秋第8章不良地質(zhì)隧道施工PPT演示課件

1、1,隧道工程,主講教師：曹志軍,2,第八章 不良地質(zhì)隧道施工,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r,第三節(jié) 膨脹性和擠壓性圍巖,第四節(jié) 黃土地質(zhì),第五節(jié) 巖溶地質(zhì),第六節(jié) 高地應(yīng)力硬巖（巖爆）地質(zhì),第七節(jié) 煤系地層,第八節(jié) 隧道施工坍方處理措施,第九節(jié) 高地溫,3,第八章 不良地質(zhì)隧道施工,思考題 1、不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工的一般原則是什么？ 2、特殊地質(zhì)地段隧道施工指導(dǎo)原則是什么？ 3、簡述常見不良地質(zhì)的類型及其隧道施工易出現(xiàn)的安全和質(zhì)量問題。 4、簡述富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r隧道施工要點(diǎn)。 5、簡述膨脹性和擠壓性圍巖對隧道施工的危害、設(shè)計(jì)及其施工要點(diǎn)。 6、簡述黃土地層、煤系地層、巖溶地質(zhì)和

2、高地應(yīng)力硬巖隧道的施工要點(diǎn)。,4,第一節(jié) 概述,在特殊地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道施工時，應(yīng)充分調(diào)查、掌握并認(rèn)識不良地質(zhì)條件的特殊性，采取恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê陀行У姆婪洞胧?1、我國不良地質(zhì)隧道施工水平,2、世界不良地質(zhì)隧道施工發(fā)展現(xiàn)狀,3、不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工的一般原則,4、施工時注意事項(xiàng),5,3、不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工的一般原則,(1)充分利用各種手段和方法，盡可能準(zhǔn)確掌握不良地質(zhì)情況。 (2)根據(jù)掌握的不良地質(zhì)情況，制定相應(yīng)的施工方案及處理措施。 (3)隨著施工揭露地質(zhì)，并根據(jù)施工安全性和支護(hù)措施的效果，及時修正設(shè)計(jì)，保證施工安全和隧道質(zhì)量。,6,4、施工時注意事項(xiàng),（1)施工前應(yīng)對設(shè)計(jì)所

3、提供的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析了解，深入細(xì)致地作施工調(diào)查，制訂相應(yīng)的施工方法和措施，備足有關(guān)機(jī)具材料，認(rèn)真編制和實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)，使工程達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。反之，即便地質(zhì)并非不良，也會因準(zhǔn)備不足、施工方法不當(dāng)或措施不力導(dǎo)致施工事故，延誤施工進(jìn)度。,(2)特殊地質(zhì)地段隧道施工，以“先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”為指導(dǎo)原則。 隧道選擇施工方法（包括開挖及支護(hù)）時，應(yīng)以安全為前提，綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機(jī)械裝備、工期和經(jīng)濟(jì)的可行性等因素而定。 同時應(yīng)考慮圍巖變化時施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成工程失

4、誤和增加投資。 瓦斯地層應(yīng)特別采取有效措施，防止瓦斯爆炸或燃燒。,7,(4)隧道通過自穩(wěn)時間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴(yán)重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時，為保證洞體穩(wěn)定可采甩超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預(yù)加固地層和圍巖預(yù)往漿等輔助施工措施，對地層進(jìn)行預(yù)加固、超前支護(hù)或止水。,(3)隧道開挖方式，無論是采用鉆爆開挖法、機(jī)械開挖法，還是采用人工和機(jī)械混合開挖法，應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全等條件合理選用。如用鉆爆法施工時，光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)，既能使開挖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，又能減少對圍巖的擾動破壞。爆破應(yīng)嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，如遇地質(zhì)變化應(yīng)及時修

5、改完善設(shè)計(jì)。,(5)采用新奧法施工的隧道，為了掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，以及確定施工工序，保證施工安全，應(yīng)實(shí)施現(xiàn)場監(jiān)控量測，充分利用監(jiān)控量測指導(dǎo)施工。對軟巖淺埋隧道需進(jìn)行地表下沉觀測，這對及時預(yù)報(bào)洞體穩(wěn)定狀態(tài)，修正施工都十分重要。,4、施工時注意事項(xiàng),8,（6)特殊地質(zhì)地段隧道，除大面積淋水地段、流砂地段，穿過未膠結(jié)松散地層和嚴(yán)寒地區(qū)的凍脹地層等，施工時應(yīng)采取相應(yīng)的措施外，均可采用錨噴支護(hù)施工。 爆破后如開挖工作面有坍塌可能時，應(yīng)在清除危石后及時噴射混凝士護(hù)面。如圍巖自穩(wěn)性很差，開挖難以成形，可沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線預(yù)打設(shè)超前錨桿。錨噴支護(hù)后仍不能提供足夠的支護(hù)能力時，應(yīng)及早裝設(shè)鋼架

6、支撐加強(qiáng)支護(hù)。,(7)當(dāng)采用構(gòu)件支撐作臨時支護(hù)時，支撐要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。圍巖出現(xiàn)底部壓力，產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時應(yīng)加設(shè)底梁。當(dāng)圍巖極為松軟破碎時，應(yīng)采用先護(hù)后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。根據(jù)現(xiàn)場條件，可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護(hù)，形成聯(lián)合支撐。支撐作業(yè)應(yīng)迅速、及時，以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。,4、施工時注意事項(xiàng),9,(9)對于極松散的未固結(jié)圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖，當(dāng)采用先護(hù)后挖法仍不能開挖成形時，宜采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液的方法，以固結(jié)圍巖，提高其自穩(wěn)性。,4、施工時注意事項(xiàng),(8）圍巖壓力過大，支撐受力下沉侵入襯砌設(shè)計(jì)斷面，必須挑頂。 將隧道頂部提高時，其處

7、理方法是：拱部擴(kuò)挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)先挑頂后擴(kuò)挖。當(dāng)擴(kuò)挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計(jì)斷面部分的拱圈，在混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度并加強(qiáng)拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護(hù)后挖。,10,（10)特殊地質(zhì)地段隧道襯砌，為防止圍巖松弛，地壓力作用在襯砌結(jié)構(gòu)上，致使襯砌出現(xiàn)開裂、下沉等不良現(xiàn)象，在采用模筑襯砌施工時，除遵守隧道施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定施工外，還應(yīng)注意：當(dāng)拱腳、墻基松軟時，灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。 襯砌混凝土應(yīng)采用高標(biāo)號或早強(qiáng)水泥，提高混凝土等級，或采用摻速凝劑、早強(qiáng)劑等措施，提高襯砌的早期承載能力。 仰拱施工，應(yīng)在邊墻完成后抓緊進(jìn)行，或根據(jù)需要在初期支護(hù)完成

8、后立即施作仰拱，使襯砌結(jié)構(gòu)盡早封閉，構(gòu)成環(huán)形改善受力狀態(tài)，以確保襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定堅(jiān)固。,4、施工時注意事項(xiàng),11,第二節(jié) 富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r,一、概述,二、加強(qiáng)調(diào)查 超前地質(zhì)預(yù)報(bào),三、因地制宜，綜合治水 注漿堵水、降水并加固圍巖,四、先護(hù)后挖，加強(qiáng)支護(hù) 開挖及支護(hù),12,第三節(jié) 膨脹性和擠壓性圍巖,膨脹巖是指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性，且具有濕脹干縮往復(fù)變形的高塑性粘性土。,一、膨脹性圍巖的基本特征與分級,*二、膨脹性圍巖對隧道施工的危害,三、高地應(yīng)力作用下的軟巖,*四、膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì),*五、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工,13,四、膨

9、脹性圍巖隧道設(shè)計(jì),（一）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)理念,（二）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容,（三）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)實(shí)例,14,（一）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)理念,1、柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2、剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（1）先行導(dǎo)坑法,（2）多重支護(hù)法,（3）可縮式支護(hù)法,（4）分階段綜合控制法,（1）大剛度支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)法,（2）大范圍圍巖加固法,15,（二）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容,1荷載的確定,2隧道斷面形式,3隧道支護(hù)形式與參數(shù),4預(yù)留變形量,5防排水,520cm,圓形、橢圓形和馬蹄形，仰拱應(yīng)與支護(hù)襯砌等厚,可縮性支護(hù)、可拆換支護(hù)與增補(bǔ)支護(hù),設(shè)計(jì)時，應(yīng)先核準(zhǔn)其工程特性，然后采用以工程類比法為主的方法，確定支護(hù)與襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)

10、，施工中通過監(jiān)控量測加以修改。,16,（三）膨脹性圍巖隧道設(shè)計(jì)實(shí)例,(1)活動性斷層高地應(yīng)力區(qū)段,17,(2)嶺脊高地應(yīng)力軟巖區(qū)段,18,19,五、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工,（四）合理進(jìn)行圍巖支護(hù),（三）防止圍巖濕度變化,（二）合理選擇施工方法,（一）加強(qiáng)調(diào)查、量測圍巖的壓力和流變特性,（五）適時襯砌控制變形,20,第四節(jié) 黃土地質(zhì),一、黃土分類及其對隧道工程的影響,*二、黃土隧道的施工,（一）黃土分類,*（二）黃土地層對隧道工程的影響,（一）黃土隧道的施工方法,（二）黃土隧道施工注意事項(xiàng),21,（一）黃土隧道的施工方法,（1）在黃土隧道中施工時，應(yīng)做好黃土構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀與分布的調(diào)查。對因構(gòu)

11、造節(jié)理切割而形成的不穩(wěn)定部位，在施工時應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施，防止坍塌，以策安全施工。 （2）施工中應(yīng)遵循“短開挖、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測”的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。 （3）開挖方法宜采用短臺階法或分部開挖法（預(yù)留核心土法），初期支護(hù)應(yīng)緊跟開挖面施作。 （4）黃土圍巖開挖后若暴露時間過長，圍巖風(fēng)化至內(nèi)部時，圍巖體松弛加快，進(jìn)而發(fā)生坍方。因此，宜采用復(fù)合式襯砌，開挖時應(yīng)少擾動，開挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐作初期支護(hù)，以形成嚴(yán)密的支護(hù)體系。必要時可采用超前錨桿、管棚支護(hù)加固圍巖。在初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，進(jìn)行永久支護(hù)襯砌。襯砌背后尤其是拱頂回填要密實(shí)。 （5）做好洞頂

12、、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。在含有地下水的黃土層中施工時，洞內(nèi)應(yīng)作好排水設(shè)施。水量較大時應(yīng)采用井點(diǎn)降水等方法將地下水位降至隧道襯砌底部以下，以改善施工條件，加快施工速度。在干燥無水的黃土層中施工時，應(yīng)管理好施工用水，不使廢水漫流。,22,（二）黃土隧道施工注意事項(xiàng),(1)施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)及時用噴射混凝土封閉、加設(shè)錨桿、架立鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)。試驗(yàn)表明，在黃土隧道中噴射混凝土和砂漿錨桿作為施工臨時支護(hù)效果良好。 (2)施工時特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應(yīng)用漿砌片石回填，如發(fā)現(xiàn)該處土體承載力不夠，應(yīng)立即采取相

13、應(yīng)措施進(jìn)行加固。 (3)黃土隧道施工，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱時、在開挖與灌筑仰拱前，為防止邊墻向內(nèi)位移，應(yīng)加設(shè)橫撐。 (4)施工中如發(fā)現(xiàn)不安全因素時，應(yīng)暫停開挖，加強(qiáng)臨時支護(hù)，以便采取適應(yīng)性的工序安排。,23,第五節(jié) 巖溶地質(zhì),巖溶是指可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、石膏、巖鹽等碳酸鹽，受水的化學(xué)和機(jī)械作用產(chǎn)生溝槽、裂縫和空洞以及由于空洞的頂部塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等類現(xiàn)象和作用。,*一、溶洞的類型及對隧道施工的影響,*二、隧道遇到溶洞的處理原則與措施,三、溶洞地段隧道施工的注意事項(xiàng),四、工程實(shí)例南嶺隧道,24,一、溶洞的類型及對隧道施工的影響,1.溶洞的工程特點(diǎn),（1）突發(fā)

14、性 （2）高壓性 （3）富水性,2.溶洞的類型,溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易處理，而活、濕、大的溶洞，處理方法則較為復(fù)雜。,3溶洞對隧道工程的影響,當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時遇到填滿飽含水分的充填物溶洞，當(dāng)坑道掘進(jìn)至其邊緣時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯，分支錯綜復(fù)雜，范圍寬廣，處理十分困難。 巖溶對隧道工程的影響主要有四個方面：洞害、水害、洞穴充填物及坍

15、塌、洞頂?shù)乇沓料莸取?25,第六節(jié) 高地應(yīng)力硬巖（巖爆）地質(zhì),埋深較深的隧道工程，在高應(yīng)力、脆性巖體中，由于施工爆破擾動原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體突然釋放出潛能，產(chǎn)生脆性破壞，這時圍巖表面發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來，這種現(xiàn)象稱之巖爆。,一、隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn),二、巖爆產(chǎn)生的主要條件,*三、巖爆的防治措施,強(qiáng)化圍巖,弱化圍巖,四、巖爆地段隧道施工的注意事項(xiàng),五、工程實(shí)例秦嶺隧道線,26,第七節(jié) 煤系地層,一、瓦斯的性質(zhì),二、瓦斯的燃燒和爆炸性,三、瓦斯放出的類型,*四、防止瓦斯事故的措施,五、嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)制度,27,第八節(jié) 隧道施工坍方處理措施,一、發(fā)生坍方的主要

16、原因,二、預(yù)防坍方的施工措施,三、隧道坍方的處理措施,28,二、預(yù)防坍方的施工措施,(1)選擇安全合理的施工方法和措施至關(guān)重要。,(2) 及時發(fā)現(xiàn)坍方的可能性及征兆，是預(yù)測坍方的重要手段。,觀察法。,一般量測法,微地震學(xué)測量法和聲學(xué)測量法,(3）加強(qiáng)初期支護(hù)，控制坍方,29,三、隧道坍方的處理措施,(1)隧道發(fā)生坍方，應(yīng)及時處理。處理時必須詳細(xì)觀測坍方范圍、形狀、坍穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明坍方發(fā)生的原因和地下水活動情況，經(jīng)認(rèn)真分析，制定處理方案。 (2)處理坍方時應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。可按下列方法進(jìn)行處理： 小坍方?？v向延伸不長、坍穴不高時，首先加固坍體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土或采用錨

17、噴聯(lián)合支護(hù)封閉坍穴頂部和側(cè)部，再進(jìn)行清理。在確保安全的前提下，也可在坍碴上架設(shè)臨時支架，穩(wěn)定頂部，然后清理。臨時支架待灌筑襯砌混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后方可拆除。,30,大坍方。坍穴高、坍碴數(shù)量大，坍碴體完全堵住洞身時，宜采取先護(hù)后挖的方法。在查清坍穴規(guī)模大小和穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖體和碴體，待其基本穩(wěn)定后，按先上部后下部的順序清除碴體，采取短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉的原則挖坍體，并盡快完成襯砌（圖7-8-1）。,31,坍方冒頂。在清碴前應(yīng)支護(hù)陷穴口，地層極差時，在陷穴口附近地面打設(shè)地面錨桿，洞內(nèi)可采用管棚支護(hù)和鋼架支撐。 洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的辦法。 (3）處

18、理坍方的同時，應(yīng)加強(qiáng)防排水工作。坍方往往與地下水活動有關(guān)，治坍應(yīng)先治水。防止地表水滲入坍體或地下，引截地下水，防止?jié)B入坍方地段，以免坍方擴(kuò)大。具體措施有： 對地表沉陷和裂縫，用不透水土壤夯填緊密，開挖截水溝，防止地表水滲入坍體。 坍方通頂時，應(yīng)在陷穴口地表四周挖溝排水，并設(shè)雨棚遮蓋穴頂。陷穴口回填應(yīng)高出地面并用粘土或圬工封口，做好排水。 坍體內(nèi)有地下水活動時，用管槽引至排水溝排出，防止坍方擴(kuò)大。,32,(4)坍方地段的襯砌，應(yīng)視坍穴大小和地質(zhì)情況予以加強(qiáng)。襯砌背后與坍穴洞孔周壁間必須緊密支撐。當(dāng)坍穴較小時，可用漿砌片石或干砌片石將坍穴填滿；當(dāng)坍穴較大時，可先用漿砌片石回填一定厚度，其以上空間應(yīng)

19、采用鋼支撐等頂住穩(wěn)定圍巖；特大坍穴應(yīng)作特殊處理。 (5）采用新奧法施工的隧道或有條件的隧道，坍方后要加設(shè)量測點(diǎn)，增加量測頻率，根據(jù)量測信息及時研究對策。淺埋隧道，要進(jìn)行地表下沉量測。,33,第九節(jié) 高地溫,一、高地溫的熱源,二、高地溫地段隧道施工的措施,34,（1)火山的熱源,(2)放射性元素的裂變熱的熱源,地球的地幔對流,一、高地溫的熱源,35,二、高地溫地段隧道施工的措施,(1)為保證隧道施工人員進(jìn)行正常的安全生產(chǎn)，我國有關(guān)部門對隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定。如鐵道部規(guī)定，隧道內(nèi)氣溫不得超過28；交通部規(guī)定，隧道內(nèi)氣溫不宜高于30.國外的資料介紹，日本規(guī)定隧道內(nèi)溫度低于37 . (2

20、)為達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在施工中一般采取通風(fēng)和灑水及通風(fēng)與灑水相結(jié)合的措施。地溫較高時，可采用大型通風(fēng)設(shè)備予以降溫。地溫很高時，在正洞開挖工作面前方的一段距離，利用平導(dǎo)超前鉆探，如有熱水涌出，可在平導(dǎo)內(nèi)增建降水、排水設(shè)施和排水鉆孔，以降低正洞的水位。如正洞施工中仍有熱水涌出時，、可采用水玻璃水泥系藥液注漿，以發(fā)揮截水及穩(wěn)定圍巖的作用。,36,二、高地溫地段隧道施工的措施,(3)高溫地段的襯砌混凝土：在高溫（如70 高溫）的巖體及噴混凝土上澆筑二次襯砌混凝土?xí)r，即使厚度再薄，水化熱也不易逸出。由于混凝土里面和表面的溫差，在早齡期有可能存在裂縫。因此，對二次混凝土襯砌防止裂縫，應(yīng)采取下述措施： 為了防止高溫時的強(qiáng)度降低，應(yīng)選定合適的水灰比，并考慮到對溫泉水的耐久性，宜采用高爐礦渣水泥（分離粉碎型水泥）?；炷僚浜媳群蛽胶蟿?yīng)做試驗(yàn)優(yōu)選。 在防水板和混凝土襯砌之間設(shè)置隔熱材料，可隔斷從巖體傳播來的熱量，使混凝