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1、山岭隧道施工防坍,在山岭隧道施工中,除少部份采用非矿山法施工外,绝大部份采用矿山法(钻爆法)施工。采用矿山法施工的山岭隧道,由于受炸药爆破振动或挖除原有岩体支撑的影响,破坏了岩体内部受力平衡,当施工方法不当或支护不力、不及时时,已施工的隧道就会因岩体失稳或隧道支护被破坏而发生塌坍。因此,在采用矿山法施工的山岭隧道中,如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键,也是获得良好效益和信誉的保证。,一、定义1、隧道:修建于地表下的管状建筑物。2、隧道类型:按用途不同分为:铁路隧道、公路隧道、通讯隧道、水工隧道、电力隧道、军工隧道、输料隧道、城市地铁等;按隧道所处位置不同分为:山岭(石质、土质、砂质
2、)隧道、城市隧道、水下隧道、海底隧道等;按施工方法不同分为:矿山隧道、盾构隧道、沉埋管隧道、非开挖隧道等;按埋深大小分为:明洞(洞挖成型的隧道,一般洞顶高于地表)、超浅埋隧道(埋深1倍洞径)、浅埋隧道(埋深3倍洞径)、深埋隧道(埋深3倍洞径)。,3、埋深:地表至隧道顶的深度。4、坍方:因周围岩体或支护失稳破坏而引起的隧道垮塌。5、坍方类型:掉块、偏帮、冒顶、关门。掉块:隧道局部岩块失稳而掉落,危害较小;偏帮:隧道边墙失稳破坏的坍方,处理不当将引起大坍方,危害较大;冒顶:发生于隧道拱部的坍方,个别可塌穿至地表,危害很大;关门:在隧道开挖面(掌子面)后方发生的坍方,多数可将前方施工人员、设备掩埋或
3、堵在塌体至开挖面(掌子面)之间,危害极大。,二、太中银铁路中交管段隧道工程简介新建铁路太原至中卫(银川)线(太中银铁路)位于京包铁路以南,陇海铁路以北的一条东西向一级铁路干线,东起山西太原,西至宁夏的中卫和银川,横跨山西、陕西和宁夏三省区,全长748.18Km,设计时速160Kmh,预留200Kmh。中交管段为太中银铁路ZQII标,为双线铁路,位于晋中盆地和吕梁山脉中南段,东西横跨山西、陕西两省九县市,全长166.78Km,主要工程为:路基土石方3080万方;桥梁115座46.65Km;涵洞268座8940横延米;隧道77座46.26Km;车站10座;铺架334.81Km;合同价57.02亿元
4、。总工期43个月,2006年9月1日开工,2010年3月20日竣工。工程特点:管理跨度大,工程类型多,质量标准高,合同包价低,施工环境差。,本段隧道77座46.26Km,占全线隧道总座数的71.3%,其中黄土隧道58座21.8Km;1Km以下隧道67座;柳林隧道7631m,是本标段最长隧道。施工方案为:500m以下隧道单工作面施工;5001000m隧道,根据工期需要单工作面或双工作面施工;1000m以上隧道双工作面或多工作面施工;短隧道群多座隧道采用单工作面施工施工方法为:土质隧道采用台阶法;石质隧道、级围岩采用全断面法,、级围岩采用台阶法。现隧道已完成70.2工程量,已贯通45座,安全质量可
5、控,预计今年底全部贯通,基本建成。,三、隧道易发生坍方的地段和部位在山区修建山岭隧道,因隧道穿越地区工程地质和水文地质条件复杂多变,决定了山岭隧道的施工难度,由于我国山多、地质类型多,这就决定了我国隧道施工是世界上最复杂、最困难的地区,随着我国国民经济发展的需要,地下空间不断得到开发利用,特别是铁路公路修建标准的提高,山岭隧道越来越多,越来越长,隧道施工中发生坍方的数量也就会有所增加。了解容易发生坍方的地段和部位,对预防隧道坍方非常重要。,1容易发生坍方的地段1.1 埋深较浅地段。山岭隧道埋深在100米以下时,围岩由于受到地表水侵蚀,风化严重,如施工不当,支护不力,易发生坍方。特别是浅埋和超浅
6、埋地段,更易发生坍方。1.2 断层破碎带及断层影响带。因其围岩破碎,自稳能力差,并有大量的填充物和地下水,如处理不当,极易发生坍方。地下水丰富时,易发生突水突泥。1.3 岩层接触带。因其岩性不同,且大多伴有小构造,若重视不够,可能会发生坍方。,1.4 高地应力地段,在软质围岩中,由于受到高地应力的影响,围岩变形较大,若支护不力,极易发生坍方。硬岩易发生岩爆。1.5 在高水位富水区段,由于地下水丰富,围岩受地下水影响较大,若措施不当,易发生坍方或突水。1.6 可溶岩地区,岩溶呈无规律性分布,随时会遇到意想不到的溶洞,若防备不及,溶洞内的填充物及水突然涌出或塌坍,将给工程造成极为不利的影响。特别是
7、高位富水区的大规模充填溶洞,危害更大。1.7 黄土地区及砂土地区,因围岩自稳能力差,若方法不当,支护不力,极易发生坍方。,2容易发生坍方的部位2.1 隧道洞口。隧道洞口集埋深浅,石质较差,受力结构复杂等不利因素于一体,处理不当极易发生坍方。2.2 隧道拱脚。当采用台阶法施工,开挖下部时,若台阶过长、拱脚悬空、背后空洞、支护不力、开挖过长,极易造成拱部冒顶或关门坍方。2.3 隧道墙脚。当进行检底施工时,措施不当、墙脚悬空、开挖过长,致使边墙失稳而发生偏帮。2.4 隧道拱部。当采用先拱后墙法施工 或拱部变形较大,支护强度不足、背后有空洞时,易发生掉拱塌坍。,2.4 隧道拱部。当采用先拱后墙法施工
8、或拱部变形较大,支护强度不足、背后有空洞时,易发生掉拱塌坍。2.5 隧道与隧道的交叉部位,即两洞交叉的部位,也就是通常所说的交叉三角区,因跨度大,受力复杂,如果处理不当,支护不力,极易发生坍方。2.6 在水平岩层或近似水平岩层中,拱部易发生掉顶;在垂直岩层或近似垂直岩层中,边墙易发生偏帮。 四、隧道洞口段施工防坍隧道洞口段具有埋深浅、石质破碎、受力结构复杂等特点。洞口段是隧道施工中极易发生坍方的地段,为避免坍方,应遵循“早进晚出,安全、经济”的设计施工原则,采取必要的防坍措施,安全通过洞口段。,1施工调查设计部门提供的施工图之地形地貌,往往与实际情况有出入,施工单位在进洞前必须对隧道洞口段实际
9、地形地貌进行勘察、测绘,为制定施工方案提供依据。隧道洞口段一般有三种情况:1.1 洞口不具备进洞条件(洞口有障碍物或紧靠河流悬崖等),或施工埸地狭窄,不能满足施工需要。1.2 洞口虽具备进洞条件,施工埸地也能满足施工需要,但地质条件较复杂,需要采取的加固措施不经济,或从正面进洞易引起坍方,增加工程成本。1.3 具备进洞条件,施工埸地满足施工需要。,2进洞位置的选择针对上述三种情况,应选择不同的进洞位置,以满足安全经济的要求。2.1 针对第一种情况,应及时向设计部门提出变更设计,并选择合适的位置设横洞,横洞的设置除满足设计规范要求外,横洞位置一般距洞口不大于500m。横洞的位置、方向应根据现埸实
10、际调查的地形情况确定,横洞的设置必须经设计部门同意,纳入整个工程设计,否则,将由施工单位承担相关费用及责任。 2.2 针对第二种情况,应对从正面进洞和设置横洞两种方案作详细的经济比较,选择较为经济合理的进洞方案。2.3 对于第三种情况,根据实际情况确定合理的洞口位置,制定详细的进洞施工方案,安全稳妥的从正面进洞。,3横洞设置工程实例下面是几座设置了横洞的隧道,现将这几座横洞情况列于附表1,供参考。,铁路隧道设置横洞一览表,附表1,附表1(续),这些横洞的设置,对确保进洞安全、拓宽施工埸地,提前进入正洞施工,减少弃碴二次倒运,降低工程成本,起到了很好的作用。,4进洞防坍施工措施4.1 从横洞进入
11、正洞反向施工出洞进入洞口段石质较破碎时,应采用正台阶法施工,并架设钢支撑,喷锚支护。接近洞口时,应缩短开挖进尺,从上部以小断面开挖出洞,打穿后,应从外部清除仰坡危石,并对洞口周边及仰坡进行必要的加固,加固措施一般采用喷锚支护。然后自上而下扩挖到设计断面,并按设计作好施工支护。隧道洞口段施工爆破时,应在洞外加强防护,避免飞石伤人。,4.2 从正面进洞施工洞门位置应根据实际地形情况进行必要的调整,并报设计单位同意后,按变更后的洞门位置施工。为减少植被的破坏,应尽量减少刷仰坡或不刷仰坡,一般埋深达到1.m以上时,即可采用暗挖施工。进洞施工前,应对仰坡进行喷锚网加固。洞口外土石方开挖时,不应一次开挖到
12、隧底设计标高,应开挖至隧道起拱线标高(或上半断面标高)即可,两侧边坡应随开挖随进行喷锚网支护。当明挖到地表距隧道拱顶1.m以上时,即可采用暗挖法进洞施工。,暗挖施工前,在开挖轮廓线外打超前管棚。在洞口外架设23榀钢支撑,间距0.50.7m,钢支撑与仰坡防护层联为一体。石质非常破碎时,管棚内应采用超前注浆,对围岩进行加固。正台阶法开挖进洞,按设计作好支护施工。台阶长度5m左右,逐步开挖进洞,并封闭成环。洞口段开挖支护完毕,为确保安全,应及时施作二次衬砌或明洞和洞门。洞口段爆破施工时,应作好安全防护,防止飞石伤人。洞口段施工顺序详见附图。,附 图,五、采用正确的施工方法防坍在山岭隧道施工 中,如果
13、施工方法使用不当,不仅不能加快施工进度,而且也不能保证工程质量和施工安全,极易造成坍方。常用的施工方法如何选择安全合理实用的施工方法,与围岩级别和隧道断面的大小密切相关,下面是山岭隧道施工中常用的几种施工方法。1全断面法:适用于围岩整体性好,较坚硬的各种类型隧道,将隧道一次开挖爆破成型,其特点是施工速度快,爆破震动次数少,便于利用大型 施工设备施工。,2台阶法:适用于围岩整体性较差,石质破碎软弱的中小型断面的隧道。其特点为:适用于不同围岩和断面,利于变换施工方法,台阶的级数和长度可根据围岩的软弱程度设置,一般情况下,台阶数为23级,台阶长度为35M,是在软弱围岩隧道施工中,最为常用的一种施工方
14、法。3侧壁导坑法:分为单侧壁导坑和双侧壁导坑两种,适用于围岩整体性差,破碎软弱的大中型断面的隧道。其特点为:工序较多,施工干扰较大,质量管理较困难,施工速度较慢,较不利于施工方法的变通,但对大断面隧道中处理软弱围岩,是一种安全有效的施工方法。,4CRD法:适用于断面大,围岩特别破碎软弱的隧道,特点为:工序多,施工干扰大,质量管理困难,施工速度慢,不利于施工方法的变通,但在大断面隧道中处理软弱围岩,是一种最安全有效的施工方法。5中导坑法:适用于有辅助坑道(平行导坑、横洞、斜井)的隧道,在围岩较好的地层中,中导坑超前隧道正面施工,由隧道正面扩挖的一种方法。其特点是在辅助导坑内开辟正洞的第二工作面,
15、加快了施工速度,利于施工通风,可利用导坑提前贯通。此方法不宜在围岩软弱破碎的地层中使用。各种施工方法在不同围岩和隧道中的适用情况详见附表2。,施工方法适用表,附表2,注:“”为常用施工方法,“”为可用施工方法。,附表2(续),不推荐使用的施工方法在山岭隧道施工中,也曾出现过其他一些施工方法,随着隧道施工技术的不断提高和完善,这些施工方法大多过于陈旧老化,不利于施工安全、施工速度和工程质量的提高,已在现代隧道施工中被逐步淘汰。1漏斗棚架法:是木支撑时代较为常用的一种施工方法,由于其施工工序多,施工速度慢,现代隧道施工中已不再使用。2半断面法或长台阶法:此方法多在短隧道中使用,由于下半断面没有及时
16、施工,上部暴露时间长,在开挖下部时易发生塌坍,一般不允许采用半断面法。,3先拱后墙法:在现代隧道施工中,均采用拱墙衬砌一次灌注成型,工程质量和施工安全能够得到保证。但先拱后墙法衬砌施工,是建立在半断面开挖的基础上,为使拱部及时封闭,而将拱部衬砌先期施工,边墙衬砌则跳挖马口施工的一种方法。此方法安全性差,边墙挖马口时,拱部衬砌由受力结构变为压在边墙岩体上的荷 载,稍有不慎,就会发生掉拱事故,甚至发生大坍方。在灌注边墙砼时,很难保证边墙与拱部联接处砼的密实,工程质量不能得到保证,先拱后墙法衬砌施工不再使用。4先墙后拱法:是先做边墙衬砌,后做拱部衬砌,将拱墙衬砌分两部施工的一种施工方法。由于其工序多,工程质量不易得到保证,一般不采用先墙后拱法施工。,六、常用的辅助施工方法在隧道施工中必要的辅助施工方法,是确保隧道施工安全的重要手段。现介绍几种常用的辅助施工方法。1大管棚:一般应用于洞口段或隧道内围岩极破碎地段超前支护,管径80150mm,管长1030m,环距3040cm,沿开挖轮廓线外,水平打进,采用钻孔机钻孔后安管或直接用夯管机夯进,从管口向管内注水泥浆。2小管棚:应用于围岩破碎软弱地段超前支护,管径40mm,管长23.5m,环距2030cm,管壁周边钻10mm小注浆孔,沿开挖轮廓线打进,外插角25,从管口注浆加固地层。,