隧道與地下工程；教學(xué)改革；創(chuàng)新思維；雙語教學(xué)

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中圖分類號：TU28；G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909(2012)04-0070-04

隧道與地下工程是土木工程學(xué)科地下工程方向重要的專業(yè)課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的地下工程建設(shè)基礎(chǔ)理論知識和實(shí)踐技能、外語交流能力和專業(yè)協(xié)作能力強(qiáng)、有一定創(chuàng)新研究能力和素質(zhì)的高級工程技術(shù)人才。該課程要在先行課土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)等專業(yè)課程修完后才能開設(shè)，一般安排在第七學(xué)期進(jìn)行。而此時(shí)學(xué)生由于面臨考研、找工作等種種壓力，往往聽課的積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差。改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式、加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系、調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、提高教學(xué)質(zhì)量和效率成為教學(xué)改革的方向［1］。筆者采用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法和教學(xué)手段相結(jié)合，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性，注重培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和在專業(yè)領(lǐng)域的外語交流能力，從而培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新研究能力和素質(zhì)的工程技術(shù)人才。

一、充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性

能否充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，對教學(xué)效果有著重要影響。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)前，往往對課程的主要內(nèi)容、發(fā)展前景、與工作就業(yè)的關(guān)系等不甚了解，如果一開始就進(jìn)入各章節(jié)知識的學(xué)習(xí)，容易使學(xué)習(xí)產(chǎn)生盲目性。大學(xué)四年級學(xué)生將大部分精力放在找工作或考研上，容易忽視專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。在授課之前應(yīng)充分介紹學(xué)科的內(nèi)容與發(fā)展前景，以及學(xué)好該課程對畢業(yè)后從事相關(guān)工作的重要意義，使學(xué)生認(rèn)識到該課程的學(xué)習(xí)與自己未來職業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。如在為學(xué)生介紹隧道與地下工程的發(fā)展前景時(shí)，筆者引用了王夢恕院士［2］的一席話作為開篇：“21世紀(jì)是隧道與地下工程大發(fā)展的年代——21世紀(jì)人類面臨人口、糧食、資源、環(huán)境的四大挑戰(zhàn)。中國城市化速度2010年達(dá)到45%，如果聽任城市無限制地蔓延擴(kuò)張，將會嚴(yán)重危害中國土地資源。綜觀當(dāng)今世界，有識之士已把地下空間開發(fā)利用作為解決城市資源與環(huán)境危機(jī)的重要措施?？梢灶A(yù)測21世紀(jì)末，世界將有1/3的人口工作、生活在地下空間。地下空間的開發(fā)、城市地鐵的快速修建已經(jīng)擺在每個(gè)城市面前?！比缓笠猿鞘械罔F建設(shè)為例指出土木建筑人才在地下工程方向?qū)⒋笥锌蔀椤Ｔ趯W(xué)生充分了解學(xué)科廣闊的發(fā)展前景后，列舉一系列工程災(zāi)害與工程事故實(shí)例圖片，使學(xué)生了解地下工程所面臨的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，以增強(qiáng)他們作為未來工程師的責(zé)任感和使命感，充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

二、采用雙語教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的對外交流能力

高校應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域查閱外文科技文獻(xiàn)的能力，以及與國外同行溝通的能力。盡管學(xué)生經(jīng)過多年的英語學(xué)習(xí)，英語聽、說、讀、寫都達(dá)到了一定水平，然而在專業(yè)英語閱讀和應(yīng)用方面卻十分欠缺。很多學(xué)生能熟練使用英語交流和寫作，卻讀不懂專業(yè)英語文獻(xiàn)，更無法與來校訪問或講學(xué)的國外學(xué)者溝通。因此，在專業(yè)課程教學(xué)中采用雙語教學(xué)，使學(xué)生接觸和熟悉常用的專業(yè)外語詞匯，培養(yǎng)他們在專業(yè)領(lǐng)域的對外交流能力就顯得尤為必要。

在教學(xué)過程中，學(xué)生往往在短時(shí)間內(nèi)很難記憶大量的專業(yè)詞匯，因此不應(yīng)急于采用英語教學(xué)，而應(yīng)在多媒體教學(xué)課件中盡量采用中英兩種語言，并將生僻的專業(yè)英語詞匯突出顯示。在講解過程中，教師可以交替使用漢語和英語，并根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行中英雙語轉(zhuǎn)換。這樣，學(xué)生通過看、聽、思考，較快地熟悉和掌握專業(yè)英語詞匯。在參考書的選擇上，除中文教學(xué)課本外，還需為學(xué)生提供英文原版教材供學(xué)生閱讀。經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)后，可以逐漸增加課堂上英語授課的比例。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的中英雙語課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生能掌握大部分常用的專業(yè)詞匯，大大提高了他們在專業(yè)領(lǐng)域的外語交流能力。

三、采用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法和教學(xué)手段，使教學(xué)內(nèi)容生動、直觀

單一的專業(yè)課程教學(xué)方式容易使學(xué)生覺得課程內(nèi)容枯燥乏味，使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的興趣和主觀能動性。采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、多種教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)方法，可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，大大提高教學(xué)效果。

（一）課件制作生動直觀，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺互動式教學(xué)

課件的制作是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，課件質(zhì)量的高低將直接影響學(xué)生對課程內(nèi)容理解和接受程度。隧道與地下工程課程與實(shí)踐結(jié)合較緊密，課件也應(yīng)當(dāng)盡可能做到理論與實(shí)際相結(jié)合。在講解過程中盡可能多地為學(xué)生展示相關(guān)的圖片、照片，以及施工過程和場景，使學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容并留下深刻印象。但是僅憑每次課程兩個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間，學(xué)生很難將課堂內(nèi)容完全消化和理解，因此該課程搭建了基于Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。學(xué)生通過訪問課程主頁，可以下載教學(xué)課件、觀看施工錄像、習(xí)題自測等，同時(shí)還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺與教師交流，極大地方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。

篇9

[關(guān)鍵詞]卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃 巖土工程測試技術(shù) 教學(xué)改革 創(chuàng)新能力 實(shí)踐能力

引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓越計(jì)劃”）是為貫徹落實(shí)黨的十七大提出的走中國特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人力資源強(qiáng)國等戰(zhàn)略部署，貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》實(shí)施的高等教育重大計(jì)劃，2010年6月教育部啟動了“卓越計(jì)劃”[1]。2011年10月，重慶交通大學(xué)入選教育部第二批卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，為適應(yīng)人才培養(yǎng)從傳統(tǒng)的教育模式向“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，重慶交通大學(xué)土木工程專業(yè)中實(shí)踐性較強(qiáng)的課程均在積極探索全新的教育改革模式。

“巖土工程測試技術(shù)”主要介紹了邊坡、軟土地基、樁基、城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)、基坑、地下隧洞礦山巷道等巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測和檢測技術(shù)以及無損檢測與聲發(fā)射技術(shù)。該課程的主要目的和任務(wù)是：通過對本課程的學(xué)習(xí)，掌握巖土工程測試的基本理論和方法、常用測試儀器工作原理、不同巖土工程的測試項(xiàng)目、測試方法、數(shù)據(jù)采集和整理等。該課程是土木工程（巖土工程方向）理論與實(shí)踐結(jié)合的至關(guān)重要課程，也是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、鍛煉學(xué)生綜合能力和執(zhí)行“卓越計(jì)劃”的最佳課程之一。

本文以重慶交通大學(xué)巖土工程專業(yè)課程 “巖土工程測試技術(shù)”為例，進(jìn)行了適應(yīng)“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)的教學(xué)改革探討。首先，分析現(xiàn)有“巖土工程測試技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題；其次，探討該教學(xué)模式與“卓越計(jì)劃”要求之間的差距；第三，針對現(xiàn)階段教學(xué)模式的問題進(jìn)行改革，探索一套與“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)相適應(yīng)的教學(xué)模式。

一、教學(xué)模式現(xiàn)狀及存在問題

在土木工程（巖土工程方向）課程設(shè)置體系中，“巖土工程測試技術(shù)”課程具有毋庸置疑的重要地位，是從基本理論過渡到工程實(shí)際的重要橋梁。本校開設(shè)了“巖土工程測試技術(shù)”課程和“巖土工程測試技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程。

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要包括多媒體教學(xué)、工程現(xiàn)場教學(xué)、換位教學(xué)法、以施工圖為中心的教學(xué)法及情境教學(xué)法等，這些教學(xué)措施悉數(shù)被應(yīng)用于普通本科及高職院校的“巖土工程測試技術(shù)”課程教學(xué)[2]。多媒體教學(xué)在播放巖土工程勘察測試技術(shù)動畫、視頻與現(xiàn)場錄像或現(xiàn)場參觀等方面起到了至關(guān)重要的作用，加深了學(xué)生對測試技術(shù)的感性認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)生一定的創(chuàng)造欲和興趣。但是由于課時(shí)的限制、課程內(nèi)容安排以及教學(xué)條件的限制，不能運(yùn)用多元化的教學(xué)手段，最終還是落入以教師為主體，滿堂灌、注入式的教學(xué)方法和多媒體配合板書的教學(xué)手段，取得的教學(xué)效果也相應(yīng)不如人意。

因此，針對以上傳統(tǒng)教學(xué)模式和理念，結(jié)合課程內(nèi)容未能體現(xiàn)前沿科技、重理論輕實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與課程不符、考核方式死板等問題，對“巖土工程測試技術(shù)”這門實(shí)踐性、綜合性較強(qiáng)的課程而言，不能滿足其教學(xué)目標(biāo)和要求。

（一）課程內(nèi)容未能體現(xiàn)前沿科技

本校采用任建喜主編、武漢理工大學(xué)出版社出版的《巖土工程測試技術(shù)》為主要教材，內(nèi)容共分9章，介紹了巖土工程測試技術(shù)中常用的傳感器的原理和使用方法后，重點(diǎn)介紹巖土工程現(xiàn)場監(jiān)測和檢測技術(shù)，包括邊坡工程、軟土地基和路基、樁基工程、城市地鐵區(qū)間隧道、基坑工程、隧道工程和地下洞室等，以及地下工程無損檢測技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)等內(nèi)容。

現(xiàn)行使用教材為第1版，書中難免有邏輯和編寫上的錯(cuò)誤；現(xiàn)行課程教學(xué)雖然在前期教學(xué)中有所積累和改進(jìn)，但很大程度上都是傳統(tǒng)課程內(nèi)容的沿襲?，F(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容體系雖然在知識的系統(tǒng)性和完整性上尚可，但對知識的進(jìn)一步拓展、新材料、新技術(shù)、新工藝等方面知識點(diǎn)和前沿科技尚有待完善。

新技術(shù)歷來都是巖土工程領(lǐng)域發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志，也是巖土工程建設(shè)的重要支撐。隨著近年來巖土工程技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，很多新型測試裝備、創(chuàng)新性的技術(shù)被應(yīng)用到巖土工程監(jiān)測與檢測工程中，如巖土體的室內(nèi)測試技術(shù)、CT技術(shù)、離心模擬技術(shù)、遙感影像技術(shù)、多功能觸探裝置、多功能鉆機(jī)以及各種新型智能化巖土工程測試儀器和技術(shù)等[3， 4]。

（二）重理論輕實(shí)踐

本校為“巖土工程測試技術(shù)”安排56學(xué)時(shí)的理論教學(xué)和16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一共4學(xué)分，教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排較合理。但是，一方面，由于教學(xué)主要以教師為主體，強(qiáng)調(diào)教材作用，很難將工程實(shí)踐內(nèi)容貫穿于課堂教學(xué)始終[5]；另一方面，施工單位鑒于安全和工期方面的壓力，不愿接收大量學(xué)生到工程現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)課堂；第三，教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)主要靠任課教師根據(jù)所參與的工程科技服務(wù)項(xiàng)目及經(jīng)驗(yàn)積累，在課堂教學(xué)之外未曾安排施工現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)。因此，以上種種條件的制約，學(xué)生看到的只是某一階段的狀態(tài)，很難看到全過程，這就直接導(dǎo)致課堂理論教學(xué)和工程實(shí)踐之間脫節(jié)現(xiàn)象。學(xué)生的工程實(shí)踐能力、動手能力以及協(xié)同創(chuàng)新能力無法得到充分鍛煉。

（三） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與課程不符

本校為“巖土工程測試技術(shù)”安排的16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱如表1所示。鑒于實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在拼湊的嫌疑。一方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一共有8個(gè)，其中5個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的動手能力和實(shí)踐能力得不到發(fā)揮和體現(xiàn)；另一方面；“巖土工程測試技術(shù)”課程安排內(nèi)容主要涉及前4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其他4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒有涉及；第三，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在和其他課程重復(fù)的現(xiàn)場，如材料疲勞強(qiáng)度測試實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是力學(xué)實(shí)驗(yàn)、巖石三軸實(shí)驗(yàn)為巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)、土體三軸實(shí)驗(yàn)為土力學(xué)實(shí)驗(yàn)等。

表1：“巖土工程測試技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

（四） 考核方式死板

科學(xué)、合理的考核方式既是對學(xué)生知識掌握情況的檢驗(yàn)也是教師教學(xué)質(zhì)量的體現(xiàn)，因此具有重要意義[2]。不同的考核方式，對學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及知識的掌握有很大關(guān)系。

本課程教學(xué)大綱規(guī)定課程考核方式主要采取筆試形式，兼顧學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績和平時(shí)考勤成績，即課程成績=平時(shí)成績×10%+實(shí)驗(yàn)成績×20%+期末成績×70%。試卷題目類型主要包括填空題、簡答題與論述題。對于這種題型較單一和死板的卷面考核，學(xué)生主要還是根據(jù)考試范圍死記硬背，印象不深刻，而最后落入應(yīng)試教育，埋沒了學(xué)生的個(gè)性和興趣。因此，對于“巖土工程測試技術(shù)”這種實(shí)踐性很強(qiáng)的課程而言，無法考核學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的綜合能力。

二、與“卓越計(jì)劃”要求的差距

現(xiàn)行教學(xué)模式主要以教師為主、強(qiáng)調(diào)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解與掌握，對實(shí)踐能力的培養(yǎng)尚有欠缺，對創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與綜合解決問題能力的培養(yǎng)基本為零。因此，為滿足卓越土木工程師培養(yǎng)需求，在“巖土工程測試技術(shù)”教學(xué)改革方面應(yīng)具有符合“卓越計(jì)劃”要求的全新模式。

三、課程教學(xué)模式改革

（一） 完善教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)

針對“卓越計(jì)劃”的三大培養(yǎng)特點(diǎn)，在“巖土工程測試技術(shù)”教學(xué)過程中應(yīng)更加側(cè)重工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)模式的改革、考核機(jī)制的完善，掌握巖土工程測試的基本理論和方法、常用測試儀器工作原理和使用方法，達(dá)到巖土工程行業(yè)對檢測員的基本要求。

本課程以新教學(xué)大綱安排的教學(xué)內(nèi)容為主線，重視基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的掌握，嵌入對應(yīng)的巖土工程監(jiān)測工程實(shí)例、室內(nèi)演示實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)、工程監(jiān)測布置的實(shí)地觀摩，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、交流能力、創(chuàng)新能力等。

（二） 課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整

根據(jù)“卓越計(jì)劃”的目標(biāo)與任務(wù)，結(jié)合“卓越計(jì)劃”的三個(gè)培養(yǎng)特點(diǎn)，對現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化。

優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。存在以下三方面優(yōu)化項(xiàng)目：教學(xué)內(nèi)容缺少常規(guī)以及新型檢測儀器的使用和原理介紹，監(jiān)測方法比較陳舊，某些工程實(shí)例針對性不強(qiáng)等問題；擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，增加滑坡工程的監(jiān)測內(nèi)容，第三章邊坡工程監(jiān)測合并；近年來，隨著國內(nèi)外巖土工程測試技術(shù)的發(fā)展，更經(jīng)濟(jì)合理的新監(jiān)測方法出現(xiàn)，機(jī)械化、信息化和智能化程度更高的新測試儀器設(shè)備研發(fā)，因此，教學(xué)課程中應(yīng)加入新型監(jiān)測方法和儀器的使用方法介紹。

調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)。重點(diǎn)講解邊坡與滑坡工程、軟土地基和路基、樁基工程、隧道工程、基坑工程等現(xiàn)場監(jiān)測和檢測技術(shù)，其中監(jiān)測儀器的使用和監(jiān)測方案的制定（監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測布置、監(jiān)測方法）是重點(diǎn)。

精簡教授內(nèi)容。首先，如果前期相關(guān)課程如巖石力學(xué)、土力學(xué)、工程測量涉及的內(nèi)容只做簡要提及，并不詳細(xì)介紹。其次，將和隧道工程有關(guān)的兩章合成一章內(nèi)容，避免重復(fù)講述。

增加巖土工程測試技術(shù)方案制定。結(jié)合全院教師參與的各種巖土工程監(jiān)測項(xiàng)目，讓學(xué)生以實(shí)際工程為背景，根據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)知識和工程實(shí)例制作巖土工程檢測技術(shù)方案，這不但培養(yǎng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的組織能力。

（三） 教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整

以“卓越計(jì)劃”要求的各種“能力”培養(yǎng)為主線，完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整。新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容保留了原實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的四個(gè)項(xiàng)目，將另外四個(gè)項(xiàng)目替換為：常用傳感器原理、使用與標(biāo)定、樁基工程低應(yīng)變動測法實(shí)驗(yàn)、隧道周邊位移收斂量測和隧道圍巖內(nèi)部位移量測，具體見表2所示。由于本校的巖土工程側(cè)重于隧道與地下工程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有較多項(xiàng)目涉及。調(diào)整后的新教學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱，側(cè)重于學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)創(chuàng)新性項(xiàng)目的開展。

表2：“巖土工程測試技術(shù)”新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

（四）考核方式調(diào)整與完善

考評是引導(dǎo)師生的指揮棒，大多數(shù)學(xué)生和教師總是在現(xiàn)行的評價(jià)體系引導(dǎo)下尋求“佳績”[2]。以考核學(xué)生各項(xiàng)綜合能力為目的，重點(diǎn)考評學(xué)生對書本知識的掌握以及應(yīng)用、分析和解決實(shí)際問題的能力?！皫r土工程測試技術(shù)”課程考評改革包括以下四方面內(nèi)容。第一，基礎(chǔ)理論卷面考核。保留通過閉卷考試形式進(jìn)行基礎(chǔ)知識掌握情況考核的傳統(tǒng)方式?？荚囶}型增加單選題、判斷題、多項(xiàng)選擇題以及案例分析題，結(jié)合原有的填空題、簡答題與論述題，一共有七道大題，實(shí)現(xiàn)了題型的多樣化。題目的設(shè)計(jì)注意不要落入死記硬背的套路，著重考核的是學(xué)生對基本理論的理解和運(yùn)用，注意平時(shí)積累，參與課堂討論與案例分析之中，達(dá)到綜合分析能力和實(shí)踐技能的提高。第二，增加“巖土工程測試技術(shù)”課程設(shè)計(jì)，考核學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。根據(jù)本學(xué)院教師參與項(xiàng)目，變換各種設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境條件和目的要求，設(shè)計(jì)具有實(shí)際背景的巖土工程監(jiān)測項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮個(gè)人優(yōu)勢和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的方案。第三，實(shí)驗(yàn)成績。依照實(shí)驗(yàn)大綱安排的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告考察學(xué)生的動手能力、實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理能力綜合評定成績。第四，平時(shí)成績。根據(jù)學(xué)生的考勤、課堂上的積極性和主動性以及急性思維的活躍度計(jì)分。根據(jù)以上四部分所占本課程的比重，考評計(jì)分采用以下算法：課程成績=平時(shí)成績×10%+實(shí)驗(yàn)成績×25%+課程設(shè)計(jì)成績×15%+期末成績×50%。

四、結(jié)語

根據(jù)“卓越計(jì)劃”的目的和任務(wù)，結(jié)合“卓越計(jì)劃”的三個(gè)培養(yǎng)特點(diǎn)，針對現(xiàn)行課程教學(xué)中存在未能體現(xiàn)前沿科技、重理論輕實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與課程不符、考核方式死板等問題，對“巖土工程測試技術(shù)”課程開展以下四方面的教學(xué)改革：完善教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)；課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整、考核方式調(diào)整與完善等。

此項(xiàng)教改以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力為目標(biāo)，培養(yǎng)出復(fù)合型、高素質(zhì)、滿足“卓越計(jì)劃”要求的優(yōu)秀工程型人才。

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