一、國內外研究現狀及發展趨勢

（一）斷層帶隧道施工災害及控制

斷層破碎帶由于具有巖體碎裂，孔隙比大等特點，一直是隧道建設面臨的復雜有害地質問題，對隧道的不利影響主要體現在兩方面：一方面斷層破碎帶是地下水的良好滲流通道，設置地下河流的河道，導致隧道施工時面臨大量涌水的情況，對施工安全和結構造成不利影響；另一方面則是由于斷層破碎帶巖性碎裂，此種地質條件下隧道施工時圍巖穩定性差，支護時機和支護強度難以準確把握，常因此出現各種工程事故。

段會岳（2016）結合實際的隧道施工工程情況，分析高壓富水巖溶地層隧道施工的基本情況、高壓富水巖溶地層隧道施工問題的相關處理方式以及高風險巖溶隧道綜合超前地質預報的體會。武淼（2015）通過分析滲流的特點以及其致災的力學機制，找到滲流發生的各種原因，加強對滲流引起的隧道施工地質災害的研究，找到防治辦法，提高隧道施工的質量，可以有效保證人們正常出行與交流的同時，也可以保證隧道和人們的安全，增加隧道的使用壽命。王忠雙（2015）首先采用摩爾庫倫準則和新意法原理，對含水砂層掌子面的失穩機理進行解釋，接著針對掌子面的失穩機理，在隧道施工前實施降水和集水明排等方案，使得隧道開挖在無水狀態下進行，然后對掌子面前方土體進行深孔注漿加固，提高地層的強度和剛度，在施工過程中，綜合采用雙層臨時仰拱和臨時插板的方式，對隧道輪廓和掌子面地層施加人為約束，提高隧道的穩定性。帥文斌（2015）進行了基于FLUENT的隧道突涌水仿真模擬計算，得到了涌水的流通特點，參照模擬計算結論，并結合現場實際，設計了逃生路線，在隧道突涌水應急演練中取得較好效果，可為制定隧道突涌水應急預案與臨災處理提供依據。耿萍等（2015）利用離散元方法，通過顆粒體與流體耦合，模擬了富水斷層在不同傾角時，隧道開挖所引起的突水突泥全過程。模擬過程中對隧道周圍巖體的裂隙發育、隧道內的突水量和突泥量進行追蹤和統計，分析了突水突泥通道的形成過程，揭示了斷層傾角對隧道突水突泥的影響。結果表明，富水斷層傾角越小，隧道與斷層的垂直距離越小，越易發生突水突泥破壞，且突水突泥越易集中在掌子面底部位置。該研究結果可為富水斷層區域隧道開挖的方案設計及突水突泥事故的預測和防治提供參考。左昌群等（2014）闡述了斷裂群區巖溶突水災害災變機制。在此基礎上建立斷裂群區地層巖性、構造形跡、隧道埋深、水文環境、施工工法等6種致災因子的風險評價模型，模糊優選出最適宜斷裂群隧道巖溶風險物探方案。

綜上所述，目前對富水富砂斷層結構的災變機理研究主要是基于計算機數值模擬以探求隧道結構可能出現的破壞情況，并重點關注了開挖方法和支護措施的效果，而對于災變模式沒有進行深入研究。其難點在于，災變模式是復雜物理系統在多因素作用下出現的突變型系統狀態重大改變，其中的力學機理十分復雜，是數值模擬難以考慮的。

（二）斷層帶隧道施工超前地質預報技術研究

在富水含砂斷層地質條件下進行隧道施工是一項極大的挑戰，巖體中大量的水分依靠著水壓順著圍巖裂隙不斷進入隧道斷面，對隧道施工以及圍巖穩定性都是極大威脅，斷層帶的存在使得隧道掘進更加不安全，破碎巖體地質條件時常能遇見，若在施工工程中工法不當或是支護偏離都容易引起圍巖脫落、剝離的情況，威脅施工安全。為此，業內人士做了大量研究。

周建春等（2016）針對復雜環境和大斷面山嶺隧道施工，提出采用地震散射波場和瞬變電磁波場進行超前地質綜合探測的技術關鍵點和現場工作流程，在利用正演數值模擬驗證相關解譯技術的基礎上，通過多源信息融合技術獲取超前預報成果。史玉潔（2015）采用地震波預報TSP技術，預報了隧道內斷層構造及斷層破碎帶、節理、裂隙較發育段情況，同時分析了TSP技術在地質探測中的不足，最后提出了適用于中部引黃隧道的地質預報方法，對類似工程具有一定的借鑒意義。吳德勝等（2014）認為單一的地質超前預報方法造成漏判、誤判嚴重，難以確保隧道施工安全，從而提出采用綜合地質超前預報技術對銅鑼山隧道施工涌水進行地質超前預報，充分發揮TRT法、瞬變電磁法和超前水平鉆法技術的各自優勢。孔剛等（2014）采用“平導超前，物探先行，鉆探驗證，綜合分析，反饋施工”的綜合超前地質預報方法，及時、準確地監測熊洞灣隧道的地質狀況，彌補了勘察設計對地質資料的遺漏。

（三）富水斷層帶隧道防排水技術研究

趙健（2015）以超前地質預報為依據，建立防涌突預案，綜合采取了超前帷幕注漿、超前局部注漿、超長鉆孔排水降壓、迂回導坑等措施，保證了隧道施工安全。李治國（2015）探討了兩方面的內容：通過分析地下水的滲流規律，從地層加固和止水、限排降壓、抗水壓襯砌等方面介紹了隧道涌水量和水壓力；對隧道排水量分級、水中泥砂含量及粒徑控制問題，提出了一些控制參數和標準。李守剛（2015）提出了“泄水降壓、排堵結合、超前支護、帷幕注漿、長期量測、確保安全”的原則。張玉龍（2013）認為“以堵為主”的帷幕注漿法處治，歷時長，收效一般，施工風險高。釋能降壓技術“以排為主、排堵結合、因地制宜、綜合治理”的隧道施工原則和堅持“物探先行、鉆探驗證”的預報程序，與傳統的帷幕注漿工法相比，成本更低、工期更短、安全可靠。釋能降壓處治高壓富水溶腔，通過溶腔查找、近溶腔、定溶腔范圍、開溶腔、治溶腔等幾個階段，將高壓富水溶腔的處理問題化暗為明，大大降低了施工風險，并加快了穿越巖溶強烈發育段的進度。

（四）涌水涌砂隧道施工超前支護技術

張永軍（2012）證明了在北京地區砂卵石地層條件下，做好暗挖施工風險的分析，制定有效的應對措施，按照“先加固、后穿越”原則，遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的方針，對施工及設計方案進行動態管理、針對性優化，保證注漿加固效果，可以有效控制施工風險，確保暗挖施工安全、順利地進行。楊益波等（2014）以天大高速大梁山隧道左線大背溝溝谷段為背景，對富水砂卵石層溝谷段隧道施工技術進行總結，引入了桶式多節雙液帷幕注漿技術，通過超前地質預報、復拱加強、鋼桁架臨時支撐、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉等措施，成功預防了隧道溝谷冒頂塌方，確保工程質量和安全，節約施工成本，縮短工期。張建強（2015）提出大管棚施工及小導管超前注漿施工作為淺埋暗挖作業的超前支護措施，CD法暗挖施工作為暗挖作業強支護措施，使洞口及隧洞頂部覆土更穩定，避免了大面積塌方，降低施工風險，確保施工的安全。王赟（2014）分析了銅鑼山隧道工程概況，制定具體的施工原則，包括超前預報、短進尺開挖、強支護和及時監控量測，詳細闡述了特殊地質條件（包括不同類型溶洞、過巖溶破碎飽水區涌水、斷層和石膏巖段）的處理措施。實際施工效果表明，根據制定的施工原則和相應措施進行施工的效果良好，可以為后續工程施工提供重要參考。彭陽等（2015）針對重慶分界梁隧道煤系地層分布有軟質巖、涌水、有害氣體、煤礦采空區等不良地質，介紹了針對這些不良地質采取的超前地質預報、堵水、排水、弱爆破、強支護、快襯砌、勤量測、強通風、現場嚴管理的有效施工措施，穩妥通過煤系地層，效果較好。

（五）富水斷層隧道安全施工技術研究

劉偉等（2012）采用了大氣降水入滲法、地下水徑流模數法、地下水動力學法等多種方法對隧道涌水量分別進行計算，綜合預測隧道正常涌水量及最大涌水量。綜合分析認為地下水動力學法的計算更能反映隧道涌水的情況。陽躍朋（2012）對巖溶處治技術注漿加固法、灌砂壓漿法、填充黏土和片石法、澆灌混凝土法和鋼護筒跟進法進行了分析總結。通過監測其巖溶處治前后的圍巖變形值，分析出巖溶處治后的處治效果。劉成明（2013）在國內外大量工程實例的基礎上，以重慶軌道交通六號線二期中梁山隧道為依托，采用彈形薄板理論及剪切破壞理論，對隧道水砂突涌災害發生的機理及災害處置措施進行了研究。提出了用全斷面帷幕注漿及掌子面后方徑向注漿加固的綜合方法來處置長大山嶺隧道工程中常見的水砂突涌災害。論文采用ANSYS有限元軟件對隧道穿越高水壓的軟弱斷層的各種工況進行開挖支護模擬，對比分析了相應工況條件下隧道的位移和受力情況。韓燁（2014）進行多水灰比條件下的水泥漿液黏度時變性研究，得到賓漢姆水泥漿液的黏度時變性公式；結合流體力學、滲流力學、土力學，在考慮黏度時變性的基礎上，對注漿公式進行改進，得到了均勻多孔介質中黏度時變流體擴散半徑和壓力的計算公式，討論了多種因素對漿液擴散的影響；以流體擴散的連續性方程和動量方程為基礎，推導了賓漢姆流體在裂隙中的流動擴散方程，總結了其壓力的衰減規律，討論多種因素對漿液擴散的影響；應用有限元分析軟件FLAC3D進行了土體數值模擬分析，總結了黏度變化流體的滲透規律，與定黏度時進行了比較。同時還與理論公式的計算結果進行比較。王輝（2014）為加快施工進度，保證施工安全，采用雙層長管棚加超前小導管注漿的方案先行開挖左洞通過斷層區，然后在前方通過橫向通道同時向后向前開挖右洞，右洞斷層區采用全斷面帷幕注漿加長管棚的反向施工方案。實踐證明，該方案充分利用了雙線隧道的優勢，既安全順利地通過了斷層破碎帶，又將斷層施工對工程進度的影響降至最低程度，對類似工程施工有一定的參考價值。郝亭宇（2015）研究了不良地質水害注漿治理中各參數的設計方法，通過數值模擬、室內試驗及現場試驗確定了注漿參數選擇方法，證實了注漿設計方法及治理技術的可行性與先進性。劉偉正等（2015）提出無支護時拱部易產生坍塌，側壁易產生掉塊或失穩，按照大變形產生的機理可將大變形分為高地應力下軟弱圍巖中的大變形、膨脹性圍巖大變形、斷層破碎帶松弛變形等幾種，為典型大變形隧道。段會岳（2016）結合實際的隧道施工工程情況，分析高壓富水巖溶地層隧道施工的基本情況、高壓富水巖溶地層隧道施工問題的相關處理方式以及高風險巖溶隧道綜合超前地質預報的體會。

（六）隧道施工信息與反饋技術研究

李艷青（2012）結合某高速公路隧道，從鉆爆設計、爆破工藝流程、爆破質量檢驗等方面詳細闡述了預裂微震控制爆破技術在隧道斷層施工中的應用，為今后斷層爆破和破碎隧道圍巖開挖積累了經驗。羅嵩等（2012）結合成功快速穿越F4-3斷層的工程實例，具體介紹了針對膠州灣海底隧道含水斷層的施工方案，同時在施工過程中根據實際揭露的地質反饋信息，隨時進行動態設計、動態施工，這種信息化的工作方法既保證了施工安全，又加快了工程進度，對順利穿越含水斷層起到了至關重要的作用。舒磊等（2013）通過現場試驗和三維各向異性非線性流固耦合模型，研究了富水斷層隧道支護體系受力特征、空隙水壓、能量積聚、變形特性和力學響應。吳敵（2013）基于某些巖溶地區需要設置較多的隧道，高壓富水斷層作為隧道工程中較為關鍵的部分成為隧道工程建設過程的阻礙之一，對隧道工程中高壓富水斷層的施工技術作探討。袁智勇（2013）介紹了膠州灣海底隧道通過斷層時的施工方法，指出了施工中應注意的事項，避免塌方事故的發生。陳明（2014）以在建鐵路雙線隧道通過可溶巖與非可溶巖觸帶及斷層施工為例，簡述隧道通過該段的施工方案。黃喬森（2014）通過分析廣樂高速公路長基嶺隧道的圍巖地質情況及貫通施工的重點與難點，重點介紹了隧道貫通總體安排與貫通點的確定，特別是穿越WF113斷層施工難點進行的施工組織安排，從而使長基嶺隧道施工安全高效、順利貫通。李春林（2014）探討了隧道施工中方案的分類、編制、審核、批準、執行及全過程管理方法，提出了隧道工程重大施工技術方案對隧道施工的相應建議。陳鯉輝（2015）結合廣西陽鹿高速公路第2合同段閘門坳隧道工程實例，具體介紹了隧道穿越斷層的施工方法和施工控制，總結該類環境下隧道施工的成功經驗，可為類似環境下的隧道施工提供很好的借鑒。冉萬云（2015）指出斷層破碎帶影響范圍內，該施工方案較好的控制了隧道變形，后期變形不明顯；斷層破碎帶影響范圍外，因未采用該施工方案，受斷層破碎帶圍巖質量、進口斜井雙重施工等因素的影響，隧道短期變形和長期變形均較大，在遠離貫通斷面80m左右范圍內，應加強監測，適時輔以相應的施工控制措施。

（七）不良地質隧道施工安全保證技術研究

王鵬（2012）借鑒前期調查、分析結果及數值計算結果，就烏鞘嶺隧道施工中的地下涌水問題，提出了“以堵為主，排堵結合”的處理方案，根據本隧道的涌水特征進行了水泥—水玻璃雙液漿注漿方案的設計，依據注漿處理前后隧道排水量的對比，對雙液注漿的效果進行了評價。李儒挺（2013）以廣西壯族自治區岑溪大隧道為依托，結合現場勘探及實測資料，對岑溪大隧道涌水的成因機理及基本特點進行分析；依據地下水運動規律，結合岑溪大隧道隧址的水文地質情況、圍巖結構特征、隧道形式和現行的涌水情況的調查，采用ADINA有限元軟件模擬岑溪大隧道地下水的滲流特征，根據模擬的結果和實際的調查資料，就岑溪大隧道涌水問題提出“以堵為主、排堵結合、綜合治理”的處治措施；根據隧道涌水段的具體特點，提出水泥—水玻璃雙液漿的帷幕注漿堵水處治方案，并比對了注漿前后的效果及對涌水段施工方法進行了探討。鄭永娟（2014）以大直徑頂管隧道穿越渾河這段工程為背景，首先結合隧道工程施工的特點，系統地闡述了隧道風險管理的基本理論。通過分析頂管法穿越渾河施工的風險特征和施工的重點難點，運用專家調查法和預先危險性分析法辨識出淺覆土引起隧道塌方涌水、工作面失穩等風險，建立了大直徑頂管隧道穿越渾河的安全風險評估體系。得出突遇難以逾越的障礙物等為極高風險，需高度重視并規避。管理風險等為高度風險，需采取措施并加強監測。工作井塌方等風險為中度風險，需采取風險處理措施。楊曉東（2015）依托岑溪大隧道，通過實地踏勘，現場利用高密度電阻率法、可控源音頻大地電磁法、地質預報探測儀等多種物探方法，結合地質鉆探取樣分析，對斷層破碎帶的范圍、斷層破碎帶及其圍巖的工程特性進行了調查研究，分析了隧道涌水成因機制，并提出處治措施，同時利用有限元軟件進行相關模擬分析。得出了通過物探和鉆探相結合的方法，確定了斷層破碎帶是呈開口向上的拋物線式分布發育的，其具有控水、導水的工程特性；鉆探取樣的結果分析表明，斷層破碎帶圍巖具有易擾動、遇水軟化等工程特性的結論。方振華等（2016）針對西南地區某鐵路隧道施工期間發生的涌突水事故，結合隧道工程地質及水文地質特征，分析了此次涌突水事故的機理，對隧道繼續掘進的涌突水風險進行了預測，同時對后續的施工提出了相應措施，確保隧道的安全掘進。

（八）長大隧道施工工期研究

章清濤（2013）指出有必要對隧道的塌方機理及處理措施進行系統的研究總結，為以后的工程積累經驗教訓。本文結合解家河隧道塌方實例，對于誘發塌方的因素、塌方預測、塌方治理等問題進行了深入的研究，主要通過對解家河隧道實際塌方的分析研究，對造成塌方的原因進行了深入的探討，同時結合地質雷達探測成果圖，將引發解家河隧道塌方的原因歸結為：破碎帶、節理裂隙發育、淺埋偏壓以及施工方法不當四個方面。在隧道塌方的治理措施方面，主要研究了管棚支護、超前小導管注漿加固以及地表砂漿錨桿等三種處理措施，并利用FLAC3D軟件模擬計算了其支護作用，分析了各支護措施的優缺點，為塌方事故的處理提供了一定的參考成果。韓秀娟等（2015）提出了臨江富水砂層干塢基坑防滲墻施工中三軸攪拌樁槽壁加固、配合比試配驗證、“兩鉆兩抓”成槽工藝、超聲波儀成槽檢驗、高密度電法墻體檢測以及膨潤土泥漿性能指標、加強混凝土過程控制等主要施工方法和技術措施。通過在南昌紅谷隧道臨江富水砂層干塢基坑中的應用，證明塑性混凝土防滲墻止水防水效果非常好，為基底處理及沉管預制施工創造了良好的條件。師建飛（2014）以天大（天鎮—大同）高速公路大梁山隧道左線大背溝溝谷段為背景，對富水砂卵石層溝谷段隧道施工技術進行總結，引入桶式多節雙液帷幕注漿技術，通過超前地質預報、復拱加強、鋼桁架臨時支撐、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉等措施，成功預防了隧道溝谷冒頂塌方，確保工程質量和安全，節約施工成本，縮短工期。唐國志（2015）指出隧道是在鐵路建設過程中經常會遇到的建設工程，而在富水粉細砂地層的隧道施工中，由于開挖面經常出現涌水、涌泥、涌砂等現象，存在著塌方的風險，嚴重影響施工安全、進度、工期，在這種地質條件下做好降水成為工程施工的關鍵。

隨著我國交通及鐵路事業的發展，隧道穿越高風險地段的情況也越來越多，我國對各類圍巖隧道安全施工技術展開了卓有成效的研究，在重難點隧道施工過程中，積累了很多經驗，但對于該高角度逆沖富水斷層，其內部呈強風化和疏松的砂、石混雜結構，施工中無規律可循，在國內外隧道施工中極其罕見，尚沒有成熟施工經驗可以借鑒。因此，必須對高角度逆沖富水富砂斷層帶長大隧道施工關鍵技術進行深入研究，據此才能確保施工難度極大、安全風險高的工程順利完工。