不良地质隧道施工要点

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,不良地质隧道施工要点,第一部分,地下工程系 刘 勇,第一节 概 述,一、不良和特殊地质地段的概念,(,一,),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。,(,二,),特殊地质地段,特殊地质地段是指膨胀断层地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等。,二、开挖和支护过程中可能造成的危害,土石坍塌,隧道支撑变形,衬砌结构断裂,严重影响施工进度,三、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,四、不良地质地段隧道施工注意事项,1.,选择施工方法注意事项,施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。,选择施工方法,(,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等因素而定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。,2.,加强监控和量测工作,3.,使用喷锚技术注意事项,(1),爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。,(2),锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。,4.,采用临时支护时注意事项,(1),支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。,(2),围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁,(3),当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；,(4),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,(5),支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。,5.,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。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。,6.,掘进时遇有围岩压力过大注意事项,拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。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，待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。,7.,遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项,8.,衬砌出现开裂或下沉时注意事项,采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以提高其自稳性。,当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。,五、我国不良地质隧道施工现状,我国已接近或达到世界先进行列,大瑶山隧道,9,号断层,大瑶山隧道处在京广铁路衡广复线的坪石至乐昌间，全长,14.295,公里,是目前国内最长的双线电气化隧道。,隧道采用“三斜一竖”的施工方案,隧道中部穿过的,465,米长的,9#,断层地段，最大涌水量每昼夜高达,40000m,3,是整座隧道的控制地段。隧道全面 运用新奥法原理施工,最高单口独头月成洞,217,双线米。,1981,年,11,月开工，,1989,年,12,月建成。获国家科技进步奖特等奖。,云台山隧道,云台山隧道位于侯,(,马,),月,(,山,),铁路线山西沁水县和翼城县相邻处，穿越中条山主峰。,线隧道长,8 145 m,，,线隧道长,8 178 m,，双线分修，电气化单线断面。,主要地质问题：,线隧道进口通过,192 m,古河槽地段，为土夹碎石层；,洞身穿越煤系地层,1 740 m,，揭煤,13,次，有瓦斯；,穿越较大的断裂带,4,条，,膨胀性围岩地段占全隧总长 的,96%,。,全隧昼夜涌水量约,9 850m,3,。,家竹箐隧道,家竹箐隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。隧道全长,4975,米。,隧道洞身有,1085,米是煤系 地层，主要煤层共,14,层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过,0.6MPa,，最高的达到,1.34MPa,。据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时,349,立方米。因此，家竹箐隧道属高瓦斯 有突出危险的隧道，其施工难度和危险性，在我国铁路隧道建设史中还没有先例。,第二节 富水断层破碎围岩,一、概述,断层破碎带,是隧道施工中最常见的不良地质地段，断层带内岩体挤压破碎，常呈块石、碎石或角砾状有的甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩压力增大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。,富水软岩,是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层中，在富含地下水的情况下，岩体强度很低，自稳能力极差的围岩。,二、开挖施工要求,(,一,),充分应用超前地质预报,1.,预报方法,地质预报方法主要有：钻孔超前探测；对超前导坑进行地质、水文观测素描；地震波、声波、地质雷达等物理探测。,2.,预报的重点内容,预测开挖面前方的地质情况，围岩整体性、断层、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响，地下水活动情况等。,3.,预报方式,长期预报,总体预报，预报断层规模、分布、性质、构造分带，富水性等，并分段作出工程地质评价。,中期预报,岩石微观构造研究,工程地质类比,地震反射波法,地质雷达法,图析法,短期预报,开挖面及其附近的预测预报,掌子面超前钻孔预报,(,二,),注浆堵水并加固围岩,富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是：,以堵截为主，排引为辅。,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,堵截地下水的办法主要有两类：,整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。,对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，形成止水帐幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。,排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。,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,正洞,平行导坑,(c),平导超前注浆,正注浆区域,已注浆区域,(a),洞内超前注浆,(b),地表超前注浆,(,三,),开挖及支护,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,开挖手段上，采取两种方法，一是在特别软弱的围岩段，采用非钻爆开挖，如利用十字镐、风镐开挖或利用小型挖装机开挖。另一种是采用控制爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。,开挖施工要求,根据量测结果及时调整支护参数,支护施工要求,根据量测结果确定施作时机,衬砌施工要求,仰拱必须及早施作，形成封闭结构,三、工程实例,京九线岐岭隧道,1,、工程概况,2,、初期施工情况,围岩自稳及自承能力极差,富水,3,、地质原因分析,方案比选,4,、施工方案,桩柱法,双侧壁导坑法,综合排水技术,5,、具体施工方法,封堵疏排地表水，杜绝地表水和降水的补给,截水沟,地表混凝土封闭,平导与泄水洞截、排水,深井点降水,洞内降排水,负压抽水,开挖中的疏排水,支护体系设计与施工,5,、具体施工方法,超前预加固,侧壁导坑、泄水洞及平导,上弧导,初期支护,二次衬砌,第一次,60cm,第二次,30cm,深孔长套管劈裂注浆,5,、具体施工方法,注浆方法,分段长套管前进式注浆,挤压注浆,渗透注浆,注浆材料,水泥,水玻璃双浆液,注浆施工,拱部大管棚注浆施工,突水涌泥段注浆施工,极软致密原状地层中的注浆施工,6,、施工效果,提前,1.5,个月贯通,第三节,膨胀性和挤压性围岩,一、基本概念,膨胀岩,矿物成分：亲水性矿物，蒙托石、伊利石,特性：吸水膨胀软化，失水收缩硬裂,挤压性围岩,强度低，在高地应力作用下产生“剪胀”,二、膨胀性围岩的基本特征与分级,(,一,),膨胀岩基本特征,(1),质软，强度低,(2),自由膨胀率高,(3),空隙率大,(4),易风化、崩解性强,(5),膨胀压力大,(,二,),膨胀岩的判别与分级,判别依据,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,判别程序,初步判定,详细判定,膨胀岩的判别标准,膨胀岩的分级,膨胀岩的物理力学指标,三、膨胀性围岩对隧道施工的危害,围岩普通开裂,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,四、高地应力作用下的软岩,1.,高地应力软岩的概念,当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。,围岩强度应力比,=,(1),围岩大变形量的划分,铁路隧道大变形的变形量划分,(2),乌鞘岭隧道高地应力软岩隧道大变形分级,挤压性隧道的大变形分级标准,2.,高地应力挤压性围岩的变形特点,变形量大,最大变形可达数,10cm,至,100cm,以上。家竹箐隧道初期支护周边位移曾达,210cm,，一般,80100cm,，拱顶下沉,6080cm,，隧道隆起,80cm,。堡子梁隧道排架下沉,120cm,，边墙向下挤进,3040cm,。关角隧道底鼓约,100cm,，边墙向内挤很大。乌鞘岭隧道岭脊段最大水平收敛达,1209mm,，最大拱顶下沉,367mm,。平均累计变形按,F4,、志留系板岩夹千枚岩、,F7,几区段分别为,90120mm,、,200400mm,、,150550mm,。,2.,高地应力挤压性围岩的变形特点,变形速度高,家竹箐隧道初期支护变形速度达,34cm/d,。奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达,20cm/d,，一般也达,510cm/d,。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开始阶段变形速率最高达,167mm/d,，最大变形速率按,F4,、,F5,、志留系板岩夹千枚岩、,F7,几区段分别可达,73mm/d,、,143 mm/d,、,165mm/d,、,167mm/d,。,2.,高地应力挤压性围岩的变形特点,变形持续时间长,由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间也较长。短者数十天，长者数百天，一般也需百多天。家竹箐隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时间大于,300,天，阿尔贝格隧道收敛时间为,100150d,。乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达,120d,，一般要,4050d,。,2.,高地应力挤压性围岩的变形特点,支护破坏形式多样,喷层开裂、剥落；型钢拱架或格栅发生扭曲；底部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。,高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时围岩破坏范围可达,5,倍洞径。,围岩破坏范围大,五、挤压性围岩的隧道设计理念,1.,柔性结构设计,膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类：一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的方法,(,柔性结构设计,),，另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法,(,刚性结构设计,),。,(1),先行导坑法,(2),多重支护方法,2.,刚性结构设计,(1),大刚度支护和衬砌结构,(2),大范围围岩加固法,(3),可缩式支护方法,(4),分阶段综合控制法,六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工,1.,加强调查、量测围岩的压力和流变特性,2.,合理选择施工方法,3.,防止围岩湿度变化,4.,合理进行围岩支护,5.,适时衬砌控制变形,(1),喷锚支护，稳定围岩,(2),衬砌结构及早闭合,典型的大变形隧道,奥地利的陶恩隧道,阿尔贝格隧道,日本的惠那山隧道,我国的家竹箐隧道,七、工程实例,乌鞘岭隧道,(1),工程概况,兰州至武威段是中国铁路“八纵八横”中欧亚大陆桥的重要组成部分，是内地通往新疆等西部地区的重要通道。该线东起兰州站，经河口南、永登至打柴沟，翻越乌鞘岭至武威南站，全长二百九十八公里，随着西部大开发客货运输量的急剧增加，目前的单线能力远远不能满足需求，只能靠增建二线铁路来解决。,设计为两座单线隧道，隧道长,20050m,，隧道出口段线路位于半径为,1200m,的曲线上，右、左缓和曲线伸入隧道分别为,68.84m,及,127.29m,，隧道其余地段均位于直线上，线间距,40m,，两隧道线路纵坡相同，主要为,11,的单面下坡,右线隧道较 左线隧道高,0.56,0.73m,，洞身最大埋深,1100m,左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工，右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计,15,座，其中斜井,13,座，竖井,1,座，横洞,1,座。,(2),工程特点,地质构造发育,地应力高、分布复杂,围岩软弱，开挖变形量显著,围岩流变性能显著,隧道规模大，工期紧，任务重,施工环境复杂，工程质量要求高,(3),施工变形情况,左线隧道最大拱顶下沉,1053mm(DK177+495),，一般在,500,600mm,左右，平均下沉,30,35mm/d,；,右线隧道最大拱顶下沉,227mm(YDK177+610),，一般在,100,200mm,左右。,左线隧道内轨上,1.5m,收敛值最大,1034mm(DK177+590),，一般为,700mm,左右，拱脚最大,978mm,，一般为,300,700mm,右线隧道内轨上,4m,收敛值最大,548mm(YDK177+590),，一般为,300,400mm,左右。,(4),设计情况,F7,断层原设计方案,(4),设计情况,二次衬砌,预留变形量,喷混凝土,预留变形量,喷混凝土,系统锚杆,补强系统锚杆,F7,断层变更设计方案一,(4),设计情况,F7,断层变更设计方案二,岭脊高地应力软岩区段,系统锚杆,二次衬砌,预留变形量,喷混凝土,推荐支护参数,(5),施工方案,适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术,核心土,1131,153,558,420,200,719.5,200,750,750,5000,拱墙衬砌,仰 拱,预留核心土,200,(5),施工方案,超前注浆小导管围岩加固技术,系统中长锚杆（管）围岩加固技术,拱脚小直径锚索加固技术,多重支护、分次施作技术,提高二次衬砌刚度、适时施作二次衬砌技术,活动性断层带隧道结构处理技术,第四节 黄土地质,按塑性指数,(,I,p,),的大小可分为：,一、黄土分类及对隧道工程的影响,(,一,),黄土分类,老黄土,新黄土,黄土质粘砂土,(1,I,p,7,）,黄土质砂粘土,(7,I,p,17),黄土质粘土,(17,I,p,),按形成年代分为：,(,二,),黄土地层对隧道工程的影响,(1),黄土节理影响,在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。,(,二,),黄土地层对隧道工程的影响,(2),黄土冲沟地段对施工的影响,当隧道在较长的范围内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。,(3),黄土溶洞与陷穴影响,隧道若建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌处于不利的受力状态。,(3),黄土溶洞与陷穴影响,(4),水对黄土隧道施工的影响,湿陷性,运输困难,三、黄土隧道施工的注意事顶,(1),黄土隧道的施工应采用机械挖掘，不宜采用钻爆法施工。,(3),施工时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。,(2),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。,黄土隧道软弱地基处理的方法比较多，施工中根据实际情况选择。,换填,灰土挤密桩,树根桩,注浆及其它措施,(4),避免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。,(5),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。,(6),喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜超过,0.2MPa,。,(7),锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔。,第五节 岩溶地质,一、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。,岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：,洞害,水害,洞穴充填物,坍塌、洞顶地表沉陷,可按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件，采取引流、跨越、加固、清除、注浆等不同措施或综合治理。,二、隧道遇到溶洞的处理措施,(1),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。,(2),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。,(3),常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕” 。,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，或开凿泄水洞，将水排出洞外。,暗管、涵洞或小桥,图,8-4-1,桥涵渲泄水流,道,隧,图,8-4-2,开凿泄水洞引水,图,8-4-3,引水槽,涵管或小桥,混凝土厚,0.51.0m,浆砌石片,引水,槽,(,洞,),入消水洞,横向引,引出或,贵昆线梅花山隧道,当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离外，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。,截水沟排水,贵昆线岩脚寨隧道,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,溶洞堵填方法之一,浆砌片石,混凝土填实,图,8-4-5,溶洞堵填方法之二,干砌片石,混凝土填实,图,8-4-6,溶洞堵填方法之三,浆砌片石,防护,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,必要,时加,设锚杆,干砌片,时压浆,浆砌片石,厚,1.0m,片石、碎石,回填密实,图,8-4-7,喷锚加固与浆砌护拱之一,必要时,加锚杆,干砌片,石压浆,混凝土,套拱,图,8-4-8,喷锚加固与浆砌护拱之二,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,浆砌片石,混凝土墙基,图,8-4-9,加深边墙基础,跨越,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,支墙内套设涵管,浆砌片石,浆砌片,石支墙,跨越,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,筑拱跨过,隧道中线,隧底,混凝土,隧底,溶洞,填充,溶洞,跨越,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,架梁跨过,川黔线虾子梁隧道,黔桂线观音阁隧道,黔桂线观音阁隧道左侧边墙处理,贵昆线骂支隧道,湘黔线马旺,2,号隧道,盘西线沙坡隧道,绕行施工,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。,洞穴充填物处理,桩基,当溶洞内堆积物不易清除且不流失时，可采用端承桩或摩擦桩加固地基,南岭隧道,洞穴充填物处理,枝柳线祥秘隧道,洞穴充填物处理,注浆,换填,三、溶洞地段隧道施工的注意事项,(1),施工前应了解山顶地表水、出水地点的情况，并首先对地表进行必要的处理。,(2),在下坡地段遇到溶洞时，应准备足够数量的排水设备。,(3),建立综合预报体系,(4),开挖方法宜采用台阶法、双侧壁导坑法。,(5),当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。,三、溶洞地段隧道施工的注意事项,(6),施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。,(7),在溶洞地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆破药量且减少对围岩的扰动。,(9),在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。,(10),溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。,(8),当隧道一侧遇到溶洞时，应先开挖该侧，待支护开挖完成后再开挖另一侧。,四、工程实例,武隆隧道,(,一,),工程概况,武隆隧道号称“铁路修建史上的地质博物馆”，工程地质、水文地质条件十分复杂。,溶洞规模巨大,此前国内外最大溶腔长度仅为,89m,，本隧道溶腔长度,210m,。,如此大规模的暗河溶洞群在隧道建设史上是前所未有的。,210m,溶腔,2#,3#,涌水量大,此前国内外隧道最大涌水量仅为,129,万,m,3,/d,，武隆隧道最大涌水量达,718,万,m,3,/d,，,如此大的涌水量在国内外隧道建设史上未见报道。,(,二,),研究的总体思路,首先利用,TSP-202,超前地质预报系统进行长距离较为准确的超前地质预报；在,TSP-202,预测资料分析的基础上，在掌子面距异常区域,15m,范围内，利用,SIR,20,型地质雷达对异常区域进行准确探测，准确预报掌子面前方和隧道周边,15m,范围内的地质情况变化，确定岩溶、暗河及裂隙的大小范围及充水情况；在岩溶地质揭露之后采用,ZGS1610,智能工程探测声波仪进行近距离的地质预报，根据三种不同的地质预报技术手段，确定了,先长后短，先局部后碎部,的基本原则，充分利用地质预报技术资源，进一步合理调整施工方案。三种预测方法相互验证补充，为施工提供了准确的地质资料，保证了安全和快速施工。,(,三,),岩溶系统综合探测技术,岩溶系统综合探测技术,为了解决岩溶系统探测难题，采用三种预报方法相互补充，智能化综合评判，确定岩溶系统的分布及形式。,长距预报采用,TSP,子系统，预测隧道前方,150m,的地质情况；,切面预报用声波仪对岩溶空腔范围进行探测。,近距预报用地质雷达进行精确探测。,(,四,),暗河地段涌水预测及治理方案,涌水量预测,对隧道标高附近及其以上庞大空间范围内的岩溶水系统识别与划分，根据水力学特征，采用系统辨识方法进行预测，理论涌水量为,650,万,m,3,/d(,实际涌水量为,718,万,m,3,/d),。,集水廊道,行洪道,泄水洞,2#,#,溶洞段隧道施工技术,探测前加固方案：,衬砌防护、地基加固、换填、拱桥跨越等。,隧道中线,隧底,混凝土,隧底,溶洞,填充,溶洞,溶洞段隧道施工技术,探测后优化方案：,由于拱桥方案无法克服岩溶水涌入隧道影响运营安全的弊端 ，且无法满足基础承载力要求 。优化为桩基托梁跨越。,托梁,桩基,第六节 高地应力,(,岩爆,),硬岩地质,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。,一、岩爆的概念,二、隧道内岩爆的特点,(1),岩爆在未发生前并无明显的预兆,(,虽然经过仔细找顶并无空响声,),。,(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。,(3),岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近。,三、岩爆产生的机理,岩石的全应力,应变曲线,O,E,C,P,N,S,2,S,1,f,1,f,2,三、岩爆产生的机理,应力重新分布必然会使围岩中产生应力集中,围岩产生拉,剪破坏,岩爆产生机理,内因,决定因素,地层的岩性条件,地应力,外因,诱导因素,爆破震动,岩爆产生条件,四、岩爆预测,岩爆预测的主要判据,Russenes,判据,无岩爆,弱岩爆,中岩爆,强岩爆,四、岩爆预测,岩爆预测的主要判据,能量判据,无岩爆,中、低烈度岩爆,严重岩爆,O,E,C,P,N,st,f,1,f,2,sp,(0.70.8)R,b,0.05R,b,四、岩爆预测,岩爆预测的主要判据,岩性判据,临界深度判据,四、岩爆预测,岩爆的现场预测,微震法,(A-E,法,),Acoustic,Emission,方法，又称为亚声频探测法或声发射法。,当岩石临近破坏之际，,A,E(,微震,),噪音读数迅速增加，如果地音探测器平均噪音读数大于预定的目标，就意味着有岩爆来临。,四、岩爆预测,岩爆的现场预测,电磁辐射监测预报法,依据完整煤,(,岩,),压缩变形破坏过程中，弹性范围内不产生电磁辐射，峰值强度附近的电磁辐射最强烈，软化后无电磁辐射的原理，采用特制的仪器，现场监测煤,(,岩,),体变形破裂过程中发出的电磁辐射。脉冲 信号，通过数据处理和分析研究，来预报煤,(,岩,),爆。,四、岩爆预测,岩爆的现场预测,钻屑法,钻屑法是通过向岩体钻小直径钻孔，根据钻孔过程中单位孔深排粉量的变化规律和打钻过程中各种动力现象，了解岩体应力集中状态，达到预报岩爆的目的。,强度较低的岩体在岩爆危险地段打钻时，钻孔排粉量剧增，最多可达正常值,10,倍以上，一般认为排粉量为正常值的,2,倍以上时，即有发生岩爆的危险。,强度较高的岩体通过岩心柄化现象判断。,五、岩爆的防治措施,强化围岩，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。,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。,弱化围岩，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。或是解除能量，使能量向有利的方向转化和释放。,基本方法,五、岩爆的防治措施,防治措施,微弱型岩爆,迹象,：距掌子面约,1,3,倍洞径范围内，爆破后出现声小且频率低的爆裂声，随后片状岩块从拱部或侧墙坠落下来，岩片厚度,1 cm,3cm,不等，大小在,10 cm,40 cm,左右，持续时问一般在,20min,以内。,防治措施,：可向工作面及隧道壁面喷水来促进围岩软化，从而消除或缓解岩爆程度。,中等型岩爆,迹象,：,距掌子面约,1,3,倍洞径范围内，爆破后,10 min20 min,，将听到岩体外露面岩体爆裂的声音，声音与前者相比偏大且频率偏高。紧接着垂直于岩体节理面的方向将发生弹射的岩片。伴随着可听到类似打枪“啪、啪、啪 ” 的响声，随后在,1min,2 min,以内将发生岩块爆裂坠落现象，这时爆下来的岩块相对来说较厚较大，厚度一般达,10 cm,以上，长,宽达,40 10 cm,2,以上，一般为长条片状型，这种现象有时持续几分钟，有时持续,1 h2 h,。,防治措施,：,可停止施工作业，退后,100 m,待避，可设法远距离向岩爆区岩面喷射水，待岩爆缓解，基本无岩爆迹象后进行找顶，撬除已松裂的岩片、岩块，进行喷混凝土。随后在岩爆区钻孔安装锚杆、挂网喷混凝土。,较强型岩爆,迹象,：,一般发生在距工作面,8 m,50 m,的范围内。除有中等强度的岩爆迹象外，主要特征：从岩爆开始，约,l h-2 h,后，岩爆变剧，声音也较响，可听到岩体内部岩石因断裂而发出的“嘣、嘣、嘣 ”类似闷炮声响，爆裂下来的岩片也比较大，厚约,10 cm,15 cm,以上，长,宽约为,60 cm25 cm,以上，最大的岩块将近,1m,，爆下来岩石量也较多。一般达到,56 m,3,以上，最大时达到,10 m,3,以上。个别片状岩块由于受挤压破坏掉下后呈微拱形状；有时岩块在脱离母岩的瞬间发生爆裂，呈粉碎状弹射下来；有时拌有“嘣嘣” 的巨晌，表面上看起来岩体较完整，其实内部已爆裂，敲击岩面可听到空响声；在现场还可以看至,4,在两节理面交接处岩石受挤压破坏成粉碎现象。,较强型岩爆,防治措施：,停止施工作业，退后,200 nl,待避待岩爆自然缓解后，用机械手找顶，撬除松裂岩石及时喷钢纤维混凝土。在边墙及拱部成放射状倾斜向岩体内部钻孔并向孔内灌高压水，使岩体有一定程度软化，加快围岩内部的应力释放 随后安装锚杆、挂钢筋网，喷钢纤维混凝土。,强烈型岩爆,迹象,：,除较强型岩爆所述现象之外，岩爆发生将更频繁，岩爆下来的岩石量更多，施工开挖极不安全。,防治措施：,(1),必须配合钻孔爆破卸载法，尽可能使围岩内部的应力得以释放。,(2),预钻孔法，在工作面周围,(,设计断面以外,),成放射状倾斜向岩体内部钻孔，以,2,排为好，主动给岩体提供变形空间，使其内部的高应力得到有效的释放。必要时可配合向孔内灌注高压水，此时释放应力的效果更好。,(3),采用分部开挖的方案：先开挖导坑，待周围围岩应力释放岩爆自然缓解后再出碴，而后扩大开挖，循环渐进。施工不受工期控制时可采用此方法。,六、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，为正洞施工达到相应地段时加强防治，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。,(3),根据岩爆发生的频率和规模情况，必要时应考虑缩短爆破循环进尺。,(4),岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段。,七、工程实例,秦岭隧道,线,(,一,),工程概况,(,二,),地质特征,(,三,),秦岭隧道岩爆的表现特征,(,四,),施工中针对岩爆的主要措施,一、瓦斯的性质,(1),瓦斯,(,沼气,),为无色、无臭、无味的气体,(2),瓦斯比重为,0.554,仅占空气一半,(3),瓦斯不能自燃，但极易燃烧,碳质页岩 存贮瓦斯,第七节 煤系地层,二、瓦斯的燃烧和爆炸性,三、瓦斯放出的类型,(1),瓦斯的渗出,(2),瓦斯的喷出,(3),瓦斯的突出,四、瓦斯隧道的分类,根据瓦斯涌出量分为,低瓦斯隧道,高瓦斯隧道,瓦斯突出隧道,根据瓦斯涌出量分为,非瓦斯工区,低瓦斯工区,0.5m,3,/min,高瓦斯工区 ,0.5 m,3,/min,瓦斯突出工区,按绝对瓦斯涌出量隧道工区可分为,瓦斯突出工区的判定,瓦斯压力,P,0.74MPa,瓦斯放散初速度,P 10,煤的坚固性系数,f,5,煤的破坏类型为,类及以上,四、防止瓦斯事故的措施,(1),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。,(2),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。,(3),施工前必须进行培训，爆破、电工、瓦斯检测等作业人员必须持证上岗。,(4),钻爆作业符合下列规定,湿式凿岩,炮眼深度不小于,0.6m,，必须堵塞,采用煤矿许用炸药,采用煤矿许用电雷管，最后一段延期时间小于,130ms.,严禁使用秒或半秒级电雷管,严禁反向装药,采用串联连接方式,使用防爆型起爆器,(5),瓦斯突出隧道采用以下防突措施,必须单独编制实施性施工组织设计,必须进行超前探测,必须对突出性进行预测,瓦斯压力法,综合指标法,钻屑指标法,钻孔瓦斯涌出初速度法,“,R”,指标法,(5),瓦斯突出隧道采用以下防突措施,钻孔排放,效果检验,(6),石门揭煤施工注意事项,必须留岩墙,煤层压力大于,1MPa,时，先排放后爆破,煤层压力小于,1MPa,时，采用震动放炮,洞外起爆，洞内停电、停止一切作业，人员撤出隧道,(7),支护、衬砌施工注意事项,(7),支护、衬砌施工注意事项,使用超前周边全封闭预注浆。,及时施做初期支护和二次衬砌,仰拱超前施工,二次衬砌预留注浆孔,全包防水层,气密性混凝土,加强监测,通风方式,(8),通风要求,非瓦斯工区采用压入式和混合式,低瓦斯工区采用压入式或巷道式,高瓦斯工区或瓦斯突出工区采用巷道式,各工作面独立通风,通风计算,需考虑瓦斯绝对涌出量,(8),通风要求,洞内空气中允许的瓦斯浓度及处理措施,采用防爆设施,设两路电源，连续通风,采用抗静电、阻燃的风管,第八节 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。,(1),不良地质及水文地质条件,一、发生坍方的主要原因,隧道穿过断层及其破碎带，或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,(2),隧道设计考虑不周,隧道选定位置时，地质调查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素，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。,(3),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。,二、预防坍方的施工措施,(1),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。,(2),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,(3),加强初期支护，控制坍方,三、隧道坍方的处理措施,(1),隧道发生坍方，应及时迅速处理。,(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,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。,(3),处理坍方的同时，应加强防排水工作。,