隧道工程地質學范文

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關鍵詞：巖體工程地質力學巖體結構地質模型

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文獻標識碼：A文章編號：

世界上, 最早的工程地質學的精典著作, 一是太沙基教授著的《工程地質學》( 1929) ; 二是薩瓦連斯基教授著的《工程地質學》( 1937) 。這兩部書問世之后, 對推動各國的工程地質學的發展起了很大的作用。在此之后, 各國也相繼發表了很多版本的《工程地質學》, 雖然在內容方面有新發展, 但其學術思想還是屬于太沙基教授和薩瓦連斯基教授的學術思想范疇, 他們多注重地殼表層的地質作用及其所產生的各種工程地質現象, 并對土質方面的工程地質問題, 進行了比較深入地研究。由于當時的鐵路工程、隧道工程、水壩工程的規模較小, 基本上滿足了工程建設的需要。

我國著名的工程地質學家谷德振教授著的《巖體工程地質力學基礎》( 1979) 具有新的學術思想, 是從地質歷史的發展過程—建造與構造, 并運用地質力學的觀點, 研究了巖體的工程地質特性及力學的成因問題, 具有工程地質學方面的新的理論特色, 對解決大型巖體工程建設問題起了很大的作用。對完善各國的工程地質學的理論體系, 具有重大的意義。

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

巖體力學的發展具有十分重要的意義, 為巖體力學的新突破提出了理論基礎。對于巖體中看起來雜亂無章的裂隙, 稱之為結構面的分布與組合, 是有規律可循的。這就為巖體力學規律性的研究奠定了基礎。

孫廣忠教授著《巖體力學基礎》( 1983)和《巖體結構力學》( 1988 年) 的書中明確提出了“巖體結構控制論”做為巖體力學的基礎理論, 書中比較全面地的論述了: ①巖體的地質特征—巖體力學的地質基礎;②巖體結構的力學效應—巖體力學的基本規律;③巖體力學分析原理及方法。《巖體結構力學》可稱為當今階段的巖體力學發展的代表作。從生產實踐觀點來看, “巖體工程地質力學”與“巖體結構力學”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定問題; 它們的服務目標也是一致的, 即為工程設計與施工服務。這兩門學科既有不可分割的緊密聯系, 又各有側重, 分別進行深入細致的研究工作。兩者的關系見圖

根據圖1 可見: 以工程設計為服務目標來講, 巖體工程地質力學研究與巖體結構力學研究是一個整體。

巖體工程地質力學研究主要有三個內容:

( 1) 巖體結構形成的物質基礎

巖體結構特性的好與壞與地質建造的形成環境、形成時代、成巖作用和演變過程有著內在的有機聯系, 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性質, 并依此進行巖層的工程地質分組。每類巖組均有自身的巖體結構的規律性。

( 2) 巖體結構的地質力學分析

在認識巖體結構特性的過程中, 既要重視地質建造, 也更要重視建造的改造和再改造。巖體結構特性與褶皺斷裂有著密切的關系, 為了弄清巖體結構類型與及其規律性, 必須應用地質力學理論與方法, 研究構造變形場形成的時間性, 空間性和力學性, 并探索褶皺斷裂形成的力學機制和構造型式及其構造應力場的特征等等。

( 3) 地質模型

根據工程地質巖組的特性和巖體結構的類型, 并結合巖體工程的性質、形狀、尺寸及所處的地質背景位置, 以巖體結構控制論的觀點對上述各種要素進行綜合分析, 最后抽象為地質模型, 依此來判斷工程巖體變形破壞形式。

巖體結構力學研究,主要有兩大內容:

( 1) 將地質模型轉化為力學模型地質模型

不僅是巖體工程地質力學的主要研究內容, 同時又是巖體結構力學的主要研究內容。前者側重于研究地質模型的成因和類型, 而后者是側重于研究地質模型的力學效應。即依賴于巖體結構及其力學效應, 將地質模型轉化為力學模型。

( 2) 將力學模型轉化為數學語言

巖體工程地質力學研究, 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計的依據, 但尚不夠充分。所以, 必須經過地質模型, 轉化為力學模型, 再將力學模型中與巖體變形破壞機制有關的各種要素, 從定性的轉化為定量的, 并用數學語言表達出來, 才能進行巖體穩定性的力學分析。

巖體穩定性的力學分析成果, 從某種意義上講, 是巖體工程地質力學與巖體結構力學的共同的最終成果, 是工程設計最充分的依據。但一項最佳的工程設計, 除應用最終成果之外, 還應對其他的研究內容: 工程地質巖組, 巖體結構, 地質模型和力學模型等的含義有充分了解、消化、吸收, 才能使工程設計達到最佳的目標。

孫廣忠教授著《巖體結構力學》一書, 不僅是發展了巖體工程地質力學, 也發展了巖體力學, 它具有我國巖體力學的理論特點。作者將這一理論特點概括為以下五條:

( 1) 巖體力學是研究環境應力改變時的巖體再變形和再破壞的科學。

( 2) 巖體結構控制巖體變形、破壞及其力學性質。巖體結構控制作用遠遠大于巖石材料的作用。

( 3) “巖體結構控制論”是巖體力學基礎理論, “巖體結構力學效應”是巖體力學的力學基礎, 巖體結構分析方法是巖體力學研究的基本方法。

( 4) 巖體賦存于一定的地質環境中, 巖體賦存環境條件可改變巖體結構力學效應和巖石力學性能。

( 5) 在巖體結構, 巖石及環境應力條件控制下, 巖體具有多種力學介質和力學模型, 巖體力學是由多種力學介質和多種力學模型構成的力學體系。

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（①昆明理工大學建筑工程學院，昆明 650500；②中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院，昆明 650051）

摘要： 隨著地下空間的不斷開發利用，涌現出很多關于地下工程的相關研究。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-應力耦合的效應影響。

關鍵詞 ： 地下水；地下空間利用；巖土體；效應

中圖分類號：TU452 文獻標識碼：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，研究方向為巖土工程。

0 引言

隨著我國城市化建設的不斷發展，基礎工程建設的規模和工程難度越來越大，伴隨的工程事故時有發生。研究表明，在地下施工過程中，存在地下水滲流場和地應力場耦合作用問題，主要表現在巖土的變形引起巖土滲透性能的改變，導致流體孔隙壓力發生改變；流體孔隙壓力的改變使得巖土體的應力狀態發生變化，同時巖土體的物理力學性質發生改變。大量的地下工程研究和實踐表明，在地下巖土體開挖中進行流-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踐中考慮的重中之重。

1.1 對巖土體的力學作用 ①巖土體接觸面上靜水壓力分布。在多孔介質中，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，即任一點上的靜水壓力p為：p=rwh。式中，rw為水的容重；h為計算點的水頭。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摩擦角即切力。這兩個力的合力fo稱為滲流作用力。該力作用在每個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性質的影響 地下水對巖土體強度的影響主要有3個方面：①地下水通過物理的、化學的作用改變巖土體的結構，從而改變巖土體的內聚力C和內摩擦角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力從而降低巖土體的強度；③地下水通過空隙動水壓力作用，對巖土體施加一個推力，即在巖土體中產生一個剪應力，從而降低巖土體的抗剪強度。

2 滲流——應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~北土城東路站區間隧道在設計里程范圍內下穿小月河及櫻花西橋。小月河自西向東橫穿櫻花西橋，河床兩側為漿砌片石擋墻，河床底部為素混凝土基礎；隧道走向與小月河的一致，地層從上之下一次為：填土、粉質粘土、粘土夾粉細砂等。由于小月河對地層水的補給作用，此段地層含水飽和，水位埋深為3.2~4.8m。

3.2 橋基響應數值模擬分析

3.2.1 計算模型 為了計算建模方便，計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 分析結果 ①水位下降10m時，可降至隧道底部，達到設計要求，此時地表最大沉降為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，相對控制標準而言，累計沉降?燮40mm，差異沉降?燮10mm，降水期間橋基沒有安全隱患。②計算分析表明，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，實際降水深度變化時，可以根據此進行重新估算，降水所引起的差異沉降很小，可以忽略不計。③通過與實際的監控測量數據比較，分析表明數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和指導。

4 結論

通過實例的驗證，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研究，特別是地下工程的時空效應，地下工程群洞效應的研究，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的理論知識，更好地服務于實踐。

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關鍵詞：地質預報 地質雷達 隧道施工

1 引 言

本文結合王城高速太安嶺隧道超前地質預報研究項目，對大斷面公路隧道工程信息化施工技術的應用性進行分析和研究。經過大量實踐與事實，得出結論：超前地質預報能夠為重大隧道工程起到指導性作用。

2 主要超前地質預報方法

2.1 超前地質預報方法的確定

目前國內外常用的超前地質預報方法主要有：地面地質調查法、物探法等。不同的地質預報方法與技術都存在各自的優點和缺點。

地面地質調查法基于地表與地下地質構造的相關性，對隧道地表的不良地質情況進行大致宏觀的分析和預報，它的優點是預報距離長、適應性廣、成本低廉，缺點是難以保證準確度和精確度。

物探法是目前隧道地質超前預報較為先進的方法，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雷達和Tgp最為常用。本文主要分析物探法在隧道超前地質預報中的應用和意義

2.2地質雷達技術原理

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

根據波動理論，電磁波的波動方程為：

P = │P│e-j（αx-αr）﹒e-βr （1）

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

V = ω/α （2）

當電磁波的頻率極高時，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為介質的相對介電常數。

地質雷達所使用的是高頻電磁波，因此地質雷達在地下介質中的傳播速度主要由介質中的相對介電常數確定。

電磁波向地下介質傳播過程中，遇到不同的波阻抗界面時將產生反射波和透射波。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R，反射系數的數學表達式為：

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的相對介電常數。

由（4）式可知：預報過程中的反射系數的大小主要取決于反射界面兩側介質的相對介電常數的差異。差異越大反射系數越大，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，在應用地質雷達檢測時，需選擇相應頻率的天線和適當的儀器參數。要探測到較深的地質情況，就必須選用相對較低頻率的天線，本次檢測選用了100MHz天線。

地質工程師判讀法

地質工程師根據區域地質知識和經驗，綜合分析判斷，對掌子面前方的地質情況進行預測，并對地質預報儀及地質雷達探測出的地質現象做出合理的解釋。

3 超前地質預報技術的實際應用

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目的重要組成部分。該項目的超前地質預報采用了地面地質預報和地質雷達相結合的方式，本章主要介紹地質雷達在預報中的應用。

3.1地質雷達

相對于物探法中的其他幾種方法，地質雷達有方便快捷、準確性高等優點，它屬于短期(短距離)超前地質預報的一種，任務是依據工作面的特征,通過觀測、鑒別和分析,并結合長期超前預報成果，推斷工作面前方20～30m范圍內可能出現的地層、巖性情況，推斷掌子面實見的各種不良地質體向掌子面前方延伸的情況；對掌子面涌水量的觀測，結合巖性、構造特征，推斷工作面前方20～30m范圍內可能的地下水涌出情況；并在上述推斷的基礎上，預測工作面前方20～30m范圍內的隧道圍巖類別，提出準確的超前支護建議，并對施工支護提出初步建議。目標是為隧道施工提供較為準確的掌子面前方近距離內的具體地質狀況和圍巖類別情況。

3.2預報結果分析

開挖對比后，實際情況與預報結論基本一致，準確度較高。

選取幾期地質預報結果與實際結果比較如下表所示：

太安嶺超前地質預報結果（部分）與實際結果比較表

實踐表明，預報準確度較高，產狀與實際情況相比有些許偏差；但總體基本準確。

4 結論

超前地質預報中的地質雷達方法對于隧道圍巖可以做到準確預報，在保證準確度的情況下同時可以做到及時性和方便性。太安嶺隧道超前地質預報就體現了物探法（地質雷達）在隧道信息化施工中的應用問題。但是，應明白的是每一種預報方法都有自己的優缺點和適用范圍，對于某些重要的底下工程，應當做到長期超前預報和短期超前預報相結合、多種預報方法相互使用與輔助的原則，才可以取得準確的預報結果。

參考文獻（References）：

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【關鍵詞】軟弱圍巖；監控量測；支護設計；數值分析

0 前言

我國正處于隧道建設的時期，在隧道建設上每年都投入大量的人力、物力和財力[1]，以適應社會主義市場經濟發展的要求。長期以來，隧道圍巖穩定性評價和隧道開挖后應力重分布特征研究是工程地質學者研究的重要課題[2]，對于地質構造發育的山區公路隧道而言，區域地質條件、地質構造則是與其圍巖穩定性所在有著直接關系的重要工程地質問題。比如區域性斷裂破碎帶地區，斷裂帶區域內的隧道圍巖意味著圍巖中各類結構面較為發育、圍巖結構松散、巖體破碎、裂隙水發育等因素導致圍巖基本處于體強度較低的碎裂狀態。實踐證明，破碎帶區域圍巖穩定性問題是十分重要的問題，它直接影響隧道工程的進度，關系著工程的成敗。某隧道施工中，由于地層破碎，圍巖穩定性差，出現塌方現象，迫使施工中斷，轉而又投入巨大的人力、物力來處理塌方事故，嚴重地影響了隧道施工的正常掘進，既延誤工期又造成巨大的經濟損失。

1 研究內容及采用方法

通過應用ANSYS有限元數值模擬計算，量測儀器的數據反饋；得出圍巖與支護結構產生的應力與ANSYS軟件理論計算[3]數據進行對比分析，對軟弱圍巖隧道的施工進行技術指導。

2 軟弱圍巖支護結構設計計算方法的基本原理

2.1 普氏計算原理

普氏理論算得的軟質圍巖松動壓力[4]，一般在松散、破碎圍巖中較為適用。普氏理論認為，所有的巖體都不同程度被節理、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，其結構面上存在著不同程度的黏結力。基于這種認識，普氏提出了巖體的“堅固性系數”f（又稱側摩擦系數）的理念。各計算數據見表1。

為確定圍巖的松動壓力，普氏進一步提出了基于“自然拱”概念的計算理論[5]。認為在具有一定黏結力的松散介質中開挖后，其圍巖上方會形成一個拋物線形的自然拱，作用在支護結構上的圍巖壓力就是自然拱內松散巖體的重量。而自然拱的形狀和尺寸（即它的高度hk和跨度bt）與巖體的堅固性系數f有關。具體表達式為：

2.2 ANSYS有限元計算與現場量測分析數據

2.2.1 荷載計算與數據分析圖

2.2.2 對比分析

某隧道地|條件之復雜實屬罕見，工程特點可以概括為：深埋、偏壓、富水、高地應力，軟巖、順層、山高谷深、地質復雜、施工風險多、科技含量大及建設標準高。通過應用ANSYS有限元軟件數值計算和現場監控量測對比分析，理論分析與實際監控量測數據基本相符，具體分析如下。

如圖3所示的10個鋼筋計從埋設鋼筋計到一個月后測試數據，分析可得出應力在開始的一段時間內都呈遞增的趨勢，且應力都為負值，即為壓應力。說明在初期支護完成后，初期支護各個部位都是受壓的，壓力逐漸增加。但是這一階段又隨鋼筋計的埋設位置不同，變化時間上有較大差異。持續時間最短的為983#，約3天，壓力增加也較小，為46.5MPa；持續時間較長的為988#，從9月26日埋設鋼筋計到10月6日均為壓力遞增過程，壓力增量達到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。該段時間內的各個鋼筋計均為壓應力減小，其中983#、971#鋼筋計甚至顯示出現了拉應力。由于受壓部位各不相同，變化的量也有很大差異，其中982#鋼筋計的壓應力變化最大，壓應力減小量達到84.8MPa；990#鋼筋計的壓應力相應變化較小，其變化量為18.5MPa。仰拱澆筑完成后，鋼筋計壓應力的變化趨勢均為重新開始緩慢增大。其中018#、982#、990#的壓應力的增大過程均比較緩慢，持續時間很長；而983#、974#、988#、971#的壓應力增大和減小的過程較短，曲線變化較明顯，持續時間短。014#（拱頂）和994#分別數日后因超過鋼筋計測程而失效，994#和981#鋼筋計最后的讀數分別為150.7MPa和45.4MPa，均未達到鋼筋計的量程。10月15日以后的測試讀數漸趨穩定，表明在仰拱澆筑后圍巖變化趨于穩定。

3 結論

軟弱圍巖的應力重分布和變形是一個比較長的過程，其穩定需要時間較長，而且在隧道斷面的各個位置，圍巖的受力狀態和變化過程均相差較大。通過現場監控量測量化了極限位移分級標準，確定控制標準，逐步完善軟巖隧道變形控制技術。根據試驗實測數據反演接觸壓力，通過對圍巖大變形機理和變形特點的研究，現場施工中根據圍巖變化情況，及時調整循環進尺、支護參數、預留變形量；提出了在炭質頁巖富水地層采用“合理變形、剛柔并濟、多重支護”；在炭質頁巖貧水地層采用“合理變形、剛柔并濟”的控制軟弱圍巖大變形的設計理念。

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【關鍵詞】公路工程 地質影響 對策

一、概述

眾所周知，工程地質是調查、研究、解決與人類活動及各類工程建筑有關的地質問題的科學。研究工程地質的目的是為了查明各類工程建筑場區的地質條件，對場區及其有關的各種地質問題進行綜合評價，分析、預測在工程建筑作用下，地質條件可能出現的變化和作用，選擇最優場地，并提出解決不良地質問題的工程措施，為保證工程的合理設計、順利施工及正常使用提供可靠的科學依據。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，在建設初期都要重點考慮地質問題，比如常見的崩塌、滑坡、泥石流、地基塌陷等。如果把地質問題處理的妥當，不僅可以提高公路測設質量、減少道路病害，而且可以有效的避免事故的發生。相反，如果地質問題處理得不好，不僅會增加工程費用、延長工期，而且會增加公路病害，甚至會造成不必要的人員傷亡。因此，我們應該以嚴謹的態度對待工程地質學這門學科，掌握常見的地質問題和處理方法。

二、崩塌產生的原因及防治措施

崩塌是山區公路常見的一種病害現象。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。有時因崩塌堆積物堵塞河道，引起壅水或產生局部沖刷，導致路基水毀。由于各種巖石的形成和工程性質不同，有可能發生壓碎、拉斷、剪斷等地質災害。人類不合理的工程活動，如公路路塹開挖過深、邊坡過陡，也常引起邊坡發生崩塌。由于開挖路基，改變了斜坡外形，使斜坡變陡，軟弱構造面暴露，使部分中國西部委員會官方網站育中心滑坡主要在于認為了避免滑坡災害。被切割的巖體失去支撐，結果引起崩塌。此外，如坡頂棄方荷載過大或不妥當的爆破工程，也常促使斜坡發生崩塌現象。因此，在設計和施工中，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。在巖體松散或構造破碎地段，不宜使用大爆破施工，以免由于工程技術上的錯誤而引起崩塌。現在，我國主要采取的預防措施有遮擋、攔截、支擋、護墻、護坡、排水等，隨著科技的進步，相信會研究出更加科學、合理和經濟的方法。

三、滑坡產生的原因及防治措施

在公路工程地質問題中，滑坡是一種常見的地質災害，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、損壞農田和森林等，從而給人民的生命財產和國家的經濟建設造成嚴重損失。滑坡常發生在雨季或春季冰雪融化時。滑動的地方主要是山谷坡地、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構面發生整體順坡下滑的現象或過程。滑坡災害的主要誘因，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。產生滑坡的基本條件是斜坡體前有滑動空間，兩側有切割面。例如中國西南地區，特別是西南丘陵山區，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。廣泛存在滑坡發生的基本條件，滑坡災害相當頻繁。降雨對滑坡的影響很大。降雨對滑坡的作用主要表現在，雨水的大量下滲，導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度，導致滑坡產生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”的特點。地震對滑坡的影響很大。究其原因，首先是地震的強烈作用使斜坡土石的內部結構發生破壞和變化，原有的結構面張裂、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定是很不利的。另外，一次強烈地震的發生往往伴隨著許多余震，在地震力的反復振動沖擊下，斜坡土石體就更容易發生變形，最后就會發展成滑坡。為了避免滑坡災害，對滑坡進行防治時一般應對癥下藥，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、坡面防護工程、支擋工程。

四、泥石流產生的原因及防治措施

泥石流也是山區的主要地質災害，泥石流多分布在斷裂或褶皺發育、新構造運動強烈，地震頻率高、烈度強，巖體風化破碎，植被不良、水土流失嚴重的山區。在干旱多年的暴雨季節，或高山冰川與積雪強烈消融時期最易發生。它是一股泥石洪流，瞬間爆發，是山區最嚴重的自然災害。現在，泥石流防治主要有以下幾種措施：①封山育林，以保護匯水區和可能形成泥石流的地帶；②調節地表徑流，沿坡修建導流堤；③設置截擋建筑物，如堤、壩等，也可設置排洪道等。

五、巖溶產生的原因及防治措施

篇6

關鍵詞：敖包梁隧道；風險評估；安全施工

中圖分類號：U455 文獻標識碼：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，達拉特旗與東勝區交界處，隧道穿越鄂爾多斯中部礦區。隧道進口里程為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。隧道內縱坡為單面坡，進口至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。

隧道共設計斜井5座，斜井布置見表1。

1.2 地層巖性

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

1.3 地層構造

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造運動以及巖漿活動和變質作用的影響，地殼運動主要表現為升降運動，褶皺構造輕微，為一自北東向南西緩傾斜的單斜構造，傾角一般為1～3°，局部可達5°，未發現緊密褶皺，但寬緩的波狀起伏較為發育，波高一般小于20m，波長在500m以上，構造復雜程度屬簡單類型。

1.4 水文地質特征

敖包梁隧道區地表水受降雨影響，地下水發育。地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H2，長度為2970m；地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H1，長度為6953m。

2 隧道風險評估原則

2.1 評估對象及目標的確定

敖包梁隧道風險評估主要評估在隧道施工過程中的安全、環境、投資及工期風險，并側重于安全風險。

不同的目標風險會造成相同或不同的后果過，對應關系見表2：

表2 后果或損失與評估目標關系表

2.2 評估方法

本次風險評估的方法主要包括核對表法、頭腦風暴法和專家調查法。

2.3 風險評估基本程序

識別初始風險，形成風險清單表。

評價導致初始風險因素發生的概率和后果等級，并最終確定初始風險的等級。

按照風險評價結果及接受準則，制定相應的工程措施及方案。

評估殘留風險等級。

3 敖包梁隧道風險評估內容

3.1 風險清單表

隧道地層為砂、泥巖相間分布，產狀平緩，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，施工中應加強防范措施。。

經評估，本隧道中的主要典型風險事件類型為塌方、洞口失穩、瓦斯風險，通過分析對整座隧道的風險進行說明，見表3。

表3 敖包梁隧道風險清單表

注：G-地質因素。

3.2 風險分級及接受標準

參照《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》，風險等級標準及接受準則分別見表4、表5。

表4 風險等級標準

表5 風險接受準則

3.3 初始風險等級評定

由于施工階段最主要目標就是保證施工的順利和安全，因此本次評估的主要目標是安全風險事故。通過詳細分析后，經評估，本隧道中的主要典型風險事件類型為塌方風險，初始風險等級評定統計見表6：

表6 敖包梁隧道初始風險等級表

3.4 風險處理措施

根據初始風險的評估結果，采取了相應的降低工程風險的措施：（1）加強超前地質預報工作；（2）強化監控量測工作；（3）在隧道洞口邊仰坡存在滑坍失穩風險處，采取清除危石頭，加強變樣破防護，降低爆破擾動，合理統籌安排施工季節、避開雨季及嚴寒季節等措施來降低工程風險；（4）在洞身坍塌風險處，加強超前支護、加強隧道初期支護結構并建立完善的監測系統保證施工的安全；（5）瓦斯、煤塵爆炸及煤層自燃風險處理措施。主要包括：施工前編制專項施工組織設計；施工過程中加強通風；瓦斯濃度的監測；放炮前后在開挖面附近20m內必須噴霧灑水；及時施做隧道初期支護和襯砌，避免煤層長期暴露；設置消防設施；（6）做好地下水分析及化驗，防止環境侵蝕風險。本隧道地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級為H1或H2。施工時應逐段核對地下水侵蝕性，并按照《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》采取應對措施；（7）確保崗前安全操作、施工風險管理培訓，杜絕責任事故。

4 風險評估結果

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

5 結語

風險評估作為隧道施工的重要組成部分，對于指導隧道的安全施工具有十分重要的意義。由于風險評估在我國起步較晚，在這方面的知識和經驗還相對比較匱乏。因此在今后的隧道工程項目建設活動中，還需加大這方面的投入，不斷積累經驗，使風險評估這項技術能夠達到一個成熟的地步，降低工程事故發生的概率，進而達到保證國家和人民生命財產的安全的目的。

本文主要對敖包梁隧道風險評估的全部流程進行了詳細介紹，能夠為今后其它隧道的風險評估起到良好的借鑒作用。

參考文獻

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路工程造價管理，2007，22（6）：8-11.

篇7

關鍵詞：地質環境問題；地鐵隧道；福州

1引言

福州地鐵目前規劃了7條路線，貫穿整個福州盆地，個別線路（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號線正在進行勘察工作，其他3～7號線目前處于規劃階段。福州地鐵規劃區內低丘、殘丘廣泛分布，內河眾多，閩江和烏龍江穿城而過。多條地鐵規劃路線需跨越丘體或江河，地貌類型復雜，地層變化快，加之地鐵隧道工程的特殊性，福州地鐵規劃建設過程中的地質環境問題不可避免，對其進行分析研究尤為必要。

2地質環境特征

2.1地形地貌特征

福州地鐵規劃區主要涉及福州盆地和長樂東部濱海平原兩個區域。福州盆地是一山間斷陷盆地，盆地四周山嶺環抱，城區在盆心，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。

區內地貌類型主要包括山地地貌（構造侵蝕中低山、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、風積平原）以及河谷地貌。福州地鐵7條路線主要穿越沖積、沖海積平原，局部穿越低丘、殘丘地貌。

2.2地層發育與巖土體特征

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

區內巖土體總體上呈現以下發育規律：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地表表層發育風積砂土），第四系上部土體以砂土、淤泥及其混合物為主，中下部主要發育砂礫卵石及薄層粉質粘土，底部為殘積土和基巖風化物。各層巖土體的基本特征如下。

（1）人工填土在區內地表廣泛分布，厚度一般為0.5～3m，局部較厚可達6～7m，工程地質性能較差，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（極個別處發育全新統東山組沖積、沖海積粘性土及砂土，厚度1～3m），巖性主要以含泥中細砂、砂礫卵石為主，局部發育沖海積（Qp3lal-m）粉質粘土或淤泥質土。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）第四系底部局部發育殘積粘性土（Qpel），其下為基巖風化帶。區內殘積土發育厚度一般為1～8m，局部缺失，巖性以含砂粘性土為主，承載力為200～330kPa。基巖風化帶包括全風化、強風化、中風化和微風化基巖，其中全-強風化基巖頂面埋深一般在55～65m之間，巖性以灰白色、灰黃色、青灰色粉質粘土或砂質粘土，局部含角礫，承載力為200～500kPa；中風化基巖頂面埋深一般變化于60～70m，巖心呈碎裂狀或短柱狀，工程地質性能較好，承載力為700～1200kPa；微風化基巖頂面埋深一般大于70m，巖性較完整，裂隙不發育，承載力一般在1500kPa以上。

2.3軟土的基本特征

福州地區軟土發育廣泛，共發育三層[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

福州地鐵規劃場區主要位于平原區，場區內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，區內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1885.19m3/d，滲透系數為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育的全新世長樂組河流相沖積砂層，最大單孔涌水量可達1778m3/d，滲透系數為9.48～19.09m/d；下層承壓水賦存于第四系中下部發育的晚更新世龍海組泥質砂礫卵石和泥質中細砂中，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2.44～5.68m/s[3]。

2.4.2風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、全風化層的孔隙及中風化層的裂隙之中。該類地下水水質較好，水量受季節性影響變化大，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內的四周群山中，或隱伏在平原區第四系松散層之下，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主要地質環境問題分析

3.1隧道、基坑突涌

福州地區水位埋深淺（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，隧道結構體處于地下水位以下。區內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，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）進行盾構施工時易發生突水事故，導致地下水與隧道貫通，對地鐵施工造成危險，施工時需采取相應的隔水措施；當采用明挖法進行基坑開挖時，在一定水頭壓力下易產生流砂、管涌、流土等現象，造成基坑壁倒塌或圍巖失穩，需及時采取降水、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閩江南岸時即遇上花崗巖巖體（圖2），該處巖體裂隙發育，在兩種地層交界處易同砂層中的地下水發生水利聯系，從而發生透水、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

福州地熱田區北起思兒亭、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。福州多條地鐵規劃路線經過地熱田區。福州地熱田主要發育兩種性質不同的熱儲層：一為花崗巖類巖石構造裂隙脈狀承壓熱水，二為第四系孔隙層狀承壓熱水。基巖裂隙脈狀承壓熱水主要富水帶沿斷裂構造帶分布，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130～155℃；第四系孔隙層狀熱水含水層由泥質砂礫卵石組成，熱儲層厚度為10～25m，埋深一般在15m以下，該層地熱水溫度一般可達45～65℃[4]。

福州多條地鐵規劃路線經過地熱田區，尤其是地鐵2、4號線（五四路-六一路段）橫跨地熱田長度達300～600m，地鐵隧道隧道埋深一般為15～20m左右，地熱田區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產生一定影響，建議施工時采取隔熱保護措施。

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、淤泥質土等軟土，且厚度一般達15～40m。該類土體具有天然含水量大、壓縮性高、強度低、靈敏度高和透水性低等特點，流變時效明顯，在恒載下將產生較大差異沉降和工后沉降，如不作處理，工程地基的次固結和流變沉降將持續十幾年或數十年，最終導致地基失穩與土體結構強度破壞[6]。大面積的厚層軟土給福州地鐵工程帶來的風險包括[7]：

（1）軟土蠕變及長期強度變化可能導致地鐵結構長期處于沉降狀態，最終使管片之間裂隙加大，發生漏水、滲水，甚至造成災害性事故。

（2）車站基坑開挖時，使基坑支護、周圍建（構）筑物及地下管線的加固費用增加，同時施工風險也隨之增大。

（3）軟土分布和厚度不均容易使地鐵構造物（隧道襯砌、車站結構、聯絡通道等）在軟硬地層過渡段產生差異沉降，導致結構損壞。

3.4砂土液化與軟土震陷

福州地區飽和砂土液化區的分布，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海相沉積砂層的控制。地鐵路線所經過的沿江兩岸一帶及沿海一帶20m深度范圍內廣泛存在著飽和砂性土，這些地區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，局部為嚴重液化區或不液化區。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域主要分布在長樂沿海地區，福州盆地內除個別地區（如烏龍江、城門三江口一帶）為嚴重液化外，其他地區一般為輕微等級，甚至無液化趨勢。

福州地區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。但對于城市新區等地新近沉積的較純的淤泥，當天然含水量平均值達到65%～70%時，等效剪切波速平均值為80～90m/s左右，此時宜考慮震陷的可能性[8]，如福州地鐵2號線的上街鎮沙堤站附近地表河流發育，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，在天然狀態下工程性能較好，但遇水受擾動后易軟化崩解，力學性質顯著降低，基坑開挖過程中易造成涌土、涌水現象，施工期間需對該層進行降水措施，保證該層在干燥條件下施工。

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

3.6地層軟硬突變

福州地區地質條件復雜，地層發育較多且變化快，地鐵隧道在穿越巖土體時經常遇到地層軟硬突變的問題，例如從淤泥類軟弱土層突變為硬度較大的花崗巖風化層。地層軟硬的連續性變化可能產生盾構中心線偏移、盾構上拋、盾構卡殼、刀具磨損嚴重等一系列問題。另外，由于地層軟硬突變而頻繁更換盾構器械，給地鐵施工帶來諸多不便。

4結語

福州地鐵規劃場區地形地貌變化大，地質環境條件復雜，地鐵規劃建設過程中遇到的主要地質環境問題主要有：區內沿江、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，水頭壓力大，隧道開挖和基坑開挖過程中易產生突涌問題。福州地鐵個別路線局部段需穿越福州地熱田第四系孔隙熱儲含水層，該層地下熱水對地鐵施工建設可能產生一定影響，建議采取隔熱保護措施。區內廣泛發育的厚層軟土在恒載下易產生較大差異沉降，導致地基失穩與土體結構破壞、強度降低，最終造成地鐵結構長期處于沉降狀態發生管片開裂現象，從而引起漏水、滲水事故。地鐵規劃沿線一帶20m深度范圍內飽和砂性土的液化程度一般為輕微-中等等級，局部為嚴重液化區或不液化區，中等液化以上的區域主要分布在長樂沿海地區，福州盆地內一般為輕微液化或不液化；區軟土剪切波速基本上均大于90m/s，基本不存在震陷可能，但對于城市新區等地新近沉積的較純的淤泥，宜考慮局部震陷的可能性。區內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、涌水現象，施工時需采取降水措施；花崗巖殘積土風化層中常有孤石等球狀風化殘核的存在，較大孤石對地鐵施工易造成較大困難。區內地層多變，地層軟硬突變問題頻現，易產生盾構中心線偏移、盾構上拋、盾構卡殼、刀具磨損嚴重等一系列問題，增加施工難度。

除此之外，區內還存在明浜和暗浜、地下建筑樁基障礙物、城市內澇、人工填土等不利因素，這些因素的存在也給福州地鐵規劃、建設與施工帶來了不利影響，施工過程中應予以重視。

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篇8

具備堅實的基礎理論知識和實踐技能，以及外語交流能力和專業協作能力強的高級工程技術人才。

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關鍵詞：隧道與地下工程；教學改革；創新思維；雙語教學

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

隧道與地下工程是土木工程學科地下工程方向重要的專業課程之一，旨在培養學生具備堅實的地下工程建設基礎理論知識和實踐技能、外語交流能力和專業協作能力強、有一定創新研究能力和素質的高級工程技術人才。該課程要在先行課土力學、結構力學、工程地質學和巖石力學等專業課程修完后才能開設，一般安排在第七學期進行。而此時學生由于面臨考研、找工作等種種壓力，往往聽課的積極性不高，學習效果較差。改變傳統的教學方式、加強理論與實踐的聯系、調動學生的主觀能動性、提高教學質量和效率成為教學改革的方向［1］。筆者采用多種現代化教學方法和教學手段相結合，充分激發學生的學習興趣，提高他們學習的主動性和積極性，注重培養他們的創新思維和在專業領域的外語交流能力，從而培養具有一定創新研究能力和素質的工程技術人才。

一、充分調動學生學習的積極性和主動性

能否充分調動學生學習的積極性和主動性，對教學效果有著重要影響。學生在課程學習前，往往對課程的主要內容、發展前景、與工作就業的關系等不甚了解，如果一開始就進入各章節知識的學習，容易使學習產生盲目性。大學四年級學生將大部分精力放在找工作或考研上，容易忽視專業課程的學習。在授課之前應充分介紹學科的內容與發展前景，以及學好該課程對畢業后從事相關工作的重要意義，使學生認識到該課程的學習與自己未來職業發展密切相關，從而提高學生的學習熱情。如在為學生介紹隧道與地下工程的發展前景時，筆者引用了王夢恕院士［2］的一席話作為開篇：“21世紀是隧道與地下工程大發展的年代——21世紀人類面臨人口、糧食、資源、環境的四大挑戰。中國城市化速度2010年達到45%，如果聽任城市無限制地蔓延擴張，將會嚴重危害中國土地資源。綜觀當今世界，有識之士已把地下空間開發利用作為解決城市資源與環境危機的重要措施。可以預測21世紀末，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、城市地鐵的快速修建已經擺在每個城市面前。”然后以城市地鐵建設為例指出土木建筑人才在地下工程方向將大有可為。在學生充分了解學科廣闊的發展前景后，列舉一系列工程災害與工程事故實例圖片，使學生了解地下工程所面臨的不確定性和風險，以增強他們作為未來工程師的責任感和使命感，充分調動他們學習的積極性和主動性，以嚴謹的態度對待專業知識的學習。

二、采用雙語教學，培養學生在專業領域的對外交流能力

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

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

三、采用多種現代化教學方法和教學手段，使教學內容生動、直觀

單一的專業課程教學方式容易使學生覺得課程內容枯燥乏味，使學生缺乏學習的興趣和主觀能動性。采用現代化的教學手段、多種教學模式相結合的教學方法，可以增強學生的學習興趣，激發學生的創新思維，大大提高教學效果。

（一）課件制作生動直觀，實現網絡平臺互動式教學

課件的制作是教學的重要環節，課件質量的高低將直接影響學生對課程內容理解和接受程度。隧道與地下工程課程與實踐結合較緊密，課件也應當盡可能做到理論與實際相結合。在講解過程中盡可能多地為學生展示相關的圖片、照片，以及施工過程和場景，使學生更好地理解教學內容并留下深刻印象。但是僅憑每次課程兩個學時的時間，學生很難將課堂內容完全消化和理解，因此該課程搭建了基于Blackboard網絡教學平臺的數字化網絡教學環境。學生通過訪問課程主頁，可以下載教學課件、觀看施工錄像、習題自測等，同時還可以通過網絡平臺與教師交流，極大地方便了學生的學習。

篇9

[關鍵詞]卓越工程師教育培養計劃 巖土工程測試技術 教學改革 創新能力 實踐能力

引言

“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人力資源強國等戰略部署，貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》實施的高等教育重大計劃，2010年6月教育部啟動了“卓越計劃”[1]。2011年10月，重慶交通大學入選教育部第二批卓越工程師教育培養計劃，為適應人才培養從傳統的教育模式向“卓越計劃”培養模式的轉變，重慶交通大學土木工程專業中實踐性較強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”主要介紹了邊坡、軟土地基、樁基、城市地鐵區間隧道盾構、基坑、地下隧洞礦山巷道等巖土工程現場監測和檢測技術以及無損檢測與聲發射技術。該課程的主要目的和任務是：通過對本課程的學習，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目、測試方法、數據采集和整理等。該課程是土木工程（巖土工程方向）理論與實踐結合的至關重要課程，也是培養學生工程實踐能力、鍛煉學生綜合能力和執行“卓越計劃”的最佳課程之一。

本文以重慶交通大學巖土工程專業課程 “巖土工程測試技術”為例，進行了適應“卓越計劃”人才培養的教學改革探討。首先，分析現有“巖土工程測試技術”課程教學現狀和存在問題；其次，探討該教學模式與“卓越計劃”要求之間的差距；第三，針對現階段教學模式的問題進行改革，探索一套與“卓越計劃”人才培養相適應的教學模式。

一、教學模式現狀及存在問題

在土木工程（巖土工程方向）課程設置體系中，“巖土工程測試技術”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際的重要橋梁。本校開設了“巖土工程測試技術”課程和“巖土工程測試技術”實驗課程。

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

因此，針對以上傳統教學模式和理念，結合課程內容未能體現前沿科技、重理論輕實踐、實驗項目與課程不符、考核方式死板等問題，對“巖土工程測試技術”這門實踐性、綜合性較強的課程而言，不能滿足其教學目標和要求。

（一）課程內容未能體現前沿科技

本校采用任建喜主編、武漢理工大學出版社出版的《巖土工程測試技術》為主要教材，內容共分9章，介紹了巖土工程測試技術中常用的傳感器的原理和使用方法后，重點介紹巖土工程現場監測和檢測技術，包括邊坡工程、軟土地基和路基、樁基工程、城市地鐵區間隧道、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和聲發射技術等內容。

現行使用教材為第1版，書中難免有邏輯和編寫上的錯誤；現行課程教學雖然在前期教學中有所積累和改進，但很大程度上都是傳統課程內容的沿襲。現有教學內容體系雖然在知識的系統性和完整性上尚可，但對知識的進一步拓展、新材料、新技術、新工藝等方面知識點和前沿科技尚有待完善。

新技術歷來都是巖土工程領域發展水平的一個重要標志，也是巖土工程建設的重要支撐。隨著近年來巖土工程技術取得了突飛猛進的發展，很多新型測試裝備、創新性的技術被應用到巖土工程監測與檢測工程中，如巖土體的室內測試技術、CT技術、離心模擬技術、遙感影像技術、多功能觸探裝置、多功能鉆機以及各種新型智能化巖土工程測試儀器和技術等[3， 4]。

（二）重理論輕實踐

本校為“巖土工程測試技術”安排56學時的理論教學和16學時的實驗教學，一共4學分，教學內容和課時安排較合理。但是，一方面，由于教學主要以教師為主體，強調教材作用，很難將工程實踐內容貫穿于課堂教學始終[5]；另一方面，施工單位鑒于安全和工期方面的壓力，不愿接收大量學生到工程現場參觀學習課堂；第三，教學中的實踐環節主要靠任課教師根據所參與的工程科技服務項目及經驗積累，在課堂教學之外未曾安排施工現場觀摩學習。因此，以上種種條件的制約，學生看到的只是某一階段的狀態，很難看到全過程，這就直接導致課堂理論教學和工程實踐之間脫節現象。學生的工程實踐能力、動手能力以及協同創新能力無法得到充分鍛煉。

（三） 實驗項目與課程不符

本校為“巖土工程測試技術”安排的16學時的實驗教學，對應的實驗教學大綱如表1所示。鑒于實驗場地和實驗設備的不足，實驗項目存在拼湊的嫌疑。一方面，實驗教學內容一共有8個，其中5個演示實驗，學生的動手能力和實踐能力得不到發揮和體現；另一方面；“巖土工程測試技術”課程安排內容主要涉及前4個實驗項目，其他4個實驗項目沒有涉及；第三，實驗項目存在和其他課程重復的現場，如材料疲勞強度測試實驗應該是力學實驗、巖石三軸實驗為巖石力學實驗、土體三軸實驗為土力學實驗等。

表1：“巖土工程測試技術”實驗教學內容

（四） 考核方式死板

科學、合理的考核方式既是對學生知識掌握情況的檢驗也是教師教學質量的體現，因此具有重要意義[2]。不同的考核方式，對學生的學習方式及知識的掌握有很大關系。

本課程教學大綱規定課程考核方式主要采取筆試形式，兼顧學生實驗成績和平時考勤成績，即課程成績=平時成績×10%+實驗成績×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，學生主要還是根據考試范圍死記硬背，印象不深刻，而最后落入應試教育，埋沒了學生的個性和興趣。因此，對于“巖土工程測試技術”這種實踐性很強的課程而言，無法考核學生的實踐能力、創新能力和解決實際問題的綜合能力。

二、與“卓越計劃”要求的差距

現行教學模式主要以教師為主、強調學生對基礎知識的理解與掌握，對實踐能力的培養尚有欠缺，對創新能力、團隊協作能力與綜合解決問題能力的培養基本為零。因此，為滿足卓越土木工程師培養需求，在“巖土工程測試技術”教學改革方面應具有符合“卓越計劃”要求的全新模式。

三、課程教學模式改革

（一） 完善教學目標與任務

針對“卓越計劃”的三大培養特點，在“巖土工程測試技術”教學過程中應更加側重工程實踐能力、創新能力的培養。通過教學內容的調整、教學模式的改革、考核機制的完善，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，達到巖土工程行業對檢測員的基本要求。

本課程以新教學大綱安排的教學內容為主線，重視基礎理論和應用技術的掌握，嵌入對應的巖土工程監測工程實例、室內演示實驗和綜合實驗、工程監測布置的實地觀摩，培養學生的動手能力、團隊合作能力、交流能力、創新能力等。

（二） 課程教學內容調整

根據“卓越計劃”的目標與任務，結合“卓越計劃”的三個培養特點，對現行的教學內容進行調整及優化。

優化教學內容。存在以下三方面優化項目：教學內容缺少常規以及新型檢測儀器的使用和原理介紹，監測方法比較陳舊，某些工程實例針對性不強等問題；擴充教學內容，增加滑坡工程的監測內容，第三章邊坡工程監測合并；近年來，隨著國內外巖土工程測試技術的發展，更經濟合理的新監測方法出現，機械化、信息化和智能化程度更高的新測試儀器設備研發，因此，教學課程中應加入新型監測方法和儀器的使用方法介紹。

調整教學重點。重點講解邊坡與滑坡工程、軟土地基和路基、樁基工程、隧道工程、基坑工程等現場監測和檢測技術，其中監測儀器的使用和監測方案的制定（監測項目、監測布置、監測方法）是重點。

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

增加巖土工程測試技術方案制定。結合全院教師參與的各種巖土工程監測項目，讓學生以實際工程為背景，根據所學基礎知識和工程實例制作巖土工程檢測技術方案，這不但培養了學生工程實踐能力、創新能力，還培養了學生的組織能力。

（三） 教學實驗內容調整

以“卓越計劃”要求的各種“能力”培養為主線，完成教學實驗內容調整。新實驗教學內容保留了原實驗教學大綱的四個項目，將另外四個項目替換為：常用傳感器原理、使用與標定、樁基工程低應變動測法實驗、隧道周邊位移收斂量測和隧道圍巖內部位移量測，具體見表2所示。由于本校的巖土工程側重于隧道與地下工程，因此實驗教學內容有較多項目涉及。調整后的新教學實驗大綱，側重于學生的實踐能力、團隊合作能力的培養，鼓勵創新性項目的開展。

表2：“巖土工程測試技術”新實驗教學內容

（四）考核方式調整與完善

考評是引導師生的指揮棒，大多數學生和教師總是在現行的評價體系引導下尋求“佳績”[2]。以考核學生各項綜合能力為目的，重點考評學生對書本知識的掌握以及應用、分析和解決實際問題的能力。“巖土工程測試技術”課程考評改革包括以下四方面內容。第一，基礎理論卷面考核。保留通過閉卷考試形式進行基礎知識掌握情況考核的傳統方式。考試題型增加單選題、判斷題、多項選擇題以及案例分析題，結合原有的填空題、簡答題與論述題，一共有七道大題，實現了題型的多樣化。題目的設計注意不要落入死記硬背的套路，著重考核的是學生對基本理論的理解和運用，注意平時積累，參與課堂討論與案例分析之中，達到綜合分析能力和實踐技能的提高。第二，增加“巖土工程測試技術”課程設計，考核學生的綜合分析能力、實踐能力、創新能力和團隊協作能力。根據本學院教師參與項目，變換各種設計參數、環境條件和目的要求，設計具有實際背景的巖土工程監測項目，鼓勵學生充分發揮個人優勢和團隊協作能力，設計出具有創新性的方案。第三，實驗成績。依照實驗大綱安排的實驗教學內容，根據學生實驗報告考察學生的動手能力、實踐能力和實驗結果分析處理能力綜合評定成績。第四，平時成績。根據學生的考勤、課堂上的積極性和主動性以及急性思維的活躍度計分。根據以上四部分所占本課程的比重，考評計分采用以下算法：課程成績=平時成績×10%+實驗成績×25%+課程設計成績×15%+期末成績×50%。

四、結語

根據“卓越計劃”的目的和任務，結合“卓越計劃”的三個培養特點，針對現行課程教學中存在未能體現前沿科技、重理論輕實踐、實驗項目與課程不符、考核方式死板等問題，對“巖土工程測試技術”課程開展以下四方面的教學改革：完善教學目標與任務；課程教學內容調整、教學實驗內容調整、考核方式調整與完善等。

此項教改以培養學生綜合分析能力、實踐能力、創新能力與團隊協作能力為目標，培養出復合型、高素質、滿足“卓越計劃”要求的優秀工程型人才。

[參考文獻]

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[Z].2011，1，18.

[2]朱勁松.面向卓越工程師培養的橋梁施工課程教學改革與實踐[J].高等建筑教育，2012，21（3）：71-75.

[3]伍法權.我國巖土與工程研究的現狀與展望――第三屆全國巖土與工程大會學術總結[J].工程地質學報，2009，17（4）：463-468.

[4]包承綱.巖土工程試驗研究中的若干新進展[J].巖土力學，2011，32（增2）：1-9.

[5]董倩，劉東燕，黃林青.卓越土木工程師實踐教學體系構建[J].高等建筑教育，2012，21（4）：74-77.