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1、不良地质隧道施工要点(二二二二)特殊地质地段特殊地质地段特殊地质地段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、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。斯溢出地层等。二、开挖和支护过程中可能造成的危害二、开挖和支护过程中可能造成的危害土石坍塌土石坍塌 隧道支撑变形隧道支撑变形衬砌结构断裂衬砌结构断裂严重影响施工进度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、机械储备制定完整预案，做好技术、物资、机
2、械储备制定地质预测、预报方案制定地质预测、预报方案根据预报结果及时调整施工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四、不良地质地段隧道施工注意事项1.1.选择施工方法注意事项选择施工方法注意事项选择施工方法注意事项选择施工方法注意事项施工以施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。为指导原则。选择施工方法选择施工方法(包括开挖及支护包括开挖及支护)时，应以安全及工程时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工
3、程地质及水文地质条质量为前提，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、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。能性，以免造成工程失误和增加投资。2.2.加强监控和量测工作加强监控和量测工作加强监控和量测工作加强监控和量测工作3.3.使用喷锚技术注意事项使用喷锚技术注意事项使用喷锚技术注意事项使用喷锚技术注意事项 (1)爆爆破破后后如如开开挖挖工工作
4、作面面有有坍坍塌塌可可能能时时，应应在在清清除除危危石后及时喷射混凝土护面。石后及时喷射混凝土护面。(2)锚锚喷喷支支护护后后仍仍不不能能提提供供足足够够的的支支护护能能力力时时，应应及早装设钢拱架支撑加强支护。及早装设钢拱架支撑加强支护。4.4.采用临时支护时注意事项采用临时支护时注意事项采用临时支护时注意事项采用临时支护时注意事项 (1)支支撑撑要要有有足足够够的的强强度度和和刚刚度度，能能承承受受开开挖挖后后的的围岩压力。围岩压力。(2)围围岩岩出出现现底底部部压压力力，产产生生底底膨膨现现象象或或可可能能产产生生沉沉陷时应加设底梁陷时应加设底梁 (3)当当围围岩岩极极为为松松软软破破碎
5、碎时时，应应采采用用先先护护后后挖挖，暴暴露露面应用支撑封闭严密；面应用支撑封闭严密；(4)根根据据现现场场条条件件，可可结结合合管管棚棚或或超超前前锚锚杆杆等等支支护护，形成联合支撑形成联合支撑 (5)支支护护作作业业应应迅迅速速、及及时时，以以充充分分发发挥挥构构件件支支撑撑的的作用。作用。5.5.选用掘进方法时注意事项选用掘进方法时注意事项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，不宜采用全断面开挖。应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。视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。6.6.掘进时遇有围岩压力过
6、大注意事项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。挖，暴露面应用支撑封闭严密。7.7.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
7、事项遇有松散、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8.8.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 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。当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。基底。五、我国不良地质隧道施工现状五、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我国已接近或达到世界先进行列我国已接近或达到世界先进行列我国已接近或达到世界先进行列大瑶山隧道大瑶
8、山隧道9号断层号断层大瑶山隧道处在京广铁路衡广复线的大瑶山隧道处在京广铁路衡广复线的坪石至乐昌间，全长坪石至乐昌间，全长14.295公里公里,是目是目前国内最长的双线电气化隧道。前国内最长的双线电气化隧道。隧道采用隧道采用“三斜一竖三斜一竖”的施工方案的施工方案,隧道中部穿过的隧道中部穿过的465米长米长的的9#断层地段，最大涌水量每昼夜高达断层地段，最大涌水量每昼夜高达40000m3,是整座隧道是整座隧道的控制地段。隧道全面的控制地段。隧道全面 运用新奥法原理施工运用新奥法原理施工,最高单口独头月最高单口独头月成洞成洞217双线米。双线米。1981年年11月开工，月开工，1989年年12月建
9、成。获国家月建成。获国家科技进步奖特等奖。科技进步奖特等奖。云台山隧道云台山隧道云台山隧道位于侯云台山隧道位于侯(马马)月月(山山)铁路线铁路线山西沁水县和翼城县相邻处，穿越山西沁水县和翼城县相邻处，穿越中条山主峰。中条山主峰。线隧道长线隧道长8 145 m，线隧道长线隧道长8 178 m，双线分修，电，双线分修，电气化单线断面。气化单线断面。主要地质问题：主要地质问题：v线隧道进口通过线隧道进口通过192 m古河槽地段，为土夹碎石层；古河槽地段，为土夹碎石层；v洞身穿越煤系地层洞身穿越煤系地层1 740 m，揭煤，揭煤13次，有瓦斯；次，有瓦斯；v穿越较大的断裂带穿越较大的断裂带4条，条，v
10、膨胀性围岩地段占全隧总长膨胀性围岩地段占全隧总长 的的96%。v全隧昼夜涌水量约全隧昼夜涌水量约9 850m3。家竹箐隧道家竹箐隧道家竹箐隧道是中国铁路瓦斯含量最家竹箐隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威高的长大隧道，位于南昆铁路威（舍）红（果）段的鲁番站与上西（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。隧道全长铺站之间。隧道全长4975米。米。隧道洞身有隧道洞身有1085米是煤系米是煤系 地层，主要煤层共地层，主要煤层共14层，各煤层层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过瓦斯压力测算值大多超过0.6MPa，最高的达到，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
11、达到每小据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时时349立方米。因此，家竹箐隧道属高瓦斯立方米。因此，家竹箐隧道属高瓦斯 有突出危险的有突出危险的隧道，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。没有先例。第二节第二节 富水断层破碎围岩富水断层破碎围岩一、概述一、概述 断断断断层层层层破破破破碎碎碎碎带带带带是是隧隧道道施施工工中中最最常常见见的的不不良良地地质质地地段段，断断层层带带内内岩岩体体挤挤压压破破碎碎，常常呈呈块块石石、碎碎石石或或角角砾砾状状有有的的甚甚至至呈呈断断层层泥泥，岩岩体体强强度度低低，围围岩岩压压
12、力力增增大大，自自稳稳能能力力下下降，容易坍塌，施工困难。降，容易坍塌，施工困难。富富富富水水水水软软软软岩岩岩岩是是指指在在各各类类土土质质、软软岩岩、极极严严重重风风化化的的各各种种岩岩层层、极极软软弱弱破破碎碎的的断断层层带带以以及及堆堆积积、坡坡积积层层中中，在在富富含含地地下下水水的的情情况况下下，岩岩体体强强度度很很低低，自自稳稳能能力力极极差的围岩。差的围岩。二、开挖施工要求二、开挖施工要求(一一一一)充分应用超前地质预报充分应用超前地质预报充分应用超前地质预报充分应用超前地质预报 1.1.预报方法预报方法预报方法预报方法地地质质预预报报方方法法主主要要有有：钻钻孔孔超超前前探探
13、测测；对对超超前前导导坑坑进进行行地地质质、水水文文观观测测素素描描；地地震震波波、声声波波、地地质质雷雷达等物理探测。达等物理探测。2.2.预报的重点内容预报的重点内容预报的重点内容预报的重点内容预预测测开开挖挖面面前前方方的的地地质质情情况况，围围岩岩整整体体性性、断断层层、软软弱弱破破碎碎带带在在前前方方的的位位置置和和对对施施工工的的影影响响，地地下下水水活动情况等。活动情况等。3.3.预报方式预报方式预报方式预报方式长期预报长期预报总总体体预预报报，预预报报断断层层规规模模、分分布布、性性质质、构构造造分分带带，富水性等，并分段作出工程地质评价。富水性等，并分段作出工程地质评价。中期
14、预报中期预报岩石微观构造研究岩石微观构造研究工程地质类比工程地质类比地震反射波法地震反射波法地质雷达法地质雷达法图析法图析法短期预报短期预报开挖面及其附近的预测预报开挖面及其附近的预测预报掌子面超前钻孔预报掌子面超前钻孔预报(二二二二)注浆堵水并加固围岩注浆堵水并加固围岩注浆堵水并加固围岩注浆堵水并加固围岩富富水水软软弱弱破破碎碎围围岩岩隧隧道道处处理理地地下下水水原原则则一一般般是是：以堵截为主，排引为辅。以堵截为主，排引为辅。以堵截为主，排引为辅。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特大涌水采用辅助导坑排水堵截地下水
15、的办法主要有两类：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。整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。对对富富水水地地段段沿沿隧隧道道开开挖挖轮轮廓廓线线以以外外进进行行环环形形注注浆浆，形成止水帐幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。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。排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。当当地地下下水水与与地地表表水水连连通通时时，埋埋深深小小于于20m采采用用地地表表注浆，埋深大于注浆，埋深大于20m时采用洞内注浆时采用洞内注浆 正洞正洞正洞正洞平行导坑平行导坑平行导坑平行导坑(c)(c)
16、平导超前注浆平导超前注浆平导超前注浆平导超前注浆正注浆区域正注浆区域正注浆区域正注浆区域已注浆区域已注浆区域已注浆区域已注浆区域(a)(a)洞内超前注浆洞内超前注浆洞内超前注浆洞内超前注浆(b)(b)地表超前注浆地表超前注浆地表超前注浆地表超前注浆(三三三三)开挖及支护开挖及支护开挖及支护开挖及支护单单线线隧隧道道采采用用正正台台阶阶预预留留核核心心土土环环形形开开挖挖法法，双双线线和和多多线线隧隧道道采采用用CD法法、CRD法法或或双双侧侧壁壁导导坑法，循环进尺坑法，循环进尺0.51.0m开开挖挖手手段段上上，采采取取两两种种方方法法，一一是是在在特特别别软软弱弱的的围围岩岩段段，采采用用非
17、非钻钻爆爆开开挖挖，如如利利用用十十字字镐镐、风风镐镐开开挖挖或或利利用用小小型型挖挖装装机机开开挖挖。另另一一种种是是采采用用控控制制爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。开挖施工要求开挖施工要求根据量测结果及时调整支护参数根据量测结果及时调整支护参数 支护施工要求支护施工要求 根据量测结果确定施作时机根据量测结果确定施作时机衬砌施工要求衬砌施工要求 仰拱必须及早施作，形成封闭结构仰拱必须及早施作，形成封闭结构 三、工程实例三、工程实例京九线岐岭隧道京九线岐岭隧道 1、工程概况、工程概况2、初期施工情况、初期施工情况 围岩自稳及自承能力极差围岩自稳及自承能力
18、极差富水富水3、地质原因分析、地质原因分析方案比选方案比选4、施工方案、施工方案v桩柱法桩柱法v双侧壁导坑法双侧壁导坑法综合排水技术综合排水技术5、具体施工方法、具体施工方法封堵疏排地表水，杜绝地表水和降水的补给封堵疏排地表水，杜绝地表水和降水的补给v截水沟截水沟v地表混凝土封闭地表混凝土封闭平导与泄水洞截、排水平导与泄水洞截、排水深井点降水深井点降水洞内降排水洞内降排水v负压抽水负压抽水v开挖中的疏排水开挖中的疏排水支护体系设计与施工支护体系设计与施工5、具体施工方法、具体施工方法超前预加固超前预加固v侧壁导坑、泄水洞及平导侧壁导坑、泄水洞及平导v上弧导上弧导初期支护初期支护二次衬砌二次衬砌
19、v第一次第一次60cmv第二次第二次30cm深孔长套管劈裂注浆深孔长套管劈裂注浆5、具体施工方法、具体施工方法注浆方法注浆方法v分段长套管前进式注浆分段长套管前进式注浆v挤压注浆挤压注浆v渗透注浆渗透注浆注浆材料注浆材料v水泥水泥水玻璃双浆液水玻璃双浆液注浆施工注浆施工v拱部大管棚注浆施工拱部大管棚注浆施工v突水涌泥段注浆施工突水涌泥段注浆施工v极软致密原状地层中的注浆施工极软致密原状地层中的注浆施工6、施工效果、施工效果提前提前1.5个月贯通个月贯通第三节第三节膨胀性和挤压性围岩膨胀性和挤压性围岩一、基本概念一、基本概念膨胀岩膨胀岩膨胀岩膨胀岩矿物成分：亲水性矿物，蒙托石、伊利石矿物成分：亲
20、水性矿物，蒙托石、伊利石特性：吸水膨胀软化，失水收缩硬裂特性：吸水膨胀软化，失水收缩硬裂挤压性围岩挤压性围岩挤压性围岩挤压性围岩强度低，在高地应力作用下产生强度低，在高地应力作用下产生“剪胀剪胀”二、膨胀性围岩的基本特征与分级二、膨胀性围岩的基本特征与分级(一一一一)膨胀岩基本特征膨胀岩基本特征膨胀岩基本特征膨胀岩基本特征 (1)质软，强度低质软，强度低 (2)自由膨胀率高自由膨胀率高 (3)空隙率大空隙率大 (4)易风化、崩解性强易风化、崩解性强 (5)膨胀压力大膨胀压力大(二二二二)膨胀岩的判别与分级膨胀岩的判别与分级膨胀岩的判别与分级膨胀岩的判别与分级判别依据判别依据间接反应岩石膨胀指标
21、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载下的膨胀率大小的指标判别程序判别程序初步判定初步判定详细判定详细判定膨胀岩的判别标准膨胀岩的判别标准 膨胀岩的分级膨胀岩的分级 膨胀岩的物理力学指标膨胀岩的物理力学指标 三、膨胀性围岩对隧道施工的危害三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普通开裂围岩普通开裂围岩普通开裂围岩普通开裂坑道下沉坑道下沉坑道下沉坑道下沉围岩膨胀突出和坍塌围岩膨胀突出和坍塌围岩膨胀突出和坍塌围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起隧道底部隆起隧道底部隆起隧道底部隆起衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏衬砌变形
22、和破坏四、高地应力作用下的软岩四、高地应力作用下的软岩 1.1.高地应力软岩的概念高地应力软岩的概念高地应力软岩的概念高地应力软岩的概念 当当围围岩岩内内部部的的最最大大地地应应力力与与围围岩岩强强度度的的比比值值达达到到某某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。一水平时，才能称为高地应力或极高应力。围岩强度应力比围岩强度应力比=(1)围岩大变形量的划分围岩大变形量的划分 铁路隧道大变形的变形量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挤压性隧道的大变形分级标准 2.2.高地应力挤压性围岩的变形特点
23、高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点 变形量大变形量大变形量大变形量大 最最最最大大大大变变变变形形形形可可可可达达达达数数数数10cm10cm至至至至100cm100cm以以以以上上上上。家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道初初初初期期期期支支支支护护护护周周周周边边边边位位位位移移移移曾曾曾曾达达达达210cm210cm，一一一一般般般般80100cm80100cm，拱拱拱拱顶顶顶顶下下下下沉沉沉沉6080cm6080cm，隧隧隧隧道道道道隆隆隆隆起起起起80cm80cm。堡堡堡堡子子子子梁梁梁梁隧隧隧隧道道道道排排排排架架架架下下下下沉
24、沉沉沉120cm120cm，边边边边墙墙墙墙向向向向下下下下挤挤挤挤进进进进3040cm3040cm。关关关关角角角角隧隧隧隧道道道道底底底底鼓鼓鼓鼓约约约约100cm100cm，边边边边墙墙墙墙向向向向内内内内挤挤挤挤很很很很大大大大。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道岭岭岭岭脊脊脊脊段段段段最最最最大大大大水水水水平平平平收收收收敛敛敛敛达达达达1209mm1209mm，最最最最大大大大拱拱拱拱顶顶顶顶下下下下沉沉沉沉367mm367mm。平平平平均均均均累累累累计计计计变变变变形形形形按按按按F4F4、志志志志留留留留系系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩、F7F
25、7几几几几区区区区段段段段分分分分别别别别为为为为90120mm90120mm、200400mm200400mm、150550mm150550mm。2.2.高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点 变形速度高变形速度高变形速度高变形速度高 家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道初初初初期期期期支支支支护护护护变变变变形形形形速速速速度度度度达达达达34cm/d34cm/d。奥奥奥奥地地地地利利利利的的的的 陶陶陶陶 恩恩恩恩 隧隧隧隧 道道道道 最最最最 大大大大 变变变变 形形形形 速速速速 度度度度 高高高高 达达达
26、达 20cm/d20cm/d，一一一一 般般般般 也也也也 达达达达510cm/d510cm/d。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道道道道岭岭岭岭脊脊脊脊段段段段变变变变形形形形量量量量测测测测开开开开始始始始阶阶阶阶段段段段变变变变形形形形速速速速率率率率最最最最高高高高达达达达167mm/d167mm/d，最最最最大大大大变变变变形形形形速速速速率率率率按按按按F4F4、F5F5、志志志志留留留留系系系系板板板板岩岩岩岩夹夹夹夹千千千千枚枚枚枚岩岩岩岩、F7F7几几几几区区区区段段段段分分分分别别别别可可可可达达达达73mm/d73mm/d、143 143 mm/dmm/d、165mm/d
27、165mm/d、167mm/d167mm/d。2.2.高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点 变形持续时间长变形持续时间长变形持续时间长变形持续时间长 由由由由于于于于软软软软弱弱弱弱围围围围岩岩岩岩具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的流流流流变变变变性性性性质质质质和和和和低低低低强强强强度度度度，开开开开挖挖挖挖后后后后应应应应力力力力重重重重分分分分布布布布的的的的持持持持续续续续时时时时间间间间长长长长。变变变变形形形形的的的的收收收收敛敛敛敛持持持持续续续续时时时时间间间间也也也也较较较较长长长长。短短短短
28、者者者者数数数数十十十十天天天天，长长长长者者者者数数数数百百百百天天天天，一一一一般般般般也也也也需需需需百百百百多多多多天天天天。家家家家竹竹竹竹箐箐箐箐隧隧隧隧道道道道收收收收敛敛敛敛时时时时间间间间在在在在百百百百天天天天以以以以上上上上。日日日日本本本本惠惠惠惠那那那那山山山山隧隧隧隧道道道道时时时时间间间间大大大大于于于于300300天天天天，阿阿阿阿尔尔尔尔贝贝贝贝格格格格隧隧隧隧道道道道收收收收敛敛敛敛时时时时间间间间为为为为100150d100150d。乌乌乌乌鞘鞘鞘鞘岭岭岭岭隧隧隧隧道大变形区段变形持续时间达道大变形区段变形持续时间达道大变形区段变形持续时间达道大变形区段变
29、形持续时间达120d120d，一般要，一般要，一般要，一般要4050d4050d。2.2.高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点高地应力挤压性围岩的变形特点 支护破坏形式多样支护破坏形式多样支护破坏形式多样支护破坏形式多样 喷喷喷喷层层层层开开开开裂裂裂裂、剥剥剥剥落落落落；型型型型钢钢钢钢拱拱拱拱架架架架或或或或格格格格栅栅栅栅发发发发生生生生扭扭扭扭曲曲曲曲；底底底底部部部部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。高高高高地地地地应应应应力力力力使使使使坑坑
30、坑坑道道道道周周周周边边边边围围围围岩岩岩岩的的的的塑塑塑塑性性性性区区区区增增增增加加加加，破破破破坏坏坏坏范范范范围围围围增增增增大大大大。特特特特别别别别是是是是支支支支护护护护不不不不及及及及时时时时或或或或结结结结构构构构刚刚刚刚度度度度、强强强强度度度度不不不不当当当当时时时时围围围围岩岩岩岩破坏范围可达破坏范围可达破坏范围可达破坏范围可达5 5倍洞径。倍洞径。倍洞径。倍洞径。围岩破坏范围大围岩破坏范围大围岩破坏范围大围岩破坏范围大五、挤压性围岩的隧道设计理念五、挤压性围岩的隧道设计理念 1.1.柔性结构设计柔性结构设计柔性结构设计柔性结构设计膨膨胀胀性性和和挤挤压压性性围围岩岩的
31、的隧隧道道结结构构设设计计方方法法主主要要可可归归纳纳为为两两类类：一一是是减减轻轻作作用用在在支支护护结结构构上上的的荷荷载载而而容容许许发发生生一一定定位位移移的的方方法法(柔柔性性结结构构设设计计)，另另一一是是为为了了控控制制松松弛弛而而尽尽可可能能早早地地控控制制位位移移的的方方法法(刚刚性性结结构设计构设计)。(1)先行导坑法先行导坑法(2)多重支护方法多重支护方法 2.2.刚性结构设计刚性结构设计刚性结构设计刚性结构设计(1)大刚度支护和衬砌结构大刚度支护和衬砌结构 (2)大范围围岩加固法大范围围岩加固法 (3)可缩式支护方法可缩式支护方法 (4)分阶段综合控制法分阶段综合控制法
32、 六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工 1.1.加强调查、量测围岩的压力和流变特性加强调查、量测围岩的压力和流变特性加强调查、量测围岩的压力和流变特性加强调查、量测围岩的压力和流变特性2.2.合理选择施工方法合理选择施工方法合理选择施工方法合理选择施工方法 3.3.防止围岩湿度变化防止围岩湿度变化防止围岩湿度变化防止围岩湿度变化 4.4.合理进行围岩支护合理进行围岩支护合理进行围岩支护合理进行围岩支护 5.5.适时衬砌控制变形适时衬砌控制变形适时衬砌控制变形适时衬砌控制变形 (1)喷锚支护，稳定围岩喷锚支护，稳定围岩 (2)衬砌结构及早闭合衬砌结构及早闭合 典型的大变形
33、隧道典型的大变形隧道典型的大变形隧道典型的大变形隧道 奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道奥地利的陶恩隧道阿尔贝格隧道阿尔贝格隧道阿尔贝格隧道阿尔贝格隧道日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道日本的惠那山隧道我国的家竹箐隧道我国的家竹箐隧道我国的家竹箐隧道我国的家竹箐隧道七、工程实例七、工程实例乌鞘岭隧道乌鞘岭隧道(1)工程概况工程概况 兰兰州州至至武武威威段段是是中中国国铁铁路路“八八纵纵八八横横”中中欧欧亚亚大大陆陆桥桥的的重重要要组组成成部部分分，是是内内地地通通往往新新疆疆等等西西部部地地区区的的重重要要通通道道。该该线线东东起起兰兰州州站站，经经河河口口南南、永
34、永登登至至打打柴柴沟沟，翻翻越越乌乌鞘鞘岭岭至至武武威威南南站站，全全长长二二百百九九十十八八公公里里，随随着着西西部部大大开开发发客客货货运运输输量量的的急急剧剧增增加加，目目前前的的单单线线能能力力远远远远不不能能满满足足需需求求，只只能能靠增建二线铁路来解决。靠增建二线铁路来解决。设设计计为为两两座座单单线线隧隧道道，隧隧道道长长20050m，隧隧道道出出口口段段线线路路位位于于半半径径为为1200m的的曲曲线线上上，右右、左左缓缓和和曲曲线线伸伸入入隧隧道道分分别别为为68.84m及及127.29m，隧隧道道其其余余地地段段均均位位于于直直线线上上，线线间间距距40m，两两隧隧道道线线
35、路路纵纵坡坡相相同同，主主要要为为11的的单单面面下下坡坡,右右线线隧隧道道较较 左左线线隧隧道道高高0.560.73m，洞洞身身最最大大埋埋深深1100m左左右右。隧隧道道左左、右右线线均均采采用用钻钻爆爆法法施施工工，右右线线隧隧道道先先期期开开通通。隧隧道道辅辅助助坑坑道道共共计计15座座，其其中中斜斜井井13 座座，竖竖井井1座座，横洞横洞1座。座。(2)工程特点工程特点地质构造发育地质构造发育地应力高、分布复杂地应力高、分布复杂围岩软弱，开挖变形量显著围岩软弱，开挖变形量显著围岩流变性能显著围岩流变性能显著隧道规模大，工期紧，任务重隧道规模大，工期紧，任务重施工环境复杂，工程质量要求
36、高施工环境复杂，工程质量要求高(3)施工变形情况施工变形情况左左线线隧隧道道最最大大拱拱顶顶下下沉沉1053mm(DK177+495)1053mm(DK177+495)，一一般般在在500500600mm600mm左右，平均下沉左右，平均下沉303035mm/d35mm/d；右右线线隧隧道道最最大大拱拱顶顶下下沉沉227mm(YDK177+610)227mm(YDK177+610)，一一般般在在100100200mm200mm左右。左右。左线隧道内轨上左线隧道内轨上1.5m1.5m收敛值最大收敛值最大1034mm(DK177+590)1034mm(DK177+590)，一般为一般为700mm7
37、00mm左右，拱脚最大左右，拱脚最大978mm978mm，一般为，一般为300300700mm700mm右线隧道内轨上右线隧道内轨上4m4m收敛值最大收敛值最大548mm(YDK177+590)548mm(YDK177+590)，一，一般为般为300300400mm400mm左右。左右。(4)设计情况设计情况 F7断层原设计方案断层原设计方案(4)设计情况设计情况 二次衬砌二次衬砌 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 系统锚杆系统锚杆 补强系统锚杆补强系统锚杆 F7断层变断层变更设计方更设计方案一案一(4)设计情况设计情况 F7断层变更设计方案二断层
38、变更设计方案二岭脊高地应力软岩区段岭脊高地应力软岩区段 系统锚杆系统锚杆 二次衬砌二次衬砌 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 推荐支护参数推荐支护参数推荐支护参数推荐支护参数 (5)施工方案施工方案适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术核心土1131153558420200719.52007507505000拱墙衬砌仰 拱预留核心土200(5)施工方案施工方案超前注浆小导管围岩加固技术超前注浆小导管围岩加固技术系统中长锚杆（管）围岩加固技术系统中长锚杆（管）围岩加固技术拱脚小直径锚索加固技术拱脚小直径锚索加固技术多重支护、分次施作技术多重支护、分
39、次施作技术提高二次衬砌刚度、适时施作二次衬砌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活动性断层带隧道结构处理技术 第四节第四节 黄土地质黄土地质按塑性指数按塑性指数(Ip)的大小可分为：的大小可分为：一、黄土分类及对隧道工程的影响一、黄土分类及对隧道工程的影响(一一一一)黄土分类黄土分类黄土分类黄土分类老黄土老黄土新黄土新黄土黄土质粘砂土黄土质粘砂土(1I p7）黄土质砂粘土黄土质砂粘土(7Ip17)黄土质粘土黄土质粘土(17Ip)按形成年代分为：按形成年代分为：(二二二二)黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程
40、的影响(1)(1)黄土节理影响黄土节理影响黄土节理影响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。在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。(二二二二)黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程的影响黄土地层对隧道工程的影响(2)(2)黄土冲沟地段对施工的影响黄土冲沟地段对施工的影响黄土冲沟地段对施工的影响黄土冲沟地段对施工的影响当隧道在较长的范围内当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向，沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生较大的情况下，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。坍塌或滑坡现象。(3)(3)黄土溶洞与陷穴
41、影响黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴影响隧道若建在其上方，隧道若建在其上方，则有基础下沉的危害。则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方，隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险。常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压，使则有可能承受偏压，使围岩与衬砌处于不利的围岩与衬砌处于不利的受力状态。受力状态。(3)(3)黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴影响(4)(4)水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响湿陷性湿陷性运输困难运输困难三、黄土隧道施工的注意事顶三、黄土
42、隧道施工的注意事顶(1)黄黄土土隧隧道道的的施施工工应应采采用用机机械械挖挖掘掘，不不宜宜采采用用钻爆法施工。钻爆法施工。(3)施施工工时时特特别别注注意意拱拱脚脚与与墙墙脚脚处处断断面面，如如超超挖挖过过大大，应应用用浆浆砌砌片片石石回回填填。如如发发现现该该处处土土体体承承载载力力不不够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。(2)开开挖挖方方法法宜宜采采用用短短台台阶阶法法或或分分部部开开挖挖法法(留留核核心法心法)，初期支护应紧跟开挖面施作。，初期支护应紧跟开挖面施作。黄黄土土隧隧道道软软弱弱地地基基处处理理的的方方法法比比较较多多，施施工工中
43、中根根据实际情况选择。据实际情况选择。换填换填灰土挤密桩灰土挤密桩树根桩树根桩注浆及其它措施注浆及其它措施(4)避避免免黄黄土土围围岩岩开开挖挖后后暴暴露露时时间间过过长长，围围岩岩周周壁壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。(5)做做好好洞洞顶顶、洞洞门门及及洞洞口口的的防防排排水水系系统统工工程程，并并妥妥善善处处理理好好陷陷穴穴、裂裂缝缝，以以免免地地面面积积水水浸浸蚀蚀洞洞体体周周围，造成土体坍塌。围，造成土体坍塌。(6)喷喷射射混混凝凝土土时时喷喷射射机机的的压压力力一一般般不不宜宜超超过过0.2MPa。(7)锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔
44、。锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔。第五节第五节 岩溶地质岩溶地质一、溶洞的类型及对隧道施工的影响一、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。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：岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：洞害洞害水害水害洞穴充填物洞穴充填物坍塌、洞顶地表沉陷坍塌、洞顶地表沉陷可可按按岩岩溶溶对对隧隧道道的的不不同同影影响响情情况况及及施施工工条条件件，采采取取引引流流、跨跨越越、加加固固、清清除除、注注浆浆等等不不同同措措施施或综合治理。或综合治理。二、隧道遇到溶洞的处理措施二、隧道遇到溶洞的处理措施(1)应应查查明明溶溶洞洞
45、分分布布范范围围和和类类型型，岩岩层层的的完完整整稳稳定定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。(2)如如岩岩层层比比较较完完整整、稳稳定定，溶溶洞洞已已停停止止发发育育，有有比比较较坚坚实实的的填填充充，且且地地下下水水量量小小，可可采采用用探探孔孔或物探等方法，探明地质情况。或物探等方法，探明地质情况。(3)常常用用处处理理溶溶洞洞的的方方法法，有有“引引、堵堵、越越、绕绕”。引排水引排水引排水引排水 遇到暗河或溶洞有水流遇到暗河或溶洞有水流遇到暗河或溶洞有水流遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。用暗管、时，宜排不宜堵。用暗管、时，宜排不宜
46、堵。用暗管、时，宜排不宜堵。用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流涵洞、小桥等设施渲泄水流涵洞、小桥等设施渲泄水流涵洞、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除洞外，或开凿泄水洞将水排除洞外，或开凿泄水洞将水排除洞外，或开凿泄水洞，将水排出洞或开凿泄水洞，将水排出洞或开凿泄水洞，将水排出洞或开凿泄水洞，将水排出洞外。外。外。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贵昆线梅花山隧道当当岩岩溶溶水水流流的的位位置置在在隧隧道道顶顶部部或
47、或高高于于隧隧道道顶顶部部时时，应应在在适适当当距距离离外外，开开凿凿引引水水斜斜洞洞(或或引引水水槽槽)将将水水位位降降低低到到隧隧底底标标高高以以下，再行引排。下，再行引排。截水沟排水截水沟排水 贵昆线岩脚寨隧道贵昆线岩脚寨隧道堵填堵填堵填堵填对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根对已停止发育、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，采用混据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混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
48、封闭凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭凝土、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防护 必要时可考虑注浆加固并加设隧道护拱及拱顶回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跨越跨越跨越当隧道一侧遇到狭长当隧道一侧遇到狭长当隧道一侧遇到狭长当
49、隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深而较深的溶洞，可加深而较深的溶洞，可加深而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过该侧的边墙基础通过该侧的边墙基础通过该侧的边墙基础通过浆砌片石混凝土墙基图8-4-9 加深边墙基础跨越跨越跨越跨越隧道底部遇有较大溶隧道底部遇有较大溶隧道底部遇有较大溶隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧洞并有流水时，可在隧洞并有流水时，可在隧洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支道底部以下砌筑圬工支道底部以下砌筑圬工支道底部以下砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并墙，支承隧道结构，并墙，支承隧道结构，并墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排在支墙内套设涵管引排在支墙内套设涵管引排
50、在支墙内套设涵管引排溶洞水溶洞水溶洞水溶洞水图8-4-10支墙内套设涵管浆砌片石浆砌片石支墙跨越跨越跨越跨越隧道边墙部位遇隧道边墙部位遇隧道边墙部位遇隧道边墙部位遇到较大、较深的溶到较大、较深的溶到较大、较深的溶到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙洞，不宜加深边墙洞，不宜加深边墙洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙基础时，可在边墙基础时，可在边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑部位或隧底以下筑部位或隧底以下筑部位或隧底以下筑拱跨过拱跨过拱跨过拱跨过图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跨越跨越跨越当隧道中部及底部当隧道中部及底部当隧道中部及底部当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，