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1、第一节 概第一节 概 述述第八章第八章 不良和特殊地质不良和特殊地质 地段隧道施工地段隧道施工一、不良和特殊地质地段施工一般规定一、不良和特殊地质地段施工一般规定 ( (一一) )不良地质地段不良地质地段 不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地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。地段等不利于隧道工程的不良地质环境。 ( (二二) )特殊地质地段特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、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
2、、岩爆、流沙等地段含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段 以及瓦斯溢出地层等。以及瓦斯溢出地层等。 二、不良和特殊地质地段隧道工程二、不良和特殊地质地段隧道工程隧道通过不良、特殊地质地段，其施工有关注意隧道通过不良、特殊地质地段，其施工有关注意 事项如下：事项如下： 1.1.编制施工计划注意的事项编制施工计划注意的事项在充分调查研究的基础上，根据围岩级别结合施在充分调查研究的基础上，根据围岩级别结合施 工单位的具体情况，综合考虑各方面的因素，拟定施工单位的具体情况，综合考虑各方面的因素，拟定施 工方案。工方案。 2.2.选择施工方法注意事项选择施工方法注意事项特殊地质地段隧道施工，以特殊
3、地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖先治水、短开挖 、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进” 为指导原则。为指导原则。隧道选择施工方法隧道选择施工方法( (包括开挖及支护包括开挖及支护) )时，应以安时，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定。同时应考虑围岩变化时施工
4、方法的适应性及其 变更的可能性，以兔造成工程失误和增加投资。变更的可能性，以兔造成工程失误和增加投资。 3.3.加强监控和量测工作加强监控和量测工作 4.4.使用喷锚技术注意事项使用喷锚技术注意事项施工时应符合下列要求：施工时应符合下列要求： ( (1)1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危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。石后及时喷射混凝土护面。 (2)(2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及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。早装设钢拱架支撑加强支护。 5.5.采用临时支护时注意事项采用临时支护时注意事项
5、不宜采用锚喷支护的特殊地质地段，应用构件支撑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：作临时支护，并应符合下列要求： ( (1)1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围 岩压力。岩压力。(2)(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉 陷时应加设底梁；陷时应加设底梁； ( (3)3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露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；面应用支撑封闭严密； (4)(4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，根据
6、现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护， 形成联合支撑；形成联合支撑； (5)(5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的 作用。作用。 6.6.选用掘进方法时注意事项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挖。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理 选用。选用。7.7.掘进时遇有围岩压力过大注意事项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。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
7、和模板先灌筑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。作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。 8.8.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项遇有松散、自稳差的围岩掘进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。，以提高其自稳性。 9.9.衬砌出现开裂或下沉时注意事项衬砌出现开裂或下沉时注意事项 当拱脚、墙基松
8、软时，灌筑混凝土前应采取措当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措 施加固基底。施加固基底。 一、膨胀性围岩的基本特征与分级一、膨胀性围岩的基本特征与分级 ( (一一) )膨胀岩基本特征膨胀岩基本特征 (1)(1)质软，强度低质软，强度低 ； (2)(2)自由膨胀率高；自由膨胀率高； (3)(3)空隙率大空隙率大 ； (4)(4)易风化、崩解性强易风化、崩解性强 ； (5)(5)膨胀压力大膨胀压力大 ； ( (二二) )膨胀岩的判别与分级膨胀岩的判别与分级膨胀岩的判别，大体上依据以下两个方面：一是膨胀岩的判别，大体上依据以下两个方面：一是 间接反应岩石膨胀指标间接反应岩石膨胀指标 ；二是直接定
9、量反应岩石膨胀；二是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力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标 。 第二节 膨胀性围岩地段隧道施工第二节 膨胀性围岩地段隧道施工膨胀岩按其膨胀性的大小可划分为弱膨胀岩、中膨胀岩按其膨胀性的大小可划分为弱膨胀岩、中 等膨胀岩和强膨胀岩等膨胀岩和强膨胀岩3 3级，见表。级，见表。项目项目指标指标极限膨胀力极限膨胀力( (P Pmaxmax) )100kPa100kPa极限膨胀率极限膨胀率( (p pmaxmax) )3%3%干燥饱和吸水率干燥饱和吸水率( (RdwRdw) )10%10%自由膨胀率自由膨胀率( (FsFs) )30%30%
10、矿物质成分矿物质成分( (蒙托石、伊利石含量蒙托石、伊利石含量) )15%15%膨胀岩等级是以膨胀岩实验数据为基础，参照表膨胀岩等级是以膨胀岩实验数据为基础，参照表 划分，只须满足其中划分，只须满足其中2 2项即应划为该级别的膨胀岩。项即应划为该级别的膨胀岩。 项目项目极限膨胀力极限膨胀力 ( (kPakPa) )极限膨胀极限膨胀 率率(%)(%)干燥饱和吸干燥饱和吸 水率水率(%)(%)自由膨胀自由膨胀 率率(%)(%)弱膨胀岩弱膨胀岩 中膨胀岩中膨胀岩 强膨胀岩强膨胀岩100300100300 300500300500 500500315315 15301530 303010301030
11、30503050 505030503050 50705070 7070二、膨胀性围岩对隧道施工的危害二、膨胀性围岩对隧道施工的危害 ( (一一) )围岩普通开裂围岩普通开裂隧道开挖后，由于开挖面上岩体原始应力释放产隧道开挖后，由于开挖面上岩体原始应力释放产 生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩 裂缝。裂缝。( (二二) )坑道下沉坑道下沉由于坑道下部膨胀岩体的承载力较低，加之坑道由于坑道下部膨胀岩体的承载力较低，加之坑道 上部围岩压力过大，坑道下沉变形明显。另外，隧道上部围岩压力过大，坑道下沉变形明显。另外，隧道 只能采用分部开挖，在后部
12、工序开挖暴露的围岩出现只能采用分部开挖，在后部工序开挖暴露的围岩出现 风化膨胀，产生较大的收缩地压力，加上坑道的下沉风化膨胀，产生较大的收缩地压力，加上坑道的下沉 ，往往造成支撑过渡变形、失效，进而引起土体坍塌，往往造成支撑过渡变形、失效，进而引起土体坍塌 、挤压和膨胀变形等现象。、挤压和膨胀变形等现象。( (三三) )围岩膨胀突出和坍塌围岩膨胀突出和坍塌隧道开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀变形，隧道开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀变形， 周边土体向洞内膨胀突出，造成开挖断面缩小。在土周边土体向洞内膨胀突出，造成开挖断面缩小。在土 体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和体丧失支撑或支撑
13、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形成坍塌膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏形成坍塌 现象。现象。( (四四) )隧道底部隆起隧道底部隆起隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又 无仰拱支护体约束时，由于应力释放，洞底围岩产生无仰拱支护体约束时，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卸荷膨胀，加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀 ，造成洞底围岩隆起变形。，造成洞底围岩隆起变形。 ( (五五) )衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏 在整体式在整体式( (模筑混凝土模筑混凝土) )衬砌
14、中，常发生下列现象衬砌中，常发生下列现象: : (1)(1)在先拱后墙法施工中，拱部衬砌完成后至开挖马口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。曲、变形或折断。(2)(2)拱顶受挤压下沉，也有向上凸起。拱顶外缘经拱顶受挤压下沉，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、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。脱皮、掉块现象。 (3)(3)在拱
15、腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可逐在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可逐 渐发展到张开、错台。渐发展到张开、错台。 (4)(4)当采用直墙式边墙时，边墙常受膨胀侧压而开当采用直墙式边墙时，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裂，甚至张开、错台，少数曲墙也有出现水平裂 缝的情况。缝的情况。 (5)(5)当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出 现底部膨起，铺底被破坏。现底部膨起，铺底被破坏。 三、膨胀性围岩隧道设计三、膨胀性围岩隧道设计 ( (一一) )荷载的确定荷载的确定膨胀性围岩除膨胀性围岩除“松弛效应松弛效应”外，还有
16、膨胀压力外，还有膨胀压力 。由于膨胀性围岩岩性复杂，产生膨胀压力的机理。由于膨胀性围岩岩性复杂，产生膨胀压力的机理 复杂，很难用适当的经验公式确定其膨胀力引起的复杂，很难用适当的经验公式确定其膨胀力引起的 荷载变化。因此对不同程度的膨胀岩，设计时，应荷载变化。因此对不同程度的膨胀岩，设计时，应 先核准其膨胀特性，然后采用以工程类比法为主的先核准其膨胀特性，然后采用以工程类比法为主的 方法，确定支护与衬砌的设计参数，施工中通过监方法，确定支护与衬砌的设计参数，施工中通过监 控量测加以修改。控量测加以修改。( (二二) )膨胀岩隧道断面型式膨胀岩隧道断面型式膨胀性隧道断面型式一般应采用圆形、椭圆形膨胀性隧道断面型式一般应采用圆形、椭圆形 和马蹄形，仰拱应与支护衬砌等厚。和马蹄形，仰拱应与支护衬砌等厚。( (三三) )膨胀性隧道支护形式与参数膨胀性隧道支护形式与参数 膨胀岩隧道支护应适应膨胀岩特性：膨胀岩隧道支护应适应膨胀岩特性：在不使在不使
