复杂的地质条件和周边环境是导致隧道和地下工程建设难度增大的主要因素，也是今后较长时期内隧道及地下工程建设面临的主要困难，有众多的技术难题需要攻克。福州大学“地质工程福建省高校工程研究中心”隧道与地下工程课题组近年来与中铁隧道集团有限公司、中铁二局集团有限公司等工程建设领军企业进行产学研合作。结合上述企业承建的国内外重大地下工程项目，对复杂地质条件下地下工程建设关键技术进行了深入系统地研究和工程运用，取得显著的社会效益和经济效益。相关技术成果获2011 年度中国施工企业管理协会技术创新成果特等奖和2016 年中国产学研合作创新成果一等奖。

1、关键技术及其先进性

（1）岩爆预测及超前防治技术

针对现有岩爆预测方法的不足，提出一种现场施工技术人员容易掌握和普遍运用的、岩体结构分析和电磁辐射监测相结合的施工阶段岩爆预测方法。本技术无需进行大量的地应力测试和数值计算，采用便携式监测仪器，成本低且对施工干扰小。针对目前岩爆段开挖后再支护，无法对开挖后很快就发生的岩爆进行主动、及时防治的不足。提出一种易于操作的、在开挖前即对围岩进行超前支护的岩爆主动防治方法。该方法在地下洞室开挖后便能及时控制岩爆，从而有效减少岩爆出现频次、减弱岩爆强度。

（2）复杂地质条件下地下工程围岩稳定及灾害控制技术

综合运用工程地质学、地质力学及岩体力学的理论及方法对深埋长大隧道复杂地质条件下的围岩应力、变形特点及支护理论进行研究，得出了深埋地质构件发育段围岩压力的分布特点、围岩失稳机制及控制对策；对含孤石富水软弱围岩、高挤压软弱岩脉等特殊围岩的变形机制及控制技术等进行深入研究，得出了含孤石富水软弱围岩及高挤压软弱岩脉的围岩压力、变形特点及支护技术。

（3）地下工程建设中复杂地质条件的超前精细探测技术

针对地下工程施工中岩溶突水常常诱发地表沉降和岩溶段采用超前帷幕注浆施工的特点，提出了根据岩溶突水诱发的地表沉降资料对岩溶发育区纵向边界、岩溶发育特点、岩溶发育区的地质构造、隧顶地层特点及隧道涌水与河流的补给关系进行宏观分析、预测的方法；提出了“通过注浆钻孔钻进、注浆过程中各孔资料的统计分析对岩溶纵、横向发育特点、分布规律进行超前预报”的方法、实施要点及资料分析处理方法。大大提高了岩溶预报精度，较好地解决了目前岩溶超前预报精度无法满足施工要求的不足。针对目前地质雷达自带分析软件所得时间剖面图只能对岩溶进行定性分析，无法较准确地确定岩溶的位置、大小和形状的不足。提出了根据探地雷达自带分析软件得出的时间剖面图确定岩溶的大致位置，在此基础上，利用自编程序提取出现岩溶的几道信号并作Hilbert函数变换，绘出信号的瞬时振幅、相位、频率图（“三瞬图”），根据“三瞬图”突变位置确定岩溶起、终点，最后联合各道计算结果确定岩溶位置、大小和形状的方法。该法可较准确地确定岩溶的位置、大小和形状，大大提高了岩溶超前探测的准确性。针对目前围岩各相异性研究仅适用于小尺度岩体的不足，结合隧道超前地质预报的工程实践，提出了根据地震波反射法超前地质预报中地震波激发炮孔段围岩水平、竖直方向横波波速差异性的统计分析，对大尺度围岩各向异性进行分析的方法。

（4）地下工程施工诱发的地表变形分析及控制技术

针对弹性地基梁全量法计算基坑围护结构内力和位移时，内支撑是预加的、计算条件与施工实际不符的不足，提出一种考虑支撑架设时机的围护结构位移和内力计算方法，提高了围护结构位移和内力计算的准确性及基坑施工诱发的地表变形计算准确性；提出综合采用支撑位置、架设时机优化，施工方法、施工参数优化等措施控制基坑施工诱发的地表及周边建筑变形的方法和技术。提出了在城市建筑密集地区浅埋暗挖隧道施工过程中应根据地表建筑物的特点、隧道埋深及围岩类别，以地表变形允许值及影响地表变形的主要因素为依据，对不同地段进行地表变形控制分级和分区，以此为基础，通过施工优化和信息化施工，加快施工进度，减弱隧道施工对地表建筑的危害，保证施工安全的方法和技术。

2、关键技术产业化运用情况

岩爆预测及超前防治技术较好地解决了乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道（中亚最长隧道，长19.3 公里，最大埋深1275m）的岩爆预测和控制难题。在岩爆频繁，施工进度先期严重滞后的严峻形势下，技术推广使用除保证施工安全外，还使隧道贯通时间比原计划提前了3 个多月，取得显著的经济效益和社会效益。复杂地质条件下地下工程围岩稳定及灾害控制技术较好地解决了龙厦铁路象山特长隧道（长15.9 公里，I 级高风险隧道）、赣龙铁路汀州隧道、南龙铁路南门口隧道深埋地质构造发育段（累计长度8600m）；龙厦铁路象山特长隧道、中复隧道进出口含孤石富水软弱围岩（Ⅵ级围岩）和龙厦铁路吴坑隧道高挤压膨胀性辉绿岩脉段的隧道开挖、支护技术难题。地下工程建设中复杂地质条件的超前精细探测技术较好地解决了龙厦铁路象山特长隧道、赣龙铁路中复隧道岩溶发育段的岩溶超前探测工作，为岩溶段隧道施工提供了准确的地质资料，保证了岩溶段隧道施工安全和顺利建成。地下工程施工诱发的地表变形分析及控制技术较好地解决了成绵乐客运专线双流机场隧道（长6.47km，在成都市区穿过，周边建筑密集）、双流机场车站（长980m、宽52.6m、深25m 基坑，距T2 航站楼最近处仅8.7m）、龙厦铁路石桥头隧道（双线铁路隧道，从龙岩市内穿过，浅埋、高风险隧道，受施工影响的房屋达122 幢）的周边建筑变形控制技术难题。上述技术仅在乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道、龙厦铁路象山特长隧道、成绵乐客运专线双流机场隧道及车站、龙厦铁路石桥头隧道4 个重大工程中就产生2.8 亿元的直接经济效益。

3、2016 年关键技术的运用情况

乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道由长度分别为19.268km、19.200km 的主隧道和安全隧道组成，加上3 个长度分别为1532m、3500m、1845m 的施工斜井和47 个横通道，隧道开挖总长达47km，为“中亚第一长隧”和乌兹别克斯坦“总统一号工程”。该隧道为目前为止，中国企业在国外承建的最长隧道，也是中乌非资源领域的最大合作项目，造价4.55 亿美元。隧道施工中岩爆频繁，仅中等强度以上的岩爆就达3000 多次，其中最严重的一次岩爆使隧道坍塌近2000m3，对施工人员的安全乃至心理都造成了极大威胁，岩爆技术的突破成为该隧道能否在合同工期内顺利贯通的决定条件。

该隧道2013 年9 月正式开工建设，受频繁岩爆的影响，至2015 年3 月岩爆预测及超前防治技术使用以前，施工进度已明显滞后于计划工期。岩爆预测及超前防治技术推广使用后，在近10 公里的岩爆区间再也没有发生一起因岩爆造成的人员伤害事故，每个月的隧道掘进长度也在不断超前，隧道贯通时间最终比原计划提前了100 天，取得了显著的经济效益和社会效益。中央电视台、人民日报、新华网、中国之声等国家级主流媒体对该隧道攻克岩爆技术难题，提前贯通进行了深入报道。2016 年2 月29 日《人民日报》第3 版头条《“中国技术”打通了中亚最长隧道，中乌共建丝绸之路经济带收获早期成果》，对这个隧道建设项目进行了详细报道。2016 年6 月22 日国家主席习近平与乌兹别克斯坦总统拉里莫共同按下该隧道的通车启动按钮，并对中国专家的敬业和奉献精神表示了赞许和肯定。

岩爆预测及超前防治技术除保证了甘姆奇克隧道安全，快速建成外，还取得了巨大的经济效益。技术推广使用后，立防护性钢拱架的地段大幅减少，既节约了材料，又节省了立拱架的时间，工效大大提高，成本明显降低。根据现场测算，新技术推广使用仅节约的材料费、人员费、机械费和管理费就达15670 万元。