不良和特殊地段隧道施工.ppt

甘肃交通职业技术学院,隧 道 施 工,主讲教师：马安财2011.11,不良和特殊地质地段隧道施工,一、不良和特殊地质地段施工一般规定1不良地质地段不良地质地段是指滑坡、崩坍、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施工的不良地质环境。不良地质地段的变异条件是非常复杂的。设计文件提供的地质资料，施工前所制定的施工方法和防范措施及对策，不可能自始至终完全符合实际情况，因此，在施工全过程中，应经常观察地层与地质条件的变化，勤检查支护与衬砌的受力状态，及时排险，防止突然事故的发生。,不良和特殊地质地段隧道施工,2.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。特殊地质地段隧道，由于岩层的地质成因复杂，地质条件具有突变性，事故具有突发性，对隧道施工的危害性极大，如果仅靠常规的隧道施工技术和施工方法是很难克服殊地质地段进行隧道施工时，除了应遵守一般技术要求外，还应采取针对性较强的辅助方法施工。在开挖、支护衬砌施工中，由于各种因素的影响可能会发生土石坍塌，坑道受压支撑被压坏，衬砌结构断裂和各种特殊施工难题，严重影响施工进度、安全和工程质量。瓦斯溢出地层，更严重地威胁着隧道施工安全。,不良和特殊地质地段隧道施工,不良和特殊地质地段的工程问题，虽然有的是在勘察阶段就已经查明的，在施工阶段采取相应的对策，但有的则是在施工阶段才发现的，使施工处于十分被动的局面。因此，掌握在不良和特殊地质段隧道施工时应注意的问题和处理方法是十分必要的。隧道现场围岩及支护结构变形监控量测，以及反馈用于修改设计支护参数，指导施工，对隧道建筑构造物来说，具有重要作用和积极的意义，效果也是十分显著的。不良地质和特殊地质地段隧道围岩变形大，变化快、事故具有突发性的特点，因此，积极采取现场围岩变形量测，及时了解变形量，变形时间及空间变化规律是非常有益的。这样，施工开挖与支护衬砌就有了较充分的科学依据，可以减少施工中人为主观因素的影响等。,不良和特殊地质地段隧道施工,二、不良和特殊地质地段隧道施工注意事项1编制施工计划注意的事项施工前应组织有关人员对隧道工程设计文件、图纸、资料，尤其应对勘测设计所提供的工程地质和水文地质资料进行认真详细的研究分析，了解设计意图，并深入细致地作施工调查，对地质资料应进行专门调查研究，特别应查明隧道影响范围内的各种不良地质，特殊地质地段的围岩级别，进行施工地质调查，超前钻探和超前进行弹性波探侧，是预报隧道中复杂、多变地段重大不良地质情况的有效手段。,不良和特殊地质地段隧道施工,在充分调查研究的基础上，根据围岩类别结合施工单位的具体情况，综合考虑各种因素，拟定施工方案。并根据确定的施工方案，制定相应的施工方法和技术措施，编制实施性施工组织设计，编制主要材料、劳动力、机具设备的数量及供应计划，以使隧道工程施工达到安全、优质、高效的目标。2不良和特殊地质地段，选择施工方法注意事项施工中应经常观察围岩和地下水的变异情况，量测支护，衬砌的受力情况，注意地形、地貌和地表的变化，防止突然事故的发生。一旦发现险情，应立即分析情况并采取相应技术措施，迅速处理。渗水地段，应及时治水，其技术要求和作业应以“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则。,不良和特殊地质地段隧道施工,选择隧道施工方法(包括开挖及支护)时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件，断面形式、尺寸、埋置深度，施工机械装备，工期要求，经济和技术的可行性论证等因素而确定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及变更的可能性，以免因施工方法或技术措施不妥造成施工失误导致施工事故，延误施工进度和增加投资。3不良和特殊地质地段，加强监控和量测工作采用新奥法施工的隧道，为掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全及工程质量，应实施现场量测，充分利用监控量测指导施工。,不良和特殊地质地段隧道施工,对软岩浅埋地段隧道，须进行地表下沉观测，以及对开挖面的地质素描及对围岩和支护的应力、应变测试等，这些对及时预报洞体稳定程度和力学动态，及时修正支护设计参数和改变施工方法，采取针对性技术措施都是十分重要的。4.使用锚喷技术注意事项特殊地质地段隧道，除大面积淋水地段、流沙地段外。均可采用锚喷支护施工。施工时应符合下列要求:当开挖工作面自稳性很差，难以开挖成型时，在清除危石后，应尽快在开挖面上喷射厚度不小于5cm的混凝土护面，必要时，可在开挖轮廓线处和开挖面上打超前锚杆，其长度宜大于开挖进尺的3倍。,不良和特殊地质地段隧道施工,当锚杆支护完成后，仍不能提供足够的支护能力时，应及时设置钢架支撑加强支护。另外，隧道穿过未胶结松散地层和严寒地区冻胀地层等，施工时应采取相应的措施，如先护后挖，密闭支撑、边开挖边封闭的办法。5.采用临时支护时注意事项不宜采用锚喷支护的特殊地质地段，应用构件支撑作临时支护，并应符合下列要求:)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。构件支撑基础应铺设垫板。当支撑出现变形、断裂时，应立即加固或部分撒换，以确保安全和工程质量；,不良和特殊地质地段隧道施工,围岩出现底部压力，产生底鼓现象或可能产生沉陷时，应加设底梁；当围岩极为松软破碎时，必须先护后挖，暴露面应采用支撑封闭严密；根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑；构件支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。,不良和特殊地质地段隧道施工,6选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面开挖。无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法或人工和机械混合开挖法，应视地质环境，工程质量和安全等条件合理选用。如选用钻爆法施工时，采用光面爆破和预裂爆破技术，能使开挖轮廓线符合设计要求及减少对围岩的扰动破坏。爆破应严格按照钻爆设计进行施工，而钻爆设计时，应严格控制炮眼数量、深度和装药量。如遇到地质变化，应及时修改完善设计和改变施工方法，采用相应的辅助施工方法。,不良和特殊地质地段隧道施工,7掘进时遇有围岩压力过大注意事项围岩压力过大，支撑下沉可能侵入衬砌设计断面时，必须挑顶，并按以下方法处理:拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑后扩；当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板，先灌筑满足设计断面部分的拱圈，待混凝上达到所需设计强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分；挑顶作业(即将隧道顶部提高)，宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。,不良和特殊地质地段隧道施工,8遇有松散、自稳差的围岩，掘进时注意事项对于极松散的未固结围岩、自稳性极差的围岩，当采用先支护后挖法施工时，仍不能开挖成型时，宜先用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以达到提高围岩自稳性的目的。9衬砌出现开裂或下沉时注意事项特殊地质地段隧道衬砌，为防止围岩松胀，岩石压力作用在衬砌结构上，致使衬砌出现开裂，下沉等不良现象，采用模筑衬砌施工时，除应遵守公路隧道施工技术规定(JTG F602009)的有关规定施工外，并应注意下列要求:当拱脚、墙基松散时，灌筑混凝土前应排净基底积水，并采取措施加固基底；,不良和特殊地质地段隧道施工,衬砌混凝上应采用提高标号及掺速凝剂、早强剂或用早强水泥等，以达到提高衬砌的早期承载能力；仰拱施工，应在边墙完成后抓紧进行，或根据需要在初期支护完成后立即施作仰拱，使衬砌结构尽快封闭，构成环形以改善受力状态，确保衬砌结构的长期稳定坚固。10.特殊地质地段隧道施工方案，应由设计，施工主管技术负责人共同研究确定。在监控、量测过程中，发现设计与实际情况不符合时，或地质变异时，施工单位应会同有关方面，如设计、监理、,不良和特殊地质地段隧道施工,各种不良地质隧道的施工,一、膨胀土围岩,膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。所谓的膨胀性围岩是指一些特殊的围岩体，如含蒙脱石、高岭土石等的泥岩、页岩、长石、云母、蛇纹岩等岩石，它们在水的物理化学作用下，体积会发生膨胀。我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一。现已发现有膨胀土发育的地区达20 余个省、市、自治区，遍及西南、西北、东北、长江与黄河中下游及东南沿海地区。其中，主要有：云南、贵州、四川、湖北、安徽、广东、广西、陕西、山西、河南、山东和河北等省区，分布是十分广泛的。,一、膨胀土围岩,（一）膨胀土围岩的特性隧道穿过膨胀土地层，隧道开挖后不久，常常可以见到围岩因开挖而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入，底部鼓起，随着时间的增长导致围岩失稳，支撑、衬砌变形和破坏。这些现象说明膨胀土围岩性质是极其复杂的。它与一般土质的围岩性质有着根本的区别。膨胀土围岩的基本特性，主要有以下三方面：1膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力。当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。,一、膨胀土围岩,2膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。3膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。,一、膨胀土围岩,（二）膨胀土围岩对隧道施工的危害由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使膨胀土的隧道围岩具有普遍开裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象。膨胀土隧道围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点。施工中常见的几种情况，简述如下：1围岩裂缝：隧道开挖后，由于开挖面上土体原始应力释放产生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大。沿围岩周边产生裂缝，尤其在拱部围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。,一、膨胀土围岩,2坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，而产生坑道下沉变形。坑道的下沉，往往造成支撑变形、失效，进而引起土体坍塌等现象。3围岩膨胀突出和坍塌：膨胀土开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀土变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。在土体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。4底鼓：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又无支护体约束的条件下，由于应力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀。因而造成洞底围岩鼓出变形。,一、膨胀土围岩,5衬砌变形和破坏：在先拱后墙法施工中，拱部衬砌完成后至开挖马口的这段时间，由于围岩和膨胀压力，常常产生拱脚内移，同时发生不均匀下沉，拱脚支撑受力大，发生扭曲、变形或折断。拱顶受挤压下沉，也有向上凸起。拱顶外缘经常出现纵向贯通拉裂缝，而拱顶内缘出现挤裂、脱皮、掉块现象。在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可发展到张开、错台。当采用直墙时，边墙常受膨胀侧压而开裂，甚至张开、错台，少数曲墙也有出现水平裂缝的情况。当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出现底部鼓起，铺底被破坏。,一、膨胀土围岩,（三）膨胀土围岩的隧道施工要点1加强调查、量测围岩的压力和流变在膨胀土地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提出的技术要求外，在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探明分布范围及规律，了解水对施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。如原设计难以适应围岩动态情况，也可据此作适当修正。2合理选择施工方法膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因。采用合理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。因此，在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法。,一、膨胀土围岩,如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。开挖方法宜不分部或少分部，多采用正台阶法、侧壁导坑法和“眼镜法”。正台阶法适用于跨度小的隧道，它分部少相互干扰小，且能较早地使支护（衬砌）闭合。侧壁导坑法和“眼镜法”较适用于跨度较大的隧道，它具有防止上半断面支护（衬砌）下沉的优点，但全断面闭合时间较迟，必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤。3防止围岩湿度变化隧道开挖后，膨胀土围岩风干脱水或浸水，都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应。因此，隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩的浸湿等。如局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。,一、膨胀土围岩,4合理进行围岩支护膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性。在施工时应注意以下几点：（1）喷锚支护，稳定围岩喷锚支护作为开挖膨胀土围岩的施工支护，可以加强围岩的自承能力，允许有一定的变形而又不失稳。采用喷锚支护，应紧跟开挖必要时在喷射混凝土的同时，采用钢筋网。也可采用钢纤维混凝土提高喷层的抗拉和抗剪能力。当膨胀压力很大时，可用锚喷及钢架或格栅联合支护，在隧道底部打设锚杆，也可以在隧道顶部打入超前锚杆或小导管支护。采用木支撑或钢木混合支撑时，应加密其间距，支撑与围岩间用木板或钢板和楔子填塞密实。,一、膨胀土围岩,拱圈灌注后，拱脚部位应立即设置足够强度的横撑，以抵挡两侧围岩向内挤压变形。膨胀土围岩隧道的支护，尽可能使其在开挖面周壁上迅速闭合。如果是台阶开挖，可在上半部开挖后尽快作出半部闭合，使围岩尽早受到约束，上导坑与拱部扩大的支撑，应预留足够的沉落量。总之，不论采用哪一种类型的支护，都必须根据工程实际情况及围岩变形状态而定。若采用钢架支撑，钢架支撑宜采用可缩性结构。钢支撑的制作和安装应符合下列规定:钢支撑的可缩接头，应根据位移量确定，可设23个；接头的伸缩量，应根据隧道最大控制位移计算确定，每个接头最大伸缩量不宜大于10cm，可缩接头的滑动阻力，可按钢架支撑承受轴向力的1/2进行计算；,一、膨胀土围岩,当采用钢管制作支撑时，应设灌浆孔；可缩接头收缩合拢后，管内应灌满C15混凝土或10号砂浆；可缩接头处的喷射混凝土应设置纵向伸缩缝，待可缩接头合拢后用喷射混凝土封闭。（2）衬砌结构及早闭合膨胀土围岩隧道开挖后，围岩向内挤压变形一般是在四周同时发生，所以施工时要求隧道衬砌及早封闭。从理论上讲，拱部、边墙及仰拱宜整体完成，衬砌受力条件最好。但受施工条件的限制往往难以实现。因此，在灌筑拱圈部分时，应在上台阶的底部先设置临时混凝土仰拱或喷射混凝土作临时仰拱，以使拱圈在边墙、仰拱未完成前，自身形成临时封闭结构。然后当进行下部台阶施工时，再拆除临时仰拱，并尽快灌筑永久性仰拱。,二、黄土隧道,黄土在我国分布较广，黄河中游的陕西和甘肃省大部分地区，山西南部、河南西部地区为我国黄土和湿陷性黄上的主要分布区。这些地区的黄土地层分布连续、厚度较大，发育较典型。其他在青海、新疆、河北、山东、内蒙古和东北各地亦有所分布。黄土质砂黏土地层土体强度低、垂直裂隙发育、遇水易软化，在地表水的作用下极易冲蚀，有些风积土层具有不同程度的湿陷性。在此种地层中开挖隧道，容易出现坍塌、沉陷，尤其是有地下水出现处，围岩强度大幅度降低不能自稳。,二、黄土隧道,（一）黄土地层对隧道施工的影响1黄土节理影响黄土层常具有各方向的构造节理，有的原生节理呈X 型，成对出现，并有一定延续性，在开挖时容易顺着节理张松或剪断。这种地层位于坑道顶部，极易产生塌顶，位于侧壁，则普遍出现侧壁掉土，处理不当，常会引起较大坍塌。2黄土冲沟的影响当隧道在较长的范围内沿着黄土冲沟或塬边平行走向,而覆土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。,二、黄土隧道,（一）黄土地层对隧道施工的影3黄土溶洞与陷穴的影响黄土溶洞与陷穴是黄土地区经常见到的不良地质现象，隧道修建在其上方，则有基础下沉的危险；若修建在其下方，则有发生冒顶的危险；若隧道修建在其侧邻边，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌结构处于不利的受力状态。4水对黄土隧道的影响黄土受水浸湿后,会呈不同程度的湿陷性,会突然发生下沉现象,使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力,如支护措施满足不了变化后的情况,极易造成坍塌。,二、黄土隧道,（二）黄土地层隧道施工要求1要做好黄土构造节理和分布状况的调查对因构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时重点注意加强支护，防止坍塌。2黄土围岩开挖后不能暴露时间过长暴露时间过长围岩周壁风化至内部，围岩松弛会加快，进而造成塌方。因此宜采用复合式衬砌，在开挖时少扰动，开挖后及时喷射混凝土，并以锚杆、钢筋网和拱架支撑作为初期支护，快速形成严密的支护体系。必要时还可采用超前锚杆、管棚预支护加固围岩。在初期支护基本稳固后，进行永久支护的施工，并要求衬砌背后尤其是拱顶回填要密实。,二、黄土隧道,（二）黄土地层隧道施工要求3做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水侵蚀洞体周围,造成土体坍塌。在含水或地下水量较大的地层中，要做好排水设施，并采用井点降水法将地下水位降至隧道衬砌底部以下，以改善施工条件。4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。在开挖时宜采用短台阶开挖法或分部开挖法(留核心法)。初期支护要紧随开挖面进行，并注意观察开挖面情况，及时紧凑的进行施工。,二、黄土隧道,（三）黄土隧道施工注意事项1.首先，做好洞口、洞门及洞顶的排水系统，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;2.施工中如发现有失稳现象，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。喷射机的压力不宜超过0.2MPa；3.施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面，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。钻锚杆孔时，宜采用干钻；,二、黄土隧道,（三）黄土隧道施工注意事项4.在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，宜加设横向撑梁顶紧；5.锚杆宜采用药包式或早强砂浆式锚杆。若拱部位于砂层时，为防止喷射混凝土层塌落，可用4一6mm的密钢筋网，紧贴开挖面作为固定初喷混凝土层之用；6施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便适应调整工序安排。,三、隧道穿过断层,隧道穿过断层地段，施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系(正交、斜交或平行)。此外，与施工过程中对围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等，均有很大关系。（一）选择合理施工方法在断层带施工，应根据有关施工技术与机具设备条件，进度要求，材料供给等，慎重选择通过断层地段的施工方法。,三、隧道穿过断层,当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，比照松散地层中的超前支护，采用先拱后墙法。墙部的首轮马口，可用挖井法施工，如断层带特别破碎，则二、三轮马口应以扩井法施工，最后挖去核心土，随即筑抑拱。如断层地段出现大量涌水，则宜采取排堵结合的治理措施。（二）施工注意事项1.防排水作业如断层带地下水是由地表水补给时，应在地表设置截排系统引排。对断层承压水，应在每个掘进循环中，向巷道前进方向钻凿不小于2个超前钻孔，其深度宜在4m以上，以探明地下水的情况；,三、隧道穿过断层,随工作面的向前推进挖好排水沟，并根据岩质情况，必要时加以铺砌。如为反坡掘进，则除应准备足够的抽水设备外，并应安排适当的集水坑；坑壁或坑顶有水流出时，应凿眼安置套管集中引排，使其不漫流。2.施工工序通过断层带的各施工工序之间的距离宜尽量缩短，并尽快地使全断面衬砌封闭，以减少岩层的暴露，松动和地压增大；当采用上下导坑，先拱后墙法施工时，其下导坑不宜超前过多，并改用单车道断面，掘进后随即将下导坑予以临时衬砌。上下导坑间的漏斗间距宜加大到10m左右，并全部以框架框紧。,三、隧道穿过断层,3.开挖作业采用爆破法掘进时，应严格掌握炮眼数量、深度及装药量。原则上应尽量减小爆破对围岩的震动；采用分部开挖法时，其下部开挖宜左右两侧交替作业。如遇两侧软硬不同时，应用偏槽法开挖，按先软后硬顺序交错进行。4.支护作业断层地带的支护应宁强勿弱，并应经常检查加固；在断层地带中，开挖面要立即喷射一层混凝土，并架设有足够强度的钢架支撑；,三、隧道穿过断层,当采用分部开挖，袭用以往木支撑时，要注意上导坑和扩大两工序间的支撑倒换工作，并需预留足够的支撑沉落量，防止因倒拆横、纵梁及反挑顶而引起坍方。这种坍方往往处理费事，且对安全威胁很大。此外，当拱圈封顶后应立即设置拱脚卡口梁，并应以木楔切实塞紧。5.衬砌作业(1)衬砌应紧跟开挖面；(2)衬砌断面应尽早封闭。,四、溶洞,溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。岩溶是指可溶性岩层（包括碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐等，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等）受具有溶解能力的水的长期作用而产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。,四、溶洞,当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有时遇到大的水囊和暗河，岩溶水或泥砂夹水会大量涌入隧道，当含水充填物不断涌入坑道时，甚至会发生地表开裂下沉，山体压力剧增；有的溶洞、暗河迂回交错，错综复杂，范围宽广，处理起来十分困难。溶洞类型：一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较容易处理，而活、湿、大的溶洞，处理方法则较为复杂。,四、溶洞,（一）隧道遇到溶洞的处理措施1隧道通过岩溶区应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。,四、溶洞,2隧道穿过岩溶区 如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况，如有变化便于采取相应的措施。如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时，则必须探明地下水量大小、水流方向等，先要解决施工中的排水问题，一般可采用平行导坑的施工方案，以超前钻探方法，向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时，平导可作为泄水通道，正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面，不致正洞停工。,四、溶洞,3常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。引遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，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2-9-1）。当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离处，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低到隧底标高以下，再行引排。当隧道设有平行导坑时，可将水引入平行导坑排出。,四、溶洞,四、溶洞,堵对已停止发育、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；或加深边墙基础，加固隧道底部（图2-9-2）。当隧道拱顶部有空溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或锚喷网加固，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2-9-3）。,喷铺加固与护拱,溶洞填堵,四、溶洞,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2-9-4）。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2-9-5）。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2-9-6）。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2-9-7）。隧道穿过大溶洞，情况较为复杂时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等。,支墙内套设涵管,加深边墙基础,架梁跨过,筑拱跨过,四、溶洞,（4）绕在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。（二）溶洞地段隧道施工的注意事项1施工前应对地表进行详细勘查,注意岩溶状态,根据地质报告估计可能遇到溶洞的施工地段。2了解地表水、出水地点的情况,并对地表水进行必要的处理，以防止地表水下渗；3当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接；,四、溶洞,4 当在下坡地段遇到溶洞时,应准备足够数量的排水设施,具体数量可根据前面探明的溶洞大小来确定；5施工中要注意检查溶洞顶板,及时处理危石。当溶洞较大较高时,应设置施工防护架和钢筋防护网；在溶蚀地段的爆破作业,应尽量做到多打眼、打浅眼,并控制药量,实行弱爆破、短进尺的施工指导方针；7 在溶洞充填体中掘进,如充填物松软,可用超前支护法施工。如充填物极为松散的砾、块石堆积或有水,可于开挖前采取预注浆加固；8处理情况复杂的溶洞,要根据现场具体情况制定安全措施,以确保施工安全。,五、塌方,隧道开挖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。,塌方后的强支护,塌方 冒顶,拱顶塌方,侧面塌方,五、塌方,（一）发生坍方的主要原因 不良地质及水文地质条件 隧道设计考虑不周 施工方法和措施不当 施工组织管理不到位,五、塌方,（二）坍方前的征兆1量测信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值；2喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂；3在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑；4岩层的层理、节理绕或裂隙变大、张开。5支撑粱、柱变形或折断，楔子压扁压劈，填塞木弯曲折断，扒钉受力变形，木支撑发出”僻啪”破裂声。6坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。,五、塌方,（三）预防坍方的施工措施1隧道施工预防坍方，选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法。必须制订出切实可行的施工方案及安全措施。2加强坍方的预测。为了保证施工作业安全，及时发现坍方的可能性及征兆，并根据不同情况采用不同的施工方法及控制坍方的措施，需要在施工阶段进行坍方预测。,五、塌方,预测坍方常用的几种方法：观察法 在掘进工作面采用探孔对地质情况或水文情况进行探察，同时对掘进工作面应进行地质素描，分析判断掘进前方有无可能发生坍方的超前预测。定期和不定期地观察洞内围岩的受力及变形状态；检查支护结构是否发生了较大的变形；观察是否岩层的层理、节理裂隙变大，坑顶或坑壁松动掉块；喷射混凝土是否发生脱落；以及地表是否下沉等。一般量测法按时量测观测点的位移、应力，测得数据进行分析研究，及时发现异常的受力、位移状态及有可能导致坍方的情况。,五、塌方,微地震学测量法和声学测量法前者采用地震测量原理制成的灵敏的专用仪器；后者通过测量岩石的声波分析确定岩石的受力状态，并预测坍方。通过上述预测坍方的方法，发现征兆应高度重视及时分析，采取有力措施处理隐患，防患于未然。3加强初期支护，控制坍方 当开挖出工作面后，应及时有效地完成喷锚支护或喷锚网联合支护，并应考虑采用早强喷射混凝土、早强锚杆和钢支撑支护措施等。这对防止局部坍塌，提高隧道整体稳定性具有重要的作用。,五、塌方,（四）隧道坍方的处理措施1 隧道发生坍方，应及时迅速处理。处理时必须详细观测坍方范围、形状、坍穴的地质构造，查明坍方发生的原因和地下水活动情况，经认真分析，制定处理方案。2 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，首先加固坍体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部，再进行清渣。在确保安全的前提下，也可在坍渣上架设临时支架，稳定顶部，然后清渣。临时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。,五、塌方,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。在查清坍穴规模大小和穴顶位置后，可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩体和渣体，待其基本稳定后，按先上部后下部的顺序清除渣体，采取短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖坍体，并尽快完成衬砌。（图2-10-1）坍方冒顶，在清渣前应支护陷穴口，地层极差时，在陷穴口附近地面打设地表锚杆，洞内可采用管棚支护和钢架支撑。洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的办法。,图2-10-1 大规模坍方处理实例示意图1第一次注浆；2第二次注浆；3第三次注浆；4管棚；5坍线；6坍体；7初期支护；8注浆孔；9混凝土封堵墙,五、塌方,3 处理坍方的同时，应加强防排水工作。坍方往往与地下水活动有关，治坍应先治水。防止地表水渗入坍体或地下，引截地下水防止渗入坍方地段，以免坍方扩大。具体措施：（1）地表沉陷和裂缝，用不透水土壤夯填紧密，开挖截水沟，防止地表水渗入坍体。（2）坍方通顶时，应在陷穴口地表四周挖沟排水，并设雨棚遮盖穴顶。陷穴口回填应高出地面并用粘土或圬工封口，做好排水。（3）坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排出。防止坍方扩大。,五、塌方,4.坍方地段的衬砌，应视坍穴大小和地质情况予以加强。衬砌背后与坍穴洞孔周壁间必须紧密支撑。当坍穴较小时，可用浆砌片石或干砌片石浆坍穴填满；当坍穴较大时，可先用浆砌片石回填一定厚度，其以上空间应采用钢支撑等顶住稳定围岩；特大坍穴应作特殊处理。,五、塌方,坍方段衬砌施工措施：随着坍碴的逐渐清除，衬砌逐段推进，快速成环。最好由坍体的两端对向施工，随即回填密施。如坍方范围的围岩不够稳定，在处理坍方中有继续坍塌的可能时，可在坍方范围内选择适当位置做坍体护拱，以掩护施工操作。护拱上应以碎碴铺填2m厚左右作为缓冲层。如坍体未进行领先注浆加固而采用”穿过”的施工法时，拱脚处的衬砌污工应加宽灌抵开挖轮廓壁(开挖轮廓不过大时)、以便保证拱脚稳固。,五、塌方,坍体回境应做到：坍方清除坍碴后，则供背应先以浆砌片石回填23m厚，其上再用干砌片石回填，回填高度应尽量填满坍方范围，坍体内木支撑应尽量拆除。在坍体的护拱与拱圈间应全部回填密实，坍体护拱以上回填厚度可根据具体情况而定，但不应小于2m。如坍方范围高大，在坍穴内进行回填操作不便时，可选择适当位置另行开凿专供回填用的坑道。如坍方直达地表，除按规定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯实至距地表12m，再用粘土回填至略高于地表并向四周倾斜，周围做好排水沟。,五、塌方,5 采用新奥法施工的隧道或有条件的隧道，坍方后要加设量测点，增加量测频率，根据量测信息及时研究对策。浅埋隧道，要进行地表下沉测量。,六、松散地层,松散地层，结构松散，胶结性弱，稳定性差，在施工中极易发生坍塌。隧道穿过这类地层，应减少对围岩的扰动，一般采取先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，必要时可采用超前注浆改良地层和控制地下水等措施。主要施工方法：（一）超前支护隧道开挖前，先向围岩内打入钎、管、板等构件，用以预先支护围岩，防止坑道掘进时岩体发生坍塌。,六、松散地层,1超前锚杆或超前小钢管概念：爆破前，将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。作用：起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆，以尽早发挥超前支护作用。,六、松散地层,2超前管棚法适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常散软、破碎的土壤，钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时，管棚长度应按地质情况选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度，可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，在其防护下施工。,六、松散地层,（二）超前小导管预注浆概念：超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。作用：它既能将洞周围岩体预加固，又能起超前预支护作用。适用环境：此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵（砾）石层等松散地层施工。,六、松散地层,（三）降水、堵水在松散地层中含水，对隧道施工的危害极大。排除施工部位的地下水，有利于施工。降水、堵水的方法较多，如降水可在洞内或辅助坑道内井点降水。在埋深较浅的隧道中，可用深井泵降水，在洞外地面隧道两侧布点进行。在地下水丰富，而且排水条件或排水费用太高，经过技术、经济比选，可采用注浆堵水措施。注浆堵水又分地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。二者采用哪种方法，应根据隧道埋深、工程地质和水文地质情况；钻孔和压浆设备能力；以及技术、经济、工期等方面进行综合分析后采用。,七、岩爆,概念：埋藏较深的隧道工程，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。岩爆有时频繁出现，有时甚至会延续一段时间后才逐渐消失。,七、岩爆,（一）隧道内岩爆的特点1岩爆在未发生前并无明显的预兆。一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠落。这与塌顶和侧壁坍塌现象有明显的区别。2岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边薄的不规则片状，块度大小多呈几厘米长宽的薄片，个别达几十厘米长宽。严重时，上吨重的岩石从拱部弹落，造成岩爆性坍方。3岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖工作面较远处。岩爆发生的频率随暴露后的时间延长而降低。岩爆发生的时间，一般在16天之内，多在爆破后23h。,七、岩爆,（二）岩爆产生的主要条件国内外的专家研究结果表明，地层的岩性条件和地应力的大小是产生岩爆与否的两个决定性因素。从能量的观点来看，岩爆的形成过程是岩体中的能量从储存到释放直至最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。因此，岩爆是否发生及其表现形式就主要取决于岩体中是否储存了足够的能量，是否具有释放能量的条件及能量释放的方式等。,七、岩爆,（三）岩爆的防治措施在施工中控制和改变围岩的应力状态与岩性条件这两个因素就可能防止或延缓岩爆的发生。因此，防治岩爆发生的措施主要有二：一是强化围岩，二是弱化围岩。强化围岩的措施很多，如喷射混凝土或喷钢纤维混凝土、锚杆加固、锚喷支护、锚喷网联合、钢支撑网喷联合，紧跟混凝土衬砌等。这些措施的出发点是给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态较快地从平面转向三维应力状态，以达到延缓或抑制岩爆发生的目的。,七、岩爆,（三）岩爆的防治措施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。注水的目的是改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。后三者的目的是解除能量，使能量向有利的方向转化和释放。切缝法和排孔法能将能量向深层转移。围岩内的应力，特别是在切缝或排孔附近周边的切向应力显著降低。同时，围岩内所积蓄的弹性应变能也得以大幅度地释放，因而，可有效地防治岩爆。,七、岩爆,（四）岩爆地段隧道施工的注意事项 1.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，为相应地段加强防治，采取必要措施。2.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。爆破应严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。,七、岩爆,（四）岩爆地段隧道施工的注意事项 3.根据岩爆