第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 隧道信息化施工研究现状 4
1.3 围岩与支护结构稳定性研究现状 6
1.4 围岩岩爆防治研究现状 11
1.4.1 岩爆烈度分级 11
1.4.2 岩爆形成机理 12
1.4.3 岩爆预测与预报 13
1.4.4 岩爆防治 16
1.5 围岩大变形防治研究现状 17
1.5.1 大变形机制 17
1.5.2 大变形预测 18
1.5.3 大变形支护 21
1.6 本书研究内容与主要成果 22
参考文献 25
第一篇 隧道信息化施工与围岩及支护结构稳定性 37
第2章 信息化施工基本理论与方法概论 37
2.1 新奥法基本原理与内容 37
2.1.1 新奥法基本原理 37
2.1.2 新奥法主要内容 38
2.2 信息化施工概念模型 38
2.3 施工地质跟踪调查与测试方法 39
2.3.1 施工地质跟踪编录与测试 40
2.3.2 反馈应用 40
2.4 地应力测试与分析方法 41
2.4.1 水压致裂测试法 41
2.4.2 应力解除测试法 42
2.4.3 Kaiser效应测试法 42
2.4.4 地应力场的反演分析方法 43
2.4.5 高地应力的判别方法 43
2.5 围岩动态分级方法 45
2.5.1 现状与问题 45
2.5.2 施工阶段围岩分级法 47
2.6 超前地质预报技术与方法 47
2.6.1 地质调查与分析法 48
2.6.2 地球物理探测法 49
2.6.3 直接探测法 52
2.6.4 综合分析法 53
2.7 监控量测方法 54
2.7.1 监控量测的目的和任务 54
2.7.2 监控量测项目及测点埋设 54
2.7.3 监测数据整理 56
2.7.4 监测数据分析与反馈应用 58
参考文献 61
第3章 隧道地应力场与高地应力研究 63
3.1 地应力测试及分析 63
3.1.1 水压致裂法测试及分析 63
3.1.2 钻孔应力解除法测试及分析 72
3.1.3 声发射Kaiser效应测试及分析 80
3.1.4 α杯测试及分析 84
3.2 隧道区域构造应力场反演分析 84
3.2.1 计算模型 85
3.2.2 模拟结果及验证 87
3.2.3 区域地应力特征 89
3.3 隧道地应力场形成演化数值模拟分析 90
3.3.1 计算模型 90
3.3.2 模拟结果及验证 91
3.3.3 地应力场形成演化过程及变化规律 92
3.4 围岩高地应力分析与判别 93
3.4.1 工程地质定性分析 93
3.4.2 现场地应力测试定量判别 94
3.4.3 应力场有限元模拟定量判别 94
3.5 围岩二次应力测试方法与二次应力场特征研究 95
3.5.1 围岩二次应力测试的W（改进）型门塞式应力恢复法 95
3.5.2 围岩二次应力沿洞轴线方向分布特征 100
3.5.3 围岩二次应力场的断面分布特征 101
3.5.4 围岩二次应力与主要影响因素的相关性 104
参考文献 106
第4章 施工阶段隧道围岩分级方法及应用研究 107
4.1 概述 107
4.2 施工阶段围岩定性分级 108
4.2.1 围岩定性分级指标选取 108
4.2.2 围岩定性分级指标的快速获取方法 108
4.2.3 泥巴山隧道施工阶段围岩定性分级方法 112
4.3 施工阶段围岩定量分级 114
4.3.1 围岩定量分级指标选取 114
4.3.2 围岩定量分级指标的快速获取方法 115
4.3.3 围岩定量分级的BQ法 131
4.4 高地应力隧道围岩分级BQ-hg法及应用 135
4.4.1 高地应力隧道围岩分级的BQ-hg法 135
4.4.2 高地应力隧道围岩分级BQ-hg法应用 137
4.5 施工阶段围岩智能分级方法及应用 143
4.5.1 人工神经网络法 143
4.5.2 模糊逻辑推理法 149
4.5.3 支持向量机法 154
4.6 围岩分级智能判别软件系统开发与应用 157
4.6.1 系统设计 157
4.6.2 软件开发 158
4.6.3 软件应用 160
参考文献 161
第5章 隧道综合超前地质预报方法研究 162
5.1 概述 162
5.2 超前物探不良地质响应特征研究 162
5.2.1 TSP对不良地质响应特征 162
5.2.2 地质雷达对不良地质响应特征 169
5.2.3 瞬变电磁法对不良地质响应特征 188
5.2.4 BEAM法不良地质响应特征 203
5.3 隧道不良地质综合超前地质预报方法及应用 211
5.3.1 地质分析为主的综合预报体系 211
5.3.2 不良地质综合预报模型 214
5.3.3 综合预报方法在铜锣山隧道中的应用 222
5.4 隧道超前地质预报软件开发及应用 228
5.4.1 软件设计及功能 228
5.4.2 软件开发 230
5.4.3 应用案例 232
参考文献 235
第6章 围岩位移量测及参数反演分析 236
6.1 围岩位移量测方法 236
6.1.1 壁面位移量测 236
6.1.2 多点位移计量测 236
6.2 围岩收敛、拱顶下沉分析与稳定性判别 237
6.2.1 鹧鸪山隧道量测分析 237
6.2.2 二郎山隧道量测分析 244
6.3 围岩内部位移分析与松动圈确定 254
6.3.1 鹧鸪山隧道量测分析 254
6.3.2 二郎山隧道量测分析 258
6.4 围岩岩体力学参数反演分析 260
6.4.1 位移反分析理论简介 260
6.4.2 典型工程反演分析 262
参考文献 271
第7章 隧道围岩稳定性分析与评价 272
7.1 围岩变形破坏特征 272
7.2 围岩稳定性的块体理论分析 276
7.2.1 块体稳定分析理论简介 276
7.2.2 块体稳定性分析及评价 277
7.3 围岩稳定性的数值模拟分析 279
7.3.1 围岩稳定性的三维有限元分析 279
7.3.2 围岩稳定性的动态跟踪分析 284
7.3.3 岩体质量对围岩稳定性的影响分析 288
7.4 围岩稳定性的监测信息反馈评价 292
7.4.1 位移监测信息反馈评价 292
7.4.2 支护结构监测信息反馈评价 293
7.5 围岩稳定性综合评价及反馈应用 296
参考文献 298
第8章 隧道支护结构力学行为及安全性研究 299
8.1 隧道支护结构受力特征现场监测 299
8.1.1 Ⅴ级围岩段典型断面监测（LK22＋100） 299
8.1.2 Ⅳ级围岩段典型断面监测（LK23＋605） 305
8.2 隧道支护结构力学行为数值模拟 309
8.2.1 地质与计算模型概述 309
8.2.2 进口浅埋段施工过程数值模拟 310
8.2.3 Ⅴ级围岩段施工过程数值模拟 316
8.2.4 Ⅳ级围岩段施工过程数值模拟 321
8.2.5 出口偏压段施工过程数值模拟 326
8.2.6 小结 333
8.3 隧道支护结构受力计算 334
8.3.1 荷载结构法计算模型 334
8.3.2 进口浅埋段支护结构计算 337
8.3.3 Ⅴ级围岩段支护结构计算 339
8.3.4 Ⅳ级围岩段支护结构计算 341
8.3.5 出口偏压段支护结构计算 343
8.4 隧道支护结构力学行为综合研究 346
8.4.1 龙溪隧道支护结构变形破坏特征分析 346
8.4.2 龙溪隧道支护结构力学行为综合分析 349
8.4.3 龙溪隧道初期支护结构安全性评价 354
8.4.4 龙溪隧道初期支护参数优化 356
参考文献 357
第二篇 隧道岩爆灾害及其防治 361
第9章 岩爆发育特征与烈度分级研究 361
9.1 二郎山隧道岩爆发育特征实录 361
9.2 锦屏二级水电站隧洞岩爆实录 364
9.3 其他典型工程岩爆实录 378
9.4 岩爆发育特征及规律 380
9.4.1 岩爆发育特征 380
9.4.2 岩爆基本规律 382
9.5 岩爆烈度分级问题 388
9.5.1 岩爆烈度分级 389
9.5.2 岩爆分级烈度方案对比 391
参考文献 392
第10章 岩爆形成机制及其地质力学模式研究 393
10.1 岩爆形成条件及影响因素分析 393
10.2 岩爆形成机制的岩石力学试验研究 394
10.2.1 单轴压缩下岩石破坏后区破坏型式的试验研究 394
10.2.2 岩爆倾向性指数测试研究 398
10.2.3 岩石变形破裂机制的卸荷三轴试验研究 402
10.3 岩爆岩石断口形貌及显微结构研究 408
10.3.1 岩爆岩石断口电镜扫描分析 408
10.3.2 岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析 415
10.3.3 岩爆岩石显微结构分析 417
10.3.4 岩爆机制的微观分析 419
10.4 岩爆现象的物理模拟 419
10.4.1 岩爆岩石物理模拟 420
10.4.2 相似材料物理模拟 423
10.5 岩爆机制的力学分析 430
10.5.1 卸荷作用 430
10.5.2 岩爆发生过程 431
10.5.3 岩爆力学机制分析 432
10.6 岩爆机制的地质力学模式 435
参考文献 438
第11章 岩爆预测研究 440
11.1 地质综合分析与预测 440
11.2 应力强度比分析与岩爆预测 443
11.2.1 最大切向应力分析计算 443
11.2.2 应力强度比预测 448
11.3 强度应力比预测 450
11.4 层次分析-模糊数学综合评判预测 451
11.4.1 AHP-FUZZY综合岩爆预测模型 452
11.4.2 工程应用 457
11.5 神经网络综合分析与预测 460
11.5.1 BP神经网络岩爆预测模型 460
11.5.2 工程应用 462
11.6 基于统计损伤力学的概率预测 462
11.6.1 基于统计损伤力学的岩爆概率预测模型 462
11.6.2 分析验证 464
11.7 岩爆的洞室效应及预测 465
11.7.1 岩爆尺寸效应典型现象 465
11.7.2 岩爆尺寸效应分析预测 467
11.7.3 岩爆洞室形态和尺寸效应探讨 470
11.8 岩爆综合集成预测 473
11.8.1 综合集成预测概念模型 473
11.8.2 岩爆综合集成预测 474
11.8.3 预测结果验证 475
参考文献 477
第12章 岩爆防治措施研究 478
12.1 岩爆防治原则与常用措施 478
12.1.1 岩爆防治原则 478
12.1.2 改善围岩受力状态及物理力学性质 479
12.1.3 释放和解除应力 479
12.1.4 调整施工作业 480
12.1.5 加固围岩措施 480
12.2 改变爆破方式在岩爆防治中的作用 482
12.2.1 炮眼布置 482
12.2.2 周边眼控制爆破 483
12.3 岩爆防治措施作用机理模拟 484
12.3.1 不同喷层厚度加固方案模拟分析 484
12.3.2 不同锚杆间距加固方案模拟分析 488
12.3.3 不同锚杆长度加固方案模拟分析 490
12.3.4 锚杆和喷层同时加固方案模拟分析 493
12.4 岩爆防治方案 494
参考文献 498
第三篇 隧道大变形灾害及其防治 501
第13章 隧道围岩大变形实例分析 501
13.1 概述 501
13.2 软岩类围岩大变形典型实例分析 504
13.2.1 鹧鸪山隧道围岩大变形 505
13.2.2 龙溪隧道围岩大变形 510
13.2.3 国内外软岩类大变形实例对比分析 518
13.2.4 小结 520
13.3 结构型围岩大变形典型实例 521
13.3.1 构造改造型围岩大变形 521
13.3.2 浅表生改造型围岩大变形 525
13.4 人工采掘扰动型围岩大变形典型实例 527
13.4.1 铁山隧道围岩大变形 527
13.4.2 麻子山隧道实例对比分析 529
13.4.3 小结 531
参考文献 531
第14章 隧道围岩大变形机制与类型研究 532
14.1 围岩大变形的定义 532
14.2 围岩大变形的类型研究 533
14.2.1 围岩岩性控制型（Ⅰ类） 533
14.2.2 岩体结构控制型（Ⅱ类） 535
14.2.3 人工采掘扰动控制型（Ⅲ类） 535
14.3 围岩大变形的力学机制 536
14.4 典型隧道围岩大变形机制剖析 539
14.4.1 围岩大变形与地应力的相关性分析 539
14.4.2 围岩大变形与软岩膨胀性的相关性分析 540
14.4.3 围岩大变形与岩体结构的相关性分析 542
14.4.4 围岩大变形与地下水软化的相关性分析 543
14.4.5 隧道围岩大变形机制确定 543
14.5 围岩大变形的分级研究 544
14.5.1 隧道围岩大变形一般分级 544
14.5.2 典型隧道围岩大变形分级 546
参考文献 546
第15章 围岩大变形预测预报研究 548
15.1 大变形预测的基本问题 548
15.2 地质综合分析与预测 549
15.3 修正应力强度比预测 553
15.3.1 修正应力强度比法 553
15.3.2 工程应用 555
15.4 模糊层次综合评判预测 557
15.4.1 大变形模糊层次综合预测模型 557
15.4.2 工程应用 560
15.5 监控量测趋势分析与预测 563
15.5.1 监控量测趋势分析法 563
15.5.2 应用案例 564
15.6 大变形综合分析预测 566
15.6.1 大变形综合预测实施方案 566
15.6.2 未开挖段大变形超前预测 568
15.6.3 已开挖段围岩大变形预测 570
参考文献 572
第16章 隧道围岩大变形支护研究 573
16.1 围岩大变形的支护原则和方法 573
16.1.1 “围岩-支护”共同作用的力学原理 573
16.1.2 围岩大变形支护原则 576
16.1.3 围岩大变形设计思路 578
16.1.4 围岩大变形支护方法 578
16.2 围岩大变形与支护结构相互作用的数值模拟研究 580
16.2.1 计算模型 580
16.2.2 无支护计算结果 581
16.2.3 锚杆支护计算结果 582
16.2.4 喷混凝土支护计算结果 584
16.2.5 钢拱架及钢筋混凝土仰拱支护计算结果 585
16.2.6 联合支护计算结果 585
16.2.7 超前管棚支护计算结果 587
16.2.8 基于相互作用分析的典型隧道大变形整治方案 589
16.3 隧道围岩大变形支护优化设计 593
16.3.1 应力场对围岩变形和稳定性的影响 593
16.3.2 支护结构参数对围岩变形和稳定性的影响 596
16.3.3 基于相互作用分析的隧道大变形支护优化设计 601
16.4 典型大变形的信息化设计与施工过程 611
16.4.1 预设计概况 611
16.4.2 施工中变更设计概况 611
16.4.3 监控量测及大变形机制分析 612
16.4.4 临时支护措施及效果 613
16.4.5 理论计算及整治措施 614
16.5 隧道大变形防治方案建议 615
参考文献 616