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1、,特殊及不良地质隧道施工技术,石家庄铁道大学2010年6月,一、概 述,(一)不良和特殊地质地段的概念 不良地质地段,不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。,特殊地质地段,特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等。,(二)不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定,制定完整预案，做好技术、物资、机械储备制定地质预测、预报方案根据预报结果及时调整施工方案必须加强量测工作，并及时反馈量测结果,二、富水软弱破碎围岩,开挖施工要求,采用超前地质预报，了解地质、地下水
2、状况 采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水特大涌水采用辅助导坑排水当地下水与地表水连通时，埋深小于20m采用地表注浆，埋深大于20m时采用洞内注浆单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法，双线和多线隧道采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法循环进尺0.51.0m,衬砌施工要求,根据量测结果确定施作时机仰拱必须及早施作，形成封闭结构,支护施工要求,根据量测结果及时调整支护参数,三、溶洞地段隧道施工,溶洞的类型及对隧道施工的影响,溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。对隧道工程的影响主要有：洞害、水害、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表沉陷等。,建立以长距离物探(地震波法)为宏观控制、钻探法为主，其他物探方式为辅，
3、红外线探测连续施测的综合预报管理体系开挖方法宜采用台阶法、双侧壁导坑法当隧道只有一侧遇到溶洞时应先开挖该侧,施工技术措施,岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。,溶洞处理措施,引排水遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外(图8-4-1)，或开凿泄水洞，将水排出洞外(图8-4-2)。,堵填对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭(图8-4-4、图8-4-5、图8-4-6),必要时可考虑注浆加固并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理(图8-4-7、图8-4
4、-8)。,跨越当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过(图8-4-9)。隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水(图8-4-10)。隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过(图8-4-11)。当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过(图8-4-12)。绕行施工,溶洞地段隧道施工的注意事项当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。在溶洞地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆破药
5、量且减少对围岩的扰动。在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。二次衬砌施工前采用物探手段检查隧道周边环形加固层及层外围岩情况，5m范围,工程实例南岭隧道地质预探预报 采用地表大面积多孔钻探利用下导坑超前预报洞内超前钻孔预探预报断层裂隙预探预报 隧底岩溶预探预报,注浆堵水、加固围岩既有京广铁路路基注浆加固断裂岩溶富水带施工注浆堵水地表垂直帷幕预注浆加固断裂岩溶溶洞流塑状充填泥高压劈裂注浆加固洞内衬砌浅层注浆堵漏地表深孔充填注浆加固堵漏地表大型陷坑回填封闭注浆,隧底岩溶整治 技术措施隧底以下溶洞深度大于3m的采用钢筋混凝土挖孔桩基础；隧
6、底以下溶洞深度小于3m的采用换填浆砌片石圬工或钢筋混凝土条形基础；一股岩溶裂隙隧底采用钢筋混凝土仰拱封底；隧底以下的溶洞灰岩顶板厚度大于6m时采用注浆充填；隧底以下的溶洞灰岩顶板厚度小于6m时不作处理；隧底突水溶槽，采用钢轨混凝土封填，铺设钢筋混凝土仰拱，预埋出水管，注浆封堵。,隧底溶槽的特殊加固处理 改移河道封堵陷坑，防止地表水通过陷坑、溶槽直贯隧底；溶槽底浇灌混凝土封填溶槽，在封填好的溶槽顶面上，灌注钢筋混凝土仰拱；通过对隧底中心预埋管压注水泥浆液，隧底突水被堵住，溶岩水害得到根治。,四、膨胀性围岩地段隧道施工,膨胀性围岩的基本特征,质软，强度低自由膨胀率高 空隙率大 易风化、崩解性强 膨
7、胀压力大,膨胀性围岩的分级,是间接反应岩石膨胀指标直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标,表8-2-1膨胀岩的判别标准,表8-2-2 膨胀岩的分级,膨胀性围岩对隧道施工的危害,围岩普遍开裂坑道下沉 围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起 衬砌变形和破坏,荷载的确定 膨胀岩隧道断面型式 一般应采用圆形、椭圆形和马蹄形，仰拱应与支护衬砌等厚。,膨胀性围岩隧道设计,膨胀性隧道支护形式与参数在不使围岩失稳条件下，允许围岩有一定变形支护形式特征适应围岩膨胀速度变化支护变形时间应适应围岩膨胀收敛持续时间,表8-2-4膨胀岩隧道支护参数,膨胀性围岩隧道施工要点,加强调查、量测围岩的压力和流变合
8、理选择施工方法防止围岩湿度变化合理进行围岩支护膨胀性围岩支护必须适应围岩的膨胀特性。在施工时应往意以下几点：喷锚支护，稳定围岩衬砌结构及早闭合,五、黄土地段隧道施工,黄土分类,按形成年代老黄土新黄土,按塑性指数黄土质粘砂土(1I p7)黄土质砂粘土(7Ip17)黄土质粘土(17Ip),黄土节理影响 土体容易顺着节理张松或剪断。黄土冲沟地段对施工的影响 当隧道沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。黄土溶洞与陷穴影响 隧道建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道修建在其下方，有发生冒顶的危险。隧道修建在其邻侧，则有可能承受偏压。水对黄土隧道施工的影响 湿陷
9、性,黄土对隧道工程的影响,黄土隧道的施工方法,黄土隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法)，初期支护应紧跟开挖面施作。黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。,黄土隧道施工的注意事顶,施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。施工时特别注意拱脚与墙脚处断
10、面，如超挖过大，应用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。黄土隧道施工宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时，可在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设支撑。锚杆宜采用药包式或早强砂浆锚杆。施工中如发现不安全因素，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。,埋深较深的隧道工程，在高应力、脆性岩体中，由于施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，这时围岩表面发生爆裂声，随之有大小不等的片状岩块弹射剥落出来，这种现象称之岩爆。,隧道内岩爆的特点岩爆在未发生前并无明显的预兆岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈
11、中厚边薄的不规则片状。岩爆发生的地点多在新开挖工作面及其附近,六、岩爆,岩爆的防治措施 强化围岩喷射钢纤维混凝土、锚杆加固弱化围岩 弱化围岩的主要措施是注水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。应力释放 在双线或多线隧道，先贯通一个1530m2的小导洞,岩爆产生的主要条件 地层的岩性条件地应力的大小,岩爆地段隧道施工的注意事项 如设有平行导坑，则平导应掘进超前正洞一定距离，以了解地质，分析可能发生岩爆的地段，为正洞施工达到相应地段时加强防治，采取必要措施。爆破应选用预先释放部分能量的方法，如超前预裂爆破法、切缝法和排孔法等，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆的发生。根据岩爆发生的频率和规模情
12、况，必要时应考虑缩短爆破循环进尺。岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段,七、瓦斯地层隧道施工,瓦斯的性质瓦斯(沼气)为无色、无臭、无味的气体，与碳化氢或疏化氢混合在一起瓦斯比重为0.554仅占空气一半 瓦斯不能自燃，但极易燃烧瓦斯的燃烧和爆炸性 瓦斯浓度爆炸界限见表8-6-1瓦斯放出的类型 瓦斯的渗出 瓦斯的喷出 瓦斯的突出,瓦斯浓度爆炸界限,防止瓦斯事故的措施隧道穿过瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施等。隧道通过瓦斯地区的施工方法，宜采用全断面开挖，因其工序简单、面积大、通风好,加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法。洞内空气中允许的瓦斯浓
13、度应控制在规定以下 开挖工作面风流中和电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5时，必须停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理。瓦斯隧道必须加强通风，防止瓦斯积聚。如开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，可使用超前周边全封闭预注浆。采用防爆设施 必须采用湿式钻孔必须采用煤矿许用电雷管，毫秒延期电雷管的最后一段延期时间不得大于130ms，严禁使用秒或半秒级电雷管,八、隧道施工坍方处理措施,导致坍方的原因有多种，概括起来可归结为：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等。发生坍方的主要原因 不良地质及水文地质条件隧道穿过断层及其破碎带，或
14、在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段隧道穿越地层覆盖过薄地段水是造成坍方的重要原因之一。,隧道设计考虑不周 隧道选定位置时，地质调查不细，没有绕开可以绕避的不良地质地段。缺乏详细的的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误。施工方法和措施不当施工方法与地质条件不相适应喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误、措施不力。围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。,预防坍方的施工措施采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法。加强坍方的预测。观察法 一般量测法 微地震学测量法和声学测量法 加强初期支护，控制坍方,隧道坍方的处理措施隧道发生坍方，应及时迅速处理。处理坍方应先加固未坍塌地段，防止继续发展。小坍方，纵向延伸不长、坍穴不高。大坍方坍穴高、坍渣数量大，坍渣体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。坍方冒顶，在清渣前应支护陷穴口 洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的办法。处理坍方的同时，应加强防排水工作。,
