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1、甘肃交通职业技术学院,隧 道 施 工,主讲教师：马安财 2011.11,不良和特殊地质地段隧道施工,一、不良和特殊地质地段施工一般规定 1不良地质地段 不良地质地段是指滑坡、崩坍、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施工的不良地质环境。 不良地质地段的变异条件是非常复杂的。设计文件提供的地质资料，施工前所制定的施工方法和防范措施及对策，不可能自始至终完全符合实际情况，因此，在施工全过程中，应经常观察地层与地质条件的变化，勤检查支护与衬砌的受力状态，及时排险，防止突然事故的发生。,不良和特殊地质地段隧道施工,2.特殊地质地段 特殊地质地段是指膨胀地层，软弱
2、黄土地层，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。 特殊地质地段隧道，由于岩层的地质成因复杂，地质条件具有突变性，事故具有突发性，对隧道施工的危害性极大，如果仅靠常规的隧道施工技术和施工方法是很难克服殊地质地段进行隧道施工时，除了应遵守一般技术要求外，还应采取针对性较强的辅助方法施工。在开挖、支护衬砌施工中，由于各种因素的影响可能会发生土石坍塌，坑道受压支撑被压坏，衬砌结构断裂和各种特殊施工难题，严重影响施工进度、安全和工程质量。瓦斯溢出地层，更严重地威胁着隧道施工安全。,不良和特殊地质地段隧道施工,不良和特殊地质地段的工程问题，虽然有的是在勘察阶段就已经查明的，在施工
3、阶段采取相应的对策，但有的则是在施工阶段才发现的，使施工处于十分被动的局面。因此，掌握在不良和特殊地质段隧道施工时应注意的问题和处理方法是十分必要的。 隧道现场围岩及支护结构变形监控量测，以及反馈用于修改设计支护参数，指导施工，对隧道建筑构造物来说，具有重要作用和积极的意义，效果也是十分显著的。不良地质和特殊地质地段隧道围岩变形大，变化快、事故具有突发性的特点，因此，积极采取现场围岩变形量测，及时了解变形量，变形时间及空间变化规律是非常有益的。这样，施工开挖与支护衬砌就有了较充分的科学依据，可以减少施工中人为主观因素的影响等。,不良和特殊地质地段隧道施工,二、不良和特殊地质地段隧道施工注意事项
4、 1编制施工计划注意的事项 施工前应组织有关人员对隧道工程设计文件、图纸、资料，尤其应对勘测设计所提供的工程地质和水文地质资料进行认真详细的研究分析，了解设计意图，并深入细致地作施工调查，对地质资料应进行专门调查研究，特别应查明隧道影响范围内的各种不良地质，特殊地质地段的围岩级别，进行施工地质调查，超前钻探和超前进行弹性波探侧，是预报隧道中复杂、多变地段重大不良地质情况的有效手段。,不良和特殊地质地段隧道施工,在充分调查研究的基础上，根据围岩类别结合施工单位的具体情况，综合考虑各种因素，拟定施工方案。并根据确定的施工方案，制定相应的施工方法和技术措施，编制实施性施工组织设计，编制主要材料、劳动
5、力、机具设备的数量及供应计划，以使隧道工程施工达到安全、优质、高效的目标。 2不良和特殊地质地段，选择施工方法注意事项 施工中应经常观察围岩和地下水的变异情况，量测支护，衬砌的受力情况，注意地形、地貌和地表的变化，防止突然事故的发生。一旦发现险情，应立即分析情况并采取相应技术措施，迅速处理。渗水地段，应及时治水，其技术要求和作业应以“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则。,不良和特殊地质地段隧道施工,选择隧道施工方法(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论证
6、等因素而确定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及变更的可能性，以免因施工方法或技术措施不妥造成施工失误导致施工事故，延误施工进度和增加投资。 3不良和特殊地质地段，加强监控和量测工作 采用新奥法施工的隧道，为掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全及工程质量，应实施现场量测，充分利用监控量测指导施工。,不良和特殊地质地段隧道施工,对软岩浅埋地段隧道，须进行地表下沉观测，以及对开挖面的地质素描及对围岩和支护的应力、应变测试等，这些对及时预报洞体稳定程度和力学动态，及时修正支护设计参数和改变施工方法，采取针对性技术措施都是十分重要的。 4.使用锚喷技术注意事项
7、特殊地质地段隧道，除大面积淋水地段、流沙地段外。均可采用锚喷支护施工。施工时应符合下列要求: 当开挖工作面自稳性很差，难以开挖成型时，在清除危石后，应尽快在开挖面上喷射厚度不小于5cm的混凝土护面，必要时，可在开挖轮廓线处和开挖面上打超前锚杆，其长度宜大于开挖进尺的3倍。,不良和特殊地质地段隧道施工,当锚杆支护完成后，仍不能提供足够的支护能力时，应及时设置钢架支撑加强支护。 另外，隧道穿过未胶结松散地层和严寒地区冻胀地层等，施工时应采取相应的措施，如先护后挖，密闭支撑、边开挖边封闭的办法。 5.采用临时支护时注意事项 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:
8、)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。构件支撑基础应铺设垫板。当支撑出现变形、断裂时，应立即加固或部分撒换，以确保安全和工程质量；,不良和特殊地质地段隧道施工,围岩出现底部压力，产生底鼓现象或可能产生沉陷时，应加设底梁； 当围岩极为松软破碎时，必须先护后挖，暴露面应采用支撑封闭严密； 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； 构件支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。,不良和特殊地质地段隧道施工,6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。无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法或人工和机械混合开挖法，应视地质环境，工程质量和安全等条件
9、合理选用。如选用钻爆法施工时，采用光面爆破和预裂爆破技术，能使开挖轮廓线符合设计要求及减少对围岩的扰动破坏。 爆破应严格按照钻爆设计进行施工，而钻爆设计时，应严格控制炮眼数量、深度和装药量。如遇到地质变化，应及时修改完善设计和改变施工方法，采用相应的辅助施工方法。,不良和特殊地质地段隧道施工,7掘进时遇有围岩压力过大注意事项 围岩压力过大，支撑下沉可能侵入衬砌设计断面时，必须挑顶，并按以下方法处理: 拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑后扩； 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，待混凝上达到所需设计强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分； 挑顶作业(即将隧道顶部
10、提高)，宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。,不良和特殊地质地段隧道施工,8遇有松散、自稳差的围岩，掘进时注意事项 对于极松散的未固结围岩、自稳性极差的围岩，当采用先支护后挖法施工时，仍不能开挖成型时，宜先用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以达到提高围岩自稳性的目的。 9衬砌出现开裂或下沉时注意事项 特殊地质地段隧道衬砌，为防止围岩松胀，岩石压力作用在衬砌结构上，致使衬砌出现开裂，下沉等不良现象，采用模筑衬砌施工时，除应遵守公路隧道施工技术规定(JTG F602009)的有关规定施工外，并应注意下列要求: 当拱脚、墙基松散时，灌筑混凝土前应排净基底积水，并采取措施加固基底；,不良和特殊地
11、质地段隧道施工,衬砌混凝上应采用提高标号及掺速凝剂、早强剂或用早强水泥等，以达到提高衬砌的早期承载能力； 仰拱施工，应在边墙完成后抓紧进行，或根据需要在初期支护完成后立即施作仰拱，使衬砌结构尽快封闭，构成环形以改善受力状态，确保衬砌结构的长期稳定坚固。 10. 特殊地质地段隧道施工方案，应由设计，施工主管技术负责人共同研究确定。在监控、量测过程中，发现设计与实际情况不符合时，或地质变异时，施工单位应会同有关方面，如设计、监理、,不良和特殊地质地段隧道施工,各种不良地质隧道的施工,一、膨胀土围岩,膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具
12、有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。 所谓的膨胀性围岩是指一些特殊的围岩体，如含蒙脱石、高岭土石等的泥岩、页岩、长石、云母、蛇纹岩等岩石，它们在水的物理化学作用下，体积会发生膨胀。 我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一。现已发现有膨胀土发育的地区达20 余个省、市、自治区，遍及西南、西北、东北、长江与黄河中下游及东南沿海地区。其中，主要有：云南、贵州、四川、湖北、安徽、广东、广西、陕西、山西、河南、山东和河北等省区，分布是十分广泛的。,一、膨胀土围岩,（一）膨胀土围岩的特性 隧道穿过膨胀土地层，隧道开挖后不久，常常可以见到围岩因开挖而产生变形，或者因
13、浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入，底部鼓起，随着时间的增长导致围岩失稳，支撑、衬砌变形和破坏。这些现象说明膨胀土围岩性质是极其复杂的。它与一般土质的围岩性质有着根本的区别。 膨胀土围岩的基本特性，主要有以下三方面： 1膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力。当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。,一、膨胀土围岩,2膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。由于膨胀土体在天然原始
14、状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。 3膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。,一、膨胀土围岩,（二）膨胀土围岩对隧道施工的危害 由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使膨胀土的隧道围岩具有普遍开裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象。膨胀土隧道围岩变形常具有速度快
15、、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点。施工中常见的几种情况，简述如下： 1围岩裂缝：隧道开挖后，由于开挖面上土体原始应力释放产生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大。沿围岩周边产生裂缝，尤其在拱部围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。,一、膨胀土围岩,2坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，而产生坑道下沉变形。坑道的下沉，往往造成支撑变形、失效，进而引起土体坍塌等现象。 3围岩膨胀突出和坍塌：膨胀土开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀土变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。在土体丧失支撑或
16、支撑力不够的状态下，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，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。 4底鼓：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又无支护体约束的条件下，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。因而造成洞底围岩鼓出变形。,一、膨胀土围岩,5衬砌变形和破坏：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。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、脱皮、掉块现象。在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可发展到张开、错台。当采用直墙时，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缝的情况。当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出现底部鼓起，铺底被破坏。,一、膨胀土围岩,（三）膨胀土围岩的隧道施工要点 1加强调查、量测围岩的压力和流变 在膨胀土地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提
