隧道工程第8章不良地質(zhì)隧道施工

1、1第八章第八章不良地質(zhì)隧道施工28.1 概述概述不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工一般原則：不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工一般原則：盡可能準確掌握不良地質(zhì)情況；盡可能準確掌握不良地質(zhì)情況；制定相應的施工方案及處理措施；制定相應的施工方案及處理措施；及時修正設計，保證施工安全和隧道質(zhì)量及時修正設計，保證施工安全和隧道質(zhì)量38.2 富水斷層破碎圍巖富水斷層破碎圍巖施工總原則：施工總原則： “先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進勤檢查、穩(wěn)步前進”。超前地質(zhì)預報：超前地質(zhì)預報： 預報方法預報方法 預報內(nèi)容預報內(nèi)容 預報方式預報方式鉆孔超前探測；鉆孔超前探

2、測；工程水文地質(zhì)素描；工程水文地質(zhì)素描；物理探測物理探測富水斷層破碎帶位置；富水斷層破碎帶位置；對施工影響；對施工影響；地下水活動地下水活動長期；中期；短期長期；中期；短期4注漿堵水并加固圍巖注漿堵水并加固圍巖 原則：堵截為主，排引為輔；原則：堵截為主，排引為輔；開挖及支護開挖及支護 開挖方法：半斷面法、正臺階預留核心土法、雙開挖方法：半斷面法、正臺階預留核心土法、雙側(cè)壁導坑法側(cè)壁導坑法 開挖手段：非鉆爆開挖和控制爆破開挖手段：非鉆爆開挖和控制爆破58.3膨脹性和擠壓性圍巖膨脹性和擠壓性圍巖組成：組成： 土中粘土成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成。土中粘土成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成。特點：

3、特點： 質(zhì)軟，強度低；質(zhì)軟，強度低； 自由膨脹率高；自由膨脹率高； 空隙率大；空隙率大； 易風化，崩解性強；易風化，崩解性強； 膨脹壓力大膨脹壓力大6膨脹形圍巖隧道變形特點：膨脹形圍巖隧道變形特點： 明顯的塑性流變特性，開挖后塑性變形大。明顯的塑性流變特性，開挖后塑性變形大。 初期圍巖變形大，且變形發(fā)展速度快。初期圍巖變形大，且變形發(fā)展速度快。 膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。膨脹巖的判別與分級膨脹巖的判別與分級(1)(1)間接反應巖石膨脹指標：礦物成分、顆粒含量、間接反應巖石膨脹指標：礦物成分、顆粒含量、陽離子交換量、干燥飽和吸水率。陽離子交換量、干燥飽和吸水

4、率。(2)(2)直接反應巖石膨脹指標及不同荷載下的膨脹率大直接反應巖石膨脹指標及不同荷載下的膨脹率大小小7膨脹巖的判定，兩個階段：膨脹巖的判定，兩個階段： 定性定性階段階段 初步野外地質(zhì)性質(zhì)目的：判定是否是膨脹巖石初步野外地質(zhì)性質(zhì)目的：判定是否是膨脹巖石 定量定量階段階段 詳細判定目的：在初步確定是膨脹巖石的基礎上，詳細判定目的：在初步確定是膨脹巖石的基礎上，進行室內(nèi)測試，作進一步的量化判別與分類。進行室內(nèi)測試，作進一步的量化判別與分類。 分別按照表分別按照表8-3-1、8-3-2進行判別與分類進行判別與分類88.3.2 8.3.2 膨脹土圍巖對隧道施工的危害膨脹土圍巖對隧道施工的危害 圍巖裂

5、縫圍巖裂縫 隧道下沉隧道下沉 圍巖鼓出圍巖鼓出( (包括底鼓包括底鼓) )、坍塌、坍塌 襯砌變形和破壞襯砌變形和破壞9圍巖強度應力比：圍巖強度應力比：Rb/s smax8.3.3 高地應力作用下的軟巖高地應力作用下的軟巖概念：高地應力是相對概念，相對于圍巖強度而言，也就是說，當圍巖內(nèi)部的最大地應力與圍巖強度的比值到一個水平時，稱為高地應力10高地應力擠壓性圍巖的變形特點高地應力擠壓性圍巖的變形特點變形量大；變形量大；變形速度高；變形速度高；變形持續(xù)時間長變形持續(xù)時間長118.3.4膨脹、擠壓型隧道膨脹、擠壓型隧道設計理念設計理念柔性結(jié)構(gòu)設計柔性結(jié)構(gòu)設計先行導坑法先行導坑法多重支護法多重支護法可

6、縮式支護法可縮式支護法分段綜合控制法分段綜合控制法剛性結(jié)構(gòu)設計剛性結(jié)構(gòu)設計大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)大范圍圍巖加固法大范圍圍巖加固法128.3.5施工要點施工要點 加強觀查與量測；加強觀查與量測； 合理選擇施工方法；合理選擇施工方法；(3)(3)防止圍巖濕度變化；防止圍巖濕度變化；(4)(4)合理進行圍巖支護；合理進行圍巖支護；(5)(5)適時襯砌，控制變形適時襯砌，控制變形138.4 黃土黃土1. 1.黃土分類及其對隧道施工的影響黃土分類及其對隧道施工的影響 黃土節(jié)理黃土節(jié)理在隧道開挖時，土體順著節(jié)理張松或剪斷。在隧道開挖時，土體順著節(jié)理張松或剪斷。隧道頂部極易產(chǎn)生隧道頂部極易

7、產(chǎn)生“塌頂塌頂”；側(cè)壁普遍出現(xiàn)掉土。側(cè)壁普遍出現(xiàn)掉土。14 黃土沖溝地段黃土沖溝地段隧道沿黃土沖溝或隧道沿黃土沖溝或塬邊塬邊( (四邊陡、頂上平的黃土高四邊陡、頂上平的黃土高地地) )地段穿過，且覆蓋較薄或偏壓較大時，容易發(fā)生地段穿過，且覆蓋較薄或偏壓較大時，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。 黃土溶洞與陷穴黃土溶洞與陷穴 這是黃土地區(qū)經(jīng)常見到的現(xiàn)象。這是黃土地區(qū)經(jīng)常見到的現(xiàn)象。隧道若在其上方，則有基礎下沉的危害；隧道若在其上方，則有基礎下沉的危害；隧道若在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU；隧道若在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU；隧道若在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。隧道若在其鄰側(cè)，則有可

8、能承受偏壓。15 水對黃土隧道施工的影響水對黃土隧道施工的影響黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。利進行。當土受水浸濕后則呈不同程度的濕陷性，會突然當土受水浸濕后則呈不同程度的濕陷性，會突然發(fā)生下沉現(xiàn)象，極容易造成隧道坍塌。發(fā)生下沉現(xiàn)象，極容易造成隧道坍塌。162. 2.黃土隧道的施工方法黃土隧道的施工方法施工原則：施工原則： “短開挖、少擾動、強支護、實回填、短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測嚴治水、勤量測”。開挖方法：開挖方法：短、超短臺階法、環(huán)形開挖留核心法。短、超短臺階法、環(huán)形開挖留核心法。178.5溶洞溶洞巖溶：巖溶

9、：可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等，在可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等，在水的作用下產(chǎn)生溝槽、空洞以及地表陷穴等現(xiàn)象。水的作用下產(chǎn)生溝槽、空洞以及地表陷穴等現(xiàn)象。溶洞：溶洞：溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。1. 1. 溶洞的類型及其對隧道施工的影響溶洞的類型及其對隧道施工的影響溶洞類型：溶洞類型：死、干、小型溶洞：較容易處理死、干、小型溶洞：較容易處理活、濕、大型溶洞：較難處理?；?、濕、大型溶洞：較難處理。 18對隧道施工影響：對隧道施工影響：溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌；溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌；溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于

10、處理；基底難于處理；溶洞涌泥危及施工。溶洞涌泥危及施工。2. 2. 隧道遇到溶洞時的工程對策隧道遇到溶洞時的工程對策處理溶洞的方法：處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞引、堵、越、繞”四種。四種。19 引引注意：注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。方法：方法：暗管、涵管或小橋等暗管、涵管或小橋等。圖6-20 溶洞堵填示意圖干砌片石片石、碎石回填密實圖6-21 錨噴加固與護拱示意圖混凝土填實漿砌片石漿砌片石漿砌片石或混凝土護拱錨桿水流隧道漿砌片石暗管，涵洞或小橋圖6-19 渲泄水流示意圖20 堵堵對象：對象：已停止發(fā)育、跨已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞。徑

11、較小，無水的溶洞。方法：方法：混凝土、漿砌或干砌片混凝土、漿砌或干砌片石回填封閉石回填封閉；隧頂溶洞，錨噴加固，隧頂溶洞，錨噴加固，必要時注漿加固與堵水，必要時注漿加固與堵水，并加設隧道護拱及拱頂回并加設隧道護拱及拱頂回填填。圖6-20 溶洞堵填示意圖干砌片石片石、碎石回填密實圖6-21 錨噴加固與護拱示意圖混凝土填實漿砌片石漿砌片石漿砌片石或混凝土護拱錨桿水流隧道漿砌片石暗管，涵洞或小橋圖6-19 渲泄水流示意圖21 越越現(xiàn)象現(xiàn)象1 1： 隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞。隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞。 方法：方法：加深該側(cè)的邊墻基礎。加深該側(cè)的邊墻基礎?；炷凉肮盎A溶洞圖6-24 筑拱跨越溶

12、洞示意圖漿砌片石承重墻涵管漿砌片石水流圖6-23 在承重墻內(nèi)套設涵管示意圖漿砌片石圖6-22 加深邊墻基礎示意圖混凝土墻基22 越越現(xiàn)象現(xiàn)象2 2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。隧道底部遇有較大溶洞并有流水。 方法：方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，承重墻內(nèi)套設涵管引排溶洞水。承重墻內(nèi)套設涵管引排溶洞水?；炷凉肮盎A溶洞圖6-24 筑拱跨越溶洞示意圖漿砌片石承重墻涵管漿砌片石水流圖6-23 在承重墻內(nèi)套設涵管示意圖漿砌片石圖6-22 加深邊墻基礎示意圖混凝土墻基23 越越現(xiàn)象現(xiàn)象3 3：隧道過墻部位遇到較大、較深的溶洞，加隧道過墻部位遇到較大、較深

13、的溶洞，加深邊墻基礎困難。深邊墻基礎困難。 方法：方法：在邊墻下或隧底以下筑拱跨過。在邊墻下或隧底以下筑拱跨過。 混凝土拱拱基礎溶洞圖6-24 筑拱跨越溶洞示意圖漿砌片石承重墻涵管漿砌片石水流圖6-23 在承重墻內(nèi)套設涵管示意圖漿砌片石圖6-22 加深邊墻基礎示意圖混凝土墻基24 繞繞若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續(xù)隧道前方的施工續(xù)隧道前方的施工, ,同時處理溶洞。同時處理溶洞。3. 3. 溶洞地段施工的注意事項溶洞地段施工的注意事項 多作物探超前預報，如地質(zhì)雷達。多作物探超前預報，如地質(zhì)雷達。 穿過溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石。穿過

14、溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石。 嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。25268.6巖爆巖爆巖爆：巖爆：巖體中聚集的高彈性應變能因隧道開挖而巖體中聚集的高彈性應變能因隧道開挖而發(fā)生的一種應力突發(fā)現(xiàn)象。發(fā)生的一種應力突發(fā)現(xiàn)象。巖爆形成的兩個條件：巖爆形成的兩個條件：(1)(1)地層的巖性條件。地層的巖性條件。結(jié)構(gòu)基本完整的脆硬巖地層。結(jié)構(gòu)基本完整的脆硬巖地層。多見于石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃多見于石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃長巖、大理巖、片麻巖等。長巖、大理巖、片麻巖等。(2)(2)地應力條件。地應力條件。埋深大的隧道，因只有埋深大才

15、足埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地應力，埋深超過以形成高地應力，埋深超過700m700m的隧道發(fā)生巖爆的的隧道發(fā)生巖爆的情況居多。情況居多。271. 1.隧道內(nèi)巖爆的特點隧道內(nèi)巖爆的特點巖爆在發(fā)生前并無明顯預兆，總是突然發(fā)生。巖爆在發(fā)生前并無明顯預兆，總是突然發(fā)生。巖爆時，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到巖爆時，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到幾十厘米不等，甚至上噸重巖石從拱部彈落。幾十厘米不等，甚至上噸重巖石從拱部彈落。巖爆多發(fā)生在新開挖工作面及其附近。巖爆多發(fā)生在新開挖工作面及其附近。危險性：危險性： 傷害人員、損壞機械！傷害人員、損壞機械！282. 2. 巖爆的防治措施巖爆的

16、防治措施 強化圍巖強化圍巖出發(fā)點：出發(fā)點：給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應力狀態(tài)從平面給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應力狀態(tài)從平面轉(zhuǎn)向三維。轉(zhuǎn)向三維。方法：方法：錨噴加固、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合、注漿等。錨噴加固、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合、注漿等。 弱化圍巖弱化圍巖方法：方法：往巖層中注水：可改變巖石的物理力學性質(zhì)，降低巖石的往巖層中注水：可改變巖石的物理力學性質(zhì)，降低巖石的脆性和儲存能量的能力。脆性和儲存能量的能力。解除圍巖中的高地應力：預裂爆破、排孔法、切縫法等。解除圍巖中的高地應力：預裂爆破、排孔法、切縫法等?？上麥p圍巖中的能量?？上麥p圍巖中的能量。 293. 3. 施工注意事項施

17、工注意事項 超前地質(zhì)預報：超前地質(zhì)預報：平導超前、地質(zhì)雷達等。平導超前、地質(zhì)雷達等。 爆破方法：爆破方法：盡量采用能預先釋放地應力的方法，盡量采用能預先釋放地應力的方法，如預裂爆破、切縫法等。如預裂爆破、切縫法等。 縮短爆破進尺：縮短爆破進尺：要盡快閉合支護。要盡快閉合支護。30318.7 煤系地層煤系地層1. 1. 瓦斯的基本性質(zhì)瓦斯的基本性質(zhì) 地下坑道有害氣體的總稱，主要成分甲烷，少量地下坑道有害氣體的總稱，主要成分甲烷，少量氫氣及硫化氫等；氫氣及硫化氫等；無色、無臭、無味的氣體，極易使人窒息死亡。無色、無臭、無味的氣體，極易使人窒息死亡。比重僅為空氣的一半，擴散速度比空氣大比重僅為空氣的

18、一半，擴散速度比空氣大1.61.6倍，倍，很容易透過圍巖裂隙滲入隧道很容易透過圍巖裂隙滲入隧道不能自燃，但極易燃燒。不能自燃，但極易燃燒。322. 瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯的燃燒和爆炸性濃度小于濃度小于5%遇火源時，瓦斯只在火源附近燃燒而遇火源時，瓦斯只在火源附近燃燒而不爆炸；不爆炸；濃度在濃度在5%6%到到14%16%時，遇到火源具有時，遇到火源具有爆炸性；爆炸性；濃度大于濃度大于14%16%時，遇火能平靜地燃燒時，遇火能平靜地燃燒,一般一般不爆炸；不爆炸；瓦斯燃燒時，一旦遇到障礙而受壓縮，就會形成瓦斯燃燒時，一旦遇到障礙而受壓縮，就會形成爆炸。爆炸。333. 3. 瓦斯釋放的方式瓦斯釋放的方式(1) (1) 瓦斯的滲出：瓦斯的滲出：緩慢地、均勻地、不停地從煤系巖緩慢地、均勻地、不停地從煤系巖層的暴露面或裂隙中滲出。層的暴露面或裂隙中滲出。(2) (2) 瓦斯的噴出：瓦斯的噴出：比滲出強烈，通常有較大的響聲和比滲出強烈，通常有較大的響聲和壓力。壓力。(3) (3) 瓦斯的突出：瓦斯的突出：在短時間內(nèi)，突然噴出大量瓦斯，在短時間內(nèi)，突然噴出大量瓦斯，有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。以以第第(1)(1)種種放出的瓦斯量為最大，因