一、国内外研究现状及发展趋势

（一）断层带隧道施工灾害及控制

断层破碎带由于具有岩体碎裂，孔隙比大等特点，一直是隧道建设面临的复杂有害地质问题，对隧道的不利影响主要体现在两方面：一方面断层破碎带是地下水的良好渗流通道，设置地下河流的河道，导致隧道施工时面临大量涌水的情况，对施工安全和结构造成不利影响；另一方面则是由于断层破碎带岩性碎裂，此种地质条件下隧道施工时围岩稳定性差，支护时机和支护强度难以准确把握，常因此出现各种工程事故。

段会岳（2016）结合实际的隧道施工工程情况，分析高压富水岩溶地层隧道施工的基本情况、高压富水岩溶地层隧道施工问题的相关处理方式以及高风险岩溶隧道综合超前地质预报的体会。武淼（2015）通过分析渗流的特点以及其致灾的力学机制，找到渗流发生的各种原因，加强对渗流引起的隧道施工地质灾害的研究，找到防治办法，提高隧道施工的质量，可以有效保证人们正常出行与交流的同时，也可以保证隧道和人们的安全，增加隧道的使用寿命。王忠双（2015）首先采用摩尔库伦准则和新意法原理，对含水砂层掌子面的失稳机理进行解释，接着针对掌子面的失稳机理，在隧道施工前实施降水和集水明排等方案，使得隧道开挖在无水状态下进行，然后对掌子面前方土体进行深孔注浆加固，提高地层的强度和刚度，在施工过程中，综合采用双层临时仰拱和临时插板的方式，对隧道轮廓和掌子面地层施加人为约束，提高隧道的稳定性。帅文斌（2015）进行了基于FLUENT的隧道突涌水仿真模拟计算，得到了涌水的流通特点，参照模拟计算结论，并结合现场实际，设计了逃生路线，在隧道突涌水应急演练中取得较好效果，可为制定隧道突涌水应急预案与临灾处理提供依据。耿萍等（2015）利用离散元方法，通过颗粒体与流体耦合，模拟了富水断层在不同倾角时，隧道开挖所引起的突水突泥全过程。模拟过程中对隧道周围岩体的裂隙发育、隧道内的突水量和突泥量进行追踪和统计，分析了突水突泥通道的形成过程，揭示了断层倾角对隧道突水突泥的影响。结果表明，富水断层倾角越小，隧道与断层的垂直距离越小，越易发生突水突泥破坏，且突水突泥越易集中在掌子面底部位置。该研究结果可为富水断层区域隧道开挖的方案设计及突水突泥事故的预测和防治提供参考。左昌群等（2014）阐述了断裂群区岩溶突水灾害灾变机制。在此基础上建立断裂群区地层岩性、构造形迹、隧道埋深、水文环境、施工工法等6种致灾因子的风险评价模型，模糊优选出最适宜断裂群隧道岩溶风险物探方案。

综上所述，目前对富水富砂断层结构的灾变机理研究主要是基于计算机数值模拟以探求隧道结构可能出现的破坏情况，并重点关注了开挖方法和支护措施的效果，而对于灾变模式没有进行深入研究。其难点在于，灾变模式是复杂物理系统在多因素作用下出现的突变型系统状态重大改变，其中的力学机理十分复杂，是数值模拟难以考虑的。

（二）断层带隧道施工超前地质预报技术研究

在富水含砂断层地质条件下进行隧道施工是一项极大的挑战，岩体中大量的水分依靠着水压顺着围岩裂隙不断进入隧道断面，对隧道施工以及围岩稳定性都是极大威胁，断层带的存在使得隧道掘进更加不安全，破碎岩体地质条件时常能遇见，若在施工工程中工法不当或是支护偏离都容易引起围岩脱落、剥离的情况，威胁施工安全。为此，业内人士做了大量研究。

周建春等（2016）针对复杂环境和大断面山岭隧道施工，提出采用地震散射波场和瞬变电磁波场进行超前地质综合探测的技术关键点和现场工作流程，在利用正演数值模拟验证相关解译技术的基础上，通过多源信息融合技术获取超前预报成果。史玉洁（2015）采用地震波预报TSP技术，预报了隧道内断层构造及断层破碎带、节理、裂隙较发育段情况，同时分析了TSP技术在地质探测中的不足，最后提出了适用于中部引黄隧道的地质预报方法，对类似工程具有一定的借鉴意义。吴德胜等（2014）认为单一的地质超前预报方法造成漏判、误判严重，难以确保隧道施工安全，从而提出采用综合地质超前预报技术对铜锣山隧道施工涌水进行地质超前预报，充分发挥TRT法、瞬变电磁法和超前水平钻法技术的各自优势。孔刚等（2014）采用“平导超前，物探先行，钻探验证，综合分析，反馈施工”的综合超前地质预报方法，及时、准确地监测熊洞湾隧道的地质状况，弥补了勘察设计对地质资料的遗漏。

（三）富水断层带隧道防排水技术研究

赵健（2015）以超前地质预报为依据，建立防涌突预案，综合采取了超前帷幕注浆、超前局部注浆、超长钻孔排水降压、迂回导坑等措施，保证了隧道施工安全。李治国（2015）探讨了两方面的内容：通过分析地下水的渗流规律，从地层加固和止水、限排降压、抗水压衬砌等方面介绍了隧道涌水量和水压力；对隧道排水量分级、水中泥砂含量及粒径控制问题，提出了一些控制参数和标准。李守刚（2015）提出了“泄水降压、排堵结合、超前支护、帷幕注浆、长期量测、确保安全”的原则。张玉龙（2013）认为“以堵为主”的帷幕注浆法处治，历时长，收效一般，施工风险高。释能降压技术“以排为主、排堵结合、因地制宜、综合治理”的隧道施工原则和坚持“物探先行、钻探验证”的预报程序，与传统的帷幕注浆工法相比，成本更低、工期更短、安全可靠。释能降压处治高压富水溶腔，通过溶腔查找、近溶腔、定溶腔范围、开溶腔、治溶腔等几个阶段，将高压富水溶腔的处理问题化暗为明，大大降低了施工风险，并加快了穿越岩溶强烈发育段的进度。

（四）涌水涌砂隧道施工超前支护技术

张永军（2012）证明了在北京地区砂卵石地层条件下，做好暗挖施工风险的分析，制定有效的应对措施，按照“先加固、后穿越”原则，遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的方针，对施工及设计方案进行动态管理、针对性优化，保证注浆加固效果，可以有效控制施工风险，确保暗挖施工安全、顺利地进行。杨益波等（2014）以天大高速大梁山隧道左线大背沟沟谷段为背景，对富水砂卵石层沟谷段隧道施工技术进行总结，引入了桶式多节双液帷幕注浆技术，通过超前地质预报、复拱加强、钢桁架临时支撑、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭等措施，成功预防了隧道沟谷冒顶塌方，确保工程质量和安全，节约施工成本，缩短工期。张建强（2015）提出大管棚施工及小导管超前注浆施工作为浅埋暗挖作业的超前支护措施，CD法暗挖施工作为暗挖作业强支护措施，使洞口及隧洞顶部覆土更稳定，避免了大面积塌方，降低施工风险，确保施工的安全。王赟（2014）分析了铜锣山隧道工程概况，制定具体的施工原则，包括超前预报、短进尺开挖、强支护和及时监控量测，详细阐述了特殊地质条件（包括不同类型溶洞、过岩溶破碎饱水区涌水、断层和石膏岩段）的处理措施。实际施工效果表明，根据制定的施工原则和相应措施进行施工的效果良好，可以为后续工程施工提供重要参考。彭阳等（2015）针对重庆分界梁隧道煤系地层分布有软质岩、涌水、有害气体、煤矿采空区等不良地质，介绍了针对这些不良地质采取的超前地质预报、堵水、排水、弱爆破、强支护、快衬砌、勤量测、强通风、现场严管理的有效施工措施，稳妥通过煤系地层，效果较好。

（五）富水断层隧道安全施工技术研究

刘伟等（2012）采用了大气降水入渗法、地下水径流模数法、地下水动力学法等多种方法对隧道涌水量分别进行计算，综合预测隧道正常涌水量及最大涌水量。综合分析认为地下水动力学法的计算更能反映隧道涌水的情况。阳跃朋（2012）对岩溶处治技术注浆加固法、灌砂压浆法、填充黏土和片石法、浇灌混凝土法和钢护筒跟进法进行了分析总结。通过监测其岩溶处治前后的围岩变形值，分析出岩溶处治后的处治效果。刘成明（2013）在国内外大量工程实例的基础上，以重庆轨道交通六号线二期中梁山隧道为依托，采用弹形薄板理论及剪切破坏理论，对隧道水砂突涌灾害发生的机理及灾害处置措施进行了研究。提出了用全断面帷幕注浆及掌子面后方径向注浆加固的综合方法来处置长大山岭隧道工程中常见的水砂突涌灾害。论文采用ANSYS有限元软件对隧道穿越高水压的软弱断层的各种工况进行开挖支护模拟，对比分析了相应工况条件下隧道的位移和受力情况。韩烨（2014）进行多水灰比条件下的水泥浆液黏度时变性研究，得到宾汉姆水泥浆液的黏度时变性公式；结合流体力学、渗流力学、土力学，在考虑黏度时变性的基础上，对注浆公式进行改进，得到了均匀多孔介质中黏度时变流体扩散半径和压力的计算公式，讨论了多种因素对浆液扩散的影响；以流体扩散的连续性方程和动量方程为基础，推导了宾汉姆流体在裂隙中的流动扩散方程，总结了其压力的衰减规律，讨论多种因素对浆液扩散的影响；应用有限元分析软件FLAC3D进行了土体数值模拟分析，总结了黏度变化流体的渗透规律，与定黏度时进行了比较。同时还与理论公式的计算结果进行比较。王辉（2014）为加快施工进度，保证施工安全，采用双层长管棚加超前小导管注浆的方案先行开挖左洞通过断层区，然后在前方通过横向通道同时向后向前开挖右洞，右洞断层区采用全断面帷幕注浆加长管棚的反向施工方案。实践证明，该方案充分利用了双线隧道的优势，既安全顺利地通过了断层破碎带，又将断层施工对工程进度的影响降至最低程度，对类似工程施工有一定的参考价值。郝亭宇（2015）研究了不良地质水害注浆治理中各参数的设计方法，通过数值模拟、室内试验及现场试验确定了注浆参数选择方法，证实了注浆设计方法及治理技术的可行性与先进性。刘伟正等（2015）提出无支护时拱部易产生坍塌，侧壁易产生掉块或失稳，按照大变形产生的机理可将大变形分为高地应力下软弱围岩中的大变形、膨胀性围岩大变形、断层破碎带松弛变形等几种，为典型大变形隧道。段会岳（2016）结合实际的隧道施工工程情况，分析高压富水岩溶地层隧道施工的基本情况、高压富水岩溶地层隧道施工问题的相关处理方式以及高风险岩溶隧道综合超前地质预报的体会。

（六）隧道施工信息与反馈技术研究

李艳青（2012）结合某高速公路隧道，从钻爆设计、爆破工艺流程、爆破质量检验等方面详细阐述了预裂微震控制爆破技术在隧道断层施工中的应用，为今后断层爆破和破碎隧道围岩开挖积累了经验。罗嵩等（2012）结合成功快速穿越F4-3断层的工程实例，具体介绍了针对胶州湾海底隧道含水断层的施工方案，同时在施工过程中根据实际揭露的地质反馈信息，随时进行动态设计、动态施工，这种信息化的工作方法既保证了施工安全，又加快了工程进度，对顺利穿越含水断层起到了至关重要的作用。舒磊等（2013）通过现场试验和三维各向异性非线性流固耦合模型，研究了富水断层隧道支护体系受力特征、空隙水压、能量积聚、变形特性和力学响应。吴敌（2013）基于某些岩溶地区需要设置较多的隧道，高压富水断层作为隧道工程中较为关键的部分成为隧道工程建设过程的阻碍之一，对隧道工程中高压富水断层的施工技术作探讨。袁智勇（2013）介绍了胶州湾海底隧道通过断层时的施工方法，指出了施工中应注意的事项，避免塌方事故的发生。陈明（2014）以在建铁路双线隧道通过可溶岩与非可溶岩触带及断层施工为例，简述隧道通过该段的施工方案。黄乔森（2014）通过分析广乐高速公路长基岭隧道的围岩地质情况及贯通施工的重点与难点，重点介绍了隧道贯通总体安排与贯通点的确定，特别是穿越WF113断层施工难点进行的施工组织安排，从而使长基岭隧道施工安全高效、顺利贯通。李春林（2014）探讨了隧道施工中方案的分类、编制、审核、批准、执行及全过程管理方法，提出了隧道工程重大施工技术方案对隧道施工的相应建议。陈鲤辉（2015）结合广西阳鹿高速公路第2合同段闸门坳隧道工程实例，具体介绍了隧道穿越断层的施工方法和施工控制，总结该类环境下隧道施工的成功经验，可为类似环境下的隧道施工提供很好的借鉴。冉万云（2015）指出断层破碎带影响范围内，该施工方案较好的控制了隧道变形，后期变形不明显；断层破碎带影响范围外，因未采用该施工方案，受断层破碎带围岩质量、进口斜井双重施工等因素的影响，隧道短期变形和长期变形均较大，在远离贯通断面80m左右范围内，应加强监测，适时辅以相应的施工控制措施。

（七）不良地质隧道施工安全保证技术研究

王鹏（2012）借鉴前期调查、分析结果及数值计算结果，就乌鞘岭隧道施工中的地下涌水问题，提出了“以堵为主，排堵结合”的处理方案，根据本隧道的涌水特征进行了水泥—水玻璃双液浆注浆方案的设计，依据注浆处理前后隧道排水量的对比，对双液注浆的效果进行了评价。李儒挺（2013）以广西壮族自治区岑溪大隧道为依托，结合现场勘探及实测资料，对岑溪大隧道涌水的成因机理及基本特点进行分析；依据地下水运动规律，结合岑溪大隧道隧址的水文地质情况、围岩结构特征、隧道形式和现行的涌水情况的调查，采用ADINA有限元软件模拟岑溪大隧道地下水的渗流特征，根据模拟的结果和实际的调查资料，就岑溪大隧道涌水问题提出“以堵为主、排堵结合、综合治理”的处治措施；根据隧道涌水段的具体特点，提出水泥—水玻璃双液浆的帷幕注浆堵水处治方案，并比对了注浆前后的效果及对涌水段施工方法进行了探讨。郑永娟（2014）以大直径顶管隧道穿越浑河这段工程为背景，首先结合隧道工程施工的特点，系统地阐述了隧道风险管理的基本理论。通过分析顶管法穿越浑河施工的风险特征和施工的重点难点，运用专家调查法和预先危险性分析法辨识出浅覆土引起隧道塌方涌水、工作面失稳等风险，建立了大直径顶管隧道穿越浑河的安全风险评估体系。得出突遇难以逾越的障碍物等为极高风险，需高度重视并规避。管理风险等为高度风险，需采取措施并加强监测。工作井塌方等风险为中度风险，需采取风险处理措施。杨晓东（2015）依托岑溪大隧道，通过实地踏勘，现场利用高密度电阻率法、可控源音频大地电磁法、地质预报探测仪等多种物探方法，结合地质钻探取样分析，对断层破碎带的范围、断层破碎带及其围岩的工程特性进行了调查研究，分析了隧道涌水成因机制，并提出处治措施，同时利用有限元软件进行相关模拟分析。得出了通过物探和钻探相结合的方法，确定了断层破碎带是呈开口向上的抛物线式分布发育的，其具有控水、导水的工程特性；钻探取样的结果分析表明，断层破碎带围岩具有易扰动、遇水软化等工程特性的结论。方振华等（2016）针对西南地区某铁路隧道施工期间发生的涌突水事故，结合隧道工程地质及水文地质特征，分析了此次涌突水事故的机理，对隧道继续掘进的涌突水风险进行了预测，同时对后续的施工提出了相应措施，确保隧道的安全掘进。

（八）长大隧道施工工期研究

章清涛（2013）指出有必要对隧道的塌方机理及处理措施进行系统的研究总结，为以后的工程积累经验教训。本文结合解家河隧道塌方实例，对于诱发塌方的因素、塌方预测、塌方治理等问题进行了深入的研究，主要通过对解家河隧道实际塌方的分析研究，对造成塌方的原因进行了深入的探讨，同时结合地质雷达探测成果图，将引发解家河隧道塌方的原因归结为：破碎带、节理裂隙发育、浅埋偏压以及施工方法不当四个方面。在隧道塌方的治理措施方面，主要研究了管棚支护、超前小导管注浆加固以及地表砂浆锚杆等三种处理措施，并利用FLAC3D软件模拟计算了其支护作用，分析了各支护措施的优缺点，为塌方事故的处理提供了一定的参考成果。韩秀娟等（2015）提出了临江富水砂层干坞基坑防渗墙施工中三轴搅拌桩槽壁加固、配合比试配验证、“两钻两抓”成槽工艺、超声波仪成槽检验、高密度电法墙体检测以及膨润土泥浆性能指标、加强混凝土过程控制等主要施工方法和技术措施。通过在南昌红谷隧道临江富水砂层干坞基坑中的应用，证明塑性混凝土防渗墙止水防水效果非常好，为基底处理及沉管预制施工创造了良好的条件。师建飞（2014）以天大（天镇—大同）高速公路大梁山隧道左线大背沟沟谷段为背景，对富水砂卵石层沟谷段隧道施工技术进行总结，引入桶式多节双液帷幕注浆技术，通过超前地质预报、复拱加强、钢桁架临时支撑、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭等措施，成功预防了隧道沟谷冒顶塌方，确保工程质量和安全，节约施工成本，缩短工期。唐国志（2015）指出隧道是在铁路建设过程中经常会遇到的建设工程，而在富水粉细砂地层的隧道施工中，由于开挖面经常出现涌水、涌泥、涌砂等现象，存在着塌方的风险，严重影响施工安全、进度、工期，在这种地质条件下做好降水成为工程施工的关键。

随着我国交通及铁路事业的发展，隧道穿越高风险地段的情况也越来越多，我国对各类围岩隧道安全施工技术展开了卓有成效的研究，在重难点隧道施工过程中，积累了很多经验，但对于该高角度逆冲富水断层，其内部呈强风化和疏松的砂、石混杂结构，施工中无规律可循，在国内外隧道施工中极其罕见，尚没有成熟施工经验可以借鉴。因此，必须对高角度逆冲富水富砂断层带长大隧道施工关键技术进行深入研究，据此才能确保施工难度极大、安全风险高的工程顺利完工。