方向二： 隧道围岩稳定与控制
针对软弱围岩、砂卵石地层和外界扰动时隧道围岩失稳特性，依托承担的国家自然科学基金项目、省部级项目和企业委托重大项目开展软弱围岩、砂卵石围岩隧道围岩-支护相互作用、多元信息动态施工反演与安全预警，和外界扰动影响下的隧道长期安全性的研究，具体研究内容如下：
（1）软弱围岩、砂卵石围岩隧道围岩-支护相互作用
针对软弱围岩变形大、稳定性差等特点，应用收敛约束原理，研究软弱围岩
隧道单层支护、联合支护以及复合式支护与围岩的相互作用关系，以Hoek－Brown弹塑性模型及应变软化模型为基础，采用数值模拟软件建立三维数值模型，计算软弱围岩隧道不同开挖方式下的围岩特征曲线，评价其围岩-支护结构相互作用关系，探讨软弱围岩隧道围岩稳定性计算方法。基于已完工软弱围岩隧道围岩-支护特性和隧道围岩与压力收敛量测数据，绘出隧道围岩的位移收敛约束曲线、围岩压力收敛约束曲线，探究软弱围岩隧道围岩-支护结构承载特性，优化支护结构。
通过调查长沙、株洲和湘潭地铁、轻轨工程中砂卵石地层的分布和特性，剖析砂卵石地层盾构掘进土体变形的影响因素，采用数值模拟方法，对引起地表沉降的各种因素进行比较分析，研究砂卵石地层中盾构在不同的掘进压力、注浆厚度、隧道覆土厚度等条件下地表沉降规律和盾构管片轴力分布规律，分析地表沉降的时间历程及影响范围，优化地铁隧道上覆岩土层的加固处置方案、盾构掘进压力等参数，充分发挥砂卵石地层围岩自承能力，提高盾构管片结构与围岩的共同承载作用。
（2）多元信息动态施工反演与安全预警
基于地质学原理，研究隧道地质超前预报中地震波、电磁波等反射波场的传播规律、频谱特征及面波的影响机理，系统分析超前预报中各种波的运动学和动力学特征，研究隧道施工噪声的影响及去噪方法，建立隧道不良地质超前预报的判别模型和智能化识别方法；构建隧道常见不良地质的综合预报模式与计算机辅助软件系统；建立掌子面地质信息三维数字图像编录识别技术。基于跟踪测试技术，探索循环重复爆破振动影响下的围岩和支护结构的累积损伤规律。针对监控测量滞后的问题，研究建立快速量测系统；基于数字深挖掘技术，揭示隧道围岩变形受力特性，分析超前地层损失和各施工步地层损失。研究超前预报综合解译与监测信息的融合技术，建立多元信息动态参数反演方法和智能预测预警系统。
（3）外界扰动影响下的隧道长期安全性
周围水环境变化扰动与新建工程扰动是影响既有隧道长期安全性的两个主要因素。对隧道周围水体(地表水与地下水)的水位变化进行全面系统地观测，理清水位变化的成因、特征与趋势，将其应用到室内模型试验中，并结合理论分析，研究长期多次水位循环变化影响下的隧道受力变形性状，找出隧道容易产生安全问题的薄弱环节，适时适地适度对隧道进行维修加固；开展三维力学模型试验，改变地下工程相互之间的空间分布情况，研究新建桩基、基坑、隧道等不同地下工程及其复杂组合形式对既有隧道的影响，研究新建复杂组合地下工程对既有隧道影响的精细化三维数值仿真模型建立方法。
