第4章-特殊地質(zhì)地段的隧道施工-《隧道工程施工》教學(xué)課件

第4章特殊地質(zhì)地段的隧道施工4.3黃土地段隧道施工4.1特殊地質(zhì)地段隧道施工概述4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.6巖爆地段隧道施工4.7高地溫地段隧道施工4.8瓦斯地層隧道施工4.4溶洞地段隧道施工4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.9隧道施工塌方處理初步認(rèn)識特殊地質(zhì)地段隧道的施工方法。具備確定黃土、溶洞、巖爆等地段隧道施工方案的能力。具備對隧道塌方進行預(yù)防與及時處理的能力。

知識目標(biāo)第4章特殊地質(zhì)地段的隧道施工4.1特殊地質(zhì)地段隧道施工概述在修建隧道的過程中常會遇到一些不利于施工的特殊地質(zhì)地段。在開挖、支護和襯砌過程中，受到各種因素的影響都可能發(fā)生土石坍塌、坑道支撐變形、襯砌結(jié)構(gòu)斷裂，這些都將嚴(yán)重影響施工的進度、安全和質(zhì)量。4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.1膨脹土圍巖的特性基本特性1.塑性流變特性2.高強度特性3.脹縮特性4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.2膨脹土圍巖對隧道施工的危害1.圍巖裂縫2.坑道下沉3.圍巖膨脹突出和坍塌4.底鼓5.襯砌變形和破壞4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.3膨脹土圍巖隧道的施工要點1.加強調(diào)查、量測圍巖的壓力和流變2.合理選擇施工方法3.防止圍巖濕度變化4.合理進行圍巖支護4.3黃土地段隧道施工4.3.1黃土地層對隧道施工的影響1.黃土節(jié)理的影響如果這種地層位于坑道頂部，則極易產(chǎn)生“塌頂”；若位于側(cè)壁，則會普遍出現(xiàn)側(cè)壁掉土；若施工時處理不當(dāng)，則常會引起較大的坍塌。4.3黃土地段隧道施工2.黃土沖溝地段對施工的影響在黃土沖溝、塘邊地段隧道施工，易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。3.黃土溶洞與陷穴的影響隧道若修建在其上方，則會有基礎(chǔ)下沉的危險；若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU；若修建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。4.3黃土地段隧道施工4.水對黃土隧道施工的影響當(dāng)其受水浸濕、呈不同程度的濕陷后，會發(fā)生突然下沉現(xiàn)象，使開挖后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如果支護措施滿足不了變化后的情況，則極易造成坍塌。若施工中洞內(nèi)排水不良，則洞內(nèi)道路會因泥濘而難行，不論是無軌還是有軌運輸都會給道路的維護、機械的使用與保養(yǎng)、隧道的鋪底或仰拱施工作業(yè)等帶來很大的困難。4.3黃土地段隧道施工1.黃土隧道的施工方法（1）黃土隧道施工時，應(yīng)做好黃土中構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀與分布狀況的調(diào)查。（2）施工中應(yīng)遵循短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴(yán)治水、勤量測的施工原則。4.3.2黃土隧道的施工方法及注意事項4.3黃土地段隧道施工1.黃土隧道的施工方法（3）開挖方法宜采用短臺階法或分部開挖法（留核心法），初期支護應(yīng)緊跟開挖面施作。（4）采用復(fù)合式襯砌，開挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐作初期支護，形成嚴(yán)密的支護體系。（5）做好洞頂、洞門以及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫。4.3黃土地段隧道施工2.黃土隧道施工的注意事項（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、架立鋼支撐等加強支護。（2）施工時應(yīng)特別注意拱腳與墻腳處的斷面，如超挖過大，應(yīng)用漿砌片石回填。（3）黃土隧道施工時宜先作仰拱，如果不能先作仰拱，可在開挖與灌注仰拱前加設(shè)橫撐。（4）施工中如發(fā)現(xiàn)不安全因素，應(yīng)暫停開挖，加強臨時支護。4.4溶洞地段隧道施工4.4.1溶洞的類型及對隧道施工的影響1.溶洞的類型溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。2.溶洞對隧道施工的影響（1）隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質(zhì)破碎，易發(fā)生坍塌。（2）溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難處理。（3）遇飽含水分的充填物溶槽，坑道掘至其邊緣時，含水充填物會涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。（4）當(dāng)遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥沙夾水大量涌入隧道。4.4溶洞地段隧道施工4.4.2隧道遇到溶洞的處理措施（1）隧道通過巖溶區(qū)時，應(yīng)查明溶洞分布的范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，據(jù)以確定施工方法。（2）隧道穿過巖溶區(qū)，可采用探孔或物探等方法探明地質(zhì)情況。（3）巖溶地段隧道通常用到的處理溶洞的方法有“引”“堵”“越”“繞”四種。4.4溶洞地段隧道施工4.4.3溶洞地段隧道的施工要點（1）當(dāng)施工達到溶洞邊緣時，各工序應(yīng)緊密銜接，支護和襯砌趕前。（2）施工中應(yīng)注意檢查溶洞頂部，及時處理危石。（3）在溶洞地段的爆破作業(yè)應(yīng)多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量且減少對圍巖的擾動。4.4溶洞地段隧道施工（4）在溶洞充填體中掘進，如充填物松軟，可用超前支護施工；如充填物為極松散的礫石、塊石堆積或流塑狀黏土及砂黏土等，可在開挖前采用地表注漿、洞內(nèi)注漿或地表和洞內(nèi)注漿相結(jié)合的方法進行加固；如遇顆粒細、含水量大的流塑狀土壤，則可采用劈裂注漿技術(shù)注入水泥漿或水泥水玻璃雙液漿進行加固。（5）在未對溶洞做出處理方案之前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.5.1松散地層隧道施工1）超前錨桿或超前小導(dǎo)管2）超前管棚法1.超前支護3.降水、堵水2.超前小導(dǎo)管預(yù)注漿4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.5.2流沙地段隧道施工1.加強調(diào)查，制定方案2.因地制宜，綜合治水3.先護后挖，加強支護4.盡早襯砌，封閉成環(huán)4.6巖爆地段隧道施工4.6.1巖爆的特點及產(chǎn)生的主要條件1.巖爆的特點（1）巖爆在未發(fā)生前并無明顯的預(yù)兆（雖然經(jīng)過仔細找頂并無空響聲）。（2）巖爆時，巖塊自洞壁圍巖母體彈射出來，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀，塊度大小多為幾厘米長寬的薄片，個別達幾十厘米長寬。（3）巖爆發(fā)生的地點多在新開挖工作面及其附近，個別的也有距新開挖工作面較遠。巖爆發(fā)生的頻率隨暴露后的時間延長而降低。一般巖爆發(fā)生在16d之內(nèi)。4.6巖爆地段隧道施工2.巖爆產(chǎn)生的主要條件地層的巖性條件和地應(yīng)力的大小是巖爆產(chǎn)生與否的兩個決定性因素。從能量的觀點來看，巖爆的形成過程是巖體中的能量從儲存到釋放直至最終使巖體破壞而脫離母巖的過程。因此，巖爆是否發(fā)生及其表現(xiàn)形式主要取決于巖體中是否儲存了足夠的能量，是否具有釋放能量的條件及能量釋放的方式等。4.6.2巖爆的防治措施2.弱化圍巖弱化圍巖主要措施是注水、超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。1.強化支護強化支護的措施很多，如噴射混凝土或噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、錨噴支護、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合，緊跟混凝土襯砌等。4.6巖爆地段隧道施工4.6.3巖爆地段隧道的施工要點4.6巖爆地段隧道施工（1）平行導(dǎo)坑應(yīng)掘進超前正洞一定距離。（2）爆破應(yīng)選預(yù)先釋放部分能量的方法。爆破時應(yīng)嚴(yán)格控制用藥量。（3）根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和規(guī)模情況，必要時應(yīng)考慮縮短爆破循環(huán)進尺。（4）巖爆引起塌方時，應(yīng)迅速將人員和機械撤到安全地段，采用摩擦型錨桿進行支護；采用鋼纖維噴射混凝土；掛鋼筋網(wǎng)或用鋼支撐加固。4.7.1高地溫的熱源4.7高地溫地段隧道施工1.火山巖漿集中處的熱能2.放射性元素的裂變熱源4.7高地溫地段隧道施工4.7.2高地溫地段隧道的施工要點（1）為保證隧道施工人員進行正常的安全生產(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)進行了規(guī)定。（2）為達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在施工中一般采取通風(fēng)、灑水及通風(fēng)與灑水相結(jié)合的措施。4.7高地溫地段隧道施工（3）為防止二次混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫，應(yīng)采取下列措施。①為了防止高溫時的強度降低，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）。②在防水板和混凝土襯砌之間設(shè)隔熱材料。③把一般襯砌混凝土的澆筑長度適當(dāng)縮短。④用防水板和無紡布組合成緩沖材料。⑤在兩拱角的延長方向適當(dāng)設(shè)裂縫誘發(fā)縫。4.8瓦斯地層隧道施工4.8.1瓦斯的基本知識1.瓦斯的基本性質(zhì)（1）瓦斯（沼氣）為無色、無臭、無味氣體，當(dāng)其與碳化氫或硫化氫混合在一起時，會釋放出類似蘋果的香味。（2）瓦斯的比重為0.554，僅占空氣的一半。（3）瓦斯不能自燃，但極易燃燒，其燃燒的火焰顏色隨瓦斯?jié)舛鹊脑龃蠖儨\。當(dāng)空氣中含有少量瓦斯時，火焰呈藍色；當(dāng)其濃度達到5%左右時，火焰呈淡青色。4.8瓦斯地層隧道施工2.瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯燃燒時，遇到障礙而受壓縮，即能轉(zhuǎn)燃燒為爆炸。爆炸時能發(fā)生高溫、封閉狀態(tài)的爆炸（即容積為常數(shù)），溫度可達2150℃～2650℃；能向四周自由擴張時的爆炸（即壓力為常數(shù)），溫度可達1850°C。坑道中發(fā)生瓦斯爆炸后，坑道中完全無氧，而充滿氮氣、二氧化碳及一氧化碳氣體。這些有害氣體將很快傳布到鄰近的坑道和工作面，凡是來不及躲避的人，都會中毒而窒息，甚至死亡。4.8瓦斯地層隧道施工4.8瓦斯地層隧道施工（1）瓦斯的滲出（2）瓦斯的噴出（3）瓦斯的突出3.瓦斯放出的類型4.8瓦斯地層隧道施工4.8.2瓦斯地層隧道的施工要點1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（1）若隧道穿過瓦斯溢出地段，則應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測方法，并制定瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。（2）隧道通過瓦斯地區(qū)的施工方法宜采用全斷面開挖。（3）加強通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效方法。4.8瓦斯地層隧道施工1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（4）洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛葢?yīng)按以下規(guī)定進行控制。①洞內(nèi)總回風(fēng)風(fēng)流中允許的瓦斯?jié)舛刃∮?.75%。②從其他工作面進來的風(fēng)流中允許瓦斯?jié)舛刃∮?.5%。③掘進工作面允許的瓦斯?jié)舛仍?%以下。④工作面裝藥爆破前允許的瓦斯?jié)舛仍?%以下。如瓦斯?jié)舛瘸^上述規(guī)定，則工作人員必須立即撤到符合規(guī)定的地段，并切斷電源。4.8瓦斯地層隧道施工1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（5）當(dāng)開挖工作面風(fēng)流中和電動機附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_到1.5%時，須停工、停機，撤出人員，切斷電源，進行處理。（6）瓦斯隧道必須加強通風(fēng)，防止瓦斯積聚。（7）當(dāng)開挖進入煤層，瓦斯排放量較大，使用一般的通風(fēng)手段難以將空氣稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。（8）采用防爆設(shè)施。4.8瓦斯地層隧道施工2.嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制度（1）瓦斯檢查制度。（2）洞內(nèi)嚴(yán)禁使用明火，嚴(yán)禁將如火柴、打火機、手電筒及其他易燃品帶入洞內(nèi)。（3）進洞人員必須經(jīng)過瓦斯知識和防止瓦斯爆炸的安全教育。搶救人員未經(jīng)專門培訓(xùn)不準(zhǔn)在瓦斯爆炸后進洞搶救。（4）必須挑選工作認(rèn)真負責(zé)、有一定業(yè)務(wù)能力、經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)、考試合格的瓦斯檢查人員進行監(jiān)測工作。4.9.1發(fā)生塌方的主要原因4.9隧道施工塌方處理

1.不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.隧道設(shè)計考慮不周

3.施工方法和措施不當(dāng)4.9.2預(yù)防塌方的施工措施4.9隧道施工塌方處理1.選擇安全合理的施工方法和措施2.加強塌方的預(yù)測3.加強初期支護，控制塌方4.9.3隧道塌方的處理措施4.9隧道施工塌方處理（1）隧道塌方時應(yīng)及時、迅速地進行處理。（2）處理塌方時應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展，并按下列方法進行處理。①對于小塌方（縱向延伸不長、坍穴不高），先加固坍體兩端洞身，并噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護封閉坍穴頂部和側(cè)部，再進行