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1、 8.1 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：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稳定的不良地质环境。第1页/共69页（二）特殊地质地段 特殊地质地段是指膨胀地层、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。二、施工风险u围岩失稳、坍塌(大塌方或小塌方)u隧道支护变形u衬砌结构断裂u严重影响施工进度u瓦斯地层会威胁施工安全第2页/共69页三、不良和特殊地质地段隧道施工的一般规定u施工前要认真研究分析过程及水文地质资料，结合现场实际情况，作出风险评估，制定完整的施工技术方案，并结合专项
2、应急救援预案。u宜积极采用岩土控制变形分析法施工技术。u支护及时封闭：仰拱距开挖工作面距离宜控制在40m以内，洞口段、浅埋段、断层破碎带，二次衬砌应及时施作。u施工中发送地质灾害时应立即启动应急救援预案。u根据超前地质预报和监控量测结果及时调整施工方案。第3页/共69页四、不良地质地段隧道施工原则1.施工方法选择 原则：“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”。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，综合考虑其他因素。同时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，例如：避免支护倾限等。第4页/共69页 2.加强监控和量测工作：隧道
3、工程实际发挥作用的地质。3.使用喷锚技术原则u理解新奥法的精神，该地质应加大支护结构参数。u喷锚支护后仍不能提供足够的支护能力时，应加强、已支护地段应采用综合补强手。4.支护设置原则（1）要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。（2）围岩稳定性控制点包括拱顶、掌子面及隧道底部。常产生底膨现象或沉陷，应加支护仰拱。（3）围岩无自稳能力时，一般应采用先护后挖，暴露面应用喷混凝土封闭。第5页/共69页4.支护设置原则（4）超前支护一般可用管棚、锚管、锚杆联合支护，钢架、网、喷混凝土联合支护。（5）支护施作应迅速、及时，支护应及时封闭，以充分发挥支护的承载作用。5.选用开挖工法 不宜采用全断面开
4、挖，传统上采用多分部工法，在采取掌子面稳定措施后，可采用少分部工法。相同围岩条件下，多分部能提高洞室的稳定性。但每一分部支护都应及时封闭。第6页/共69页6.遇有松散、无自稳能力的围岩时 应先改进围岩，使其有短期自稳能力。可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。7.衬砌出现开裂或变形不稳定时 衬砌临时加强，分析原因，衬砌背后注浆补强，当拱脚、墙基注浆加固，撤换等。第7页/共69页 在隧道施工中，往往会遇到断层破碎带、富水软岩及大量涌水地段，这些地段往往不是单独出现，不少情况是同时存在的。因此三者之间既有联系，又各有特点，其施工措施也是既有共性，又各有侧重。8.2 富水断层破
5、碎围岩第8页/共69页 断层破碎带是常见的不良地质段，断层带内岩体破碎，呈块石、破碎或角砾状，甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩自稳能力差，施工困难。其施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层本身的活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系等因素。隧道轴线接近于垂直构造线方向时，断层规模较小，破碎带不宽，且含水量较小时，条件比较有利可随挖随撑。当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时，则隧道穿过破碎带的长度增大，施工难度大。见下页图。（一）断层破碎带（一）断层破碎带第9页/共69页隧道中线与断层带的位置隧道中线与断层带的位置第10页/共69页 富水软岩是指各类土质、软岩、极严重
6、的风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层，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。施工难度极大，俗称“烂洞子”。（二）富水软岩（二）富水软岩第11页/共69页 大量涌水也是常见的不良地质现象。在雨量充沛和地下水丰富的地区，隧道穿过断层破碎带、裂隙密集带、不同岩层接触带或岩溶发育地段时，施工中往往会发生地下水和承压水大量涌出的现象。典型隧道：渝怀线圆梁山隧道、兰武线乌鞘岭隧道。（三）大量涌水（三）大量涌水第12页/共69页（三）大量涌水（三）大量涌水乌鞘岭隧道乌鞘岭隧道7号斜井洞内涌水号斜井洞内涌水 第13页/共69页 对于富水软弱破碎围岩隧道，设计一般根据地表探测和
7、少量的地质钻孔，来推断地下深处的隧道地质条件，往往与实际地质条件存在差异。因此，准确预报施工掌子面前方的地质条件就非常必要，应把地质超前预报作为一个工序纳入生产过程。富水断层破碎围岩施工富水断层破碎围岩施工（一）超前地质预报（一）超前地质预报第14页/共69页 地质预报方法主要有：钻孔超前探测；超前地质导坑；地震波、声波、地质雷达等物理探测。重点预报内容：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。第15页/共69页 地下水处理原则：以堵截为主，排引为辅。堵截地下水方法：一类是整个富水段注浆止水，加固围岩，相当于提高围岩等级；如深孔劈裂、挤压
8、注浆。一类沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，形成止水帷幕，防止或减少地下水进入开挖面；如浅孔注浆、管棚注浆、小导管注浆等。排水辅助措施：导坑、钻孔；目的是排水降压。（二）注浆堵水并加固围岩（二）注浆堵水并加固围岩第16页/共69页 虽地层经注浆加固，为确保施工安全，一般在开挖前采用超前支护，如超前锚杆、超前小导管等；地下水较大的隧道，开挖前采取排水降压措施，排水主要采用钻孔，钻孔深度应超出注浆范围。（三）开挖及支护（三）开挖及支护 开挖方法视围岩稳定情况，有：台阶法、正台阶预留核心土开挖法、双侧壁导坑法。开挖手段有两种：一是非爆破开挖，如十字镐、风镐或小型挖装机开挖；二是控制爆破，如松动爆破、
9、微振动爆破。目的是尽可能减少开挖对围岩的扰动。第17页/共69页 8.3 膨胀性和挤压性围岩（一）膨胀岩概念（一）膨胀岩概念 概 念：膨胀岩是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质主要是蒙脱石粘土矿物。膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。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。膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，都将破坏围岩的稳定性。第18页/共69页（二）膨胀岩基本特征（二）膨胀岩基本特征 质软，强度低。抗压强度低于
10、10MPa。自由膨胀率高。一般高于30%。空隙率大。一般大于20%，方便水的渗入。易风化，崩解性强。膨胀压力大。1.0MPa以上。第19页/共69页 膨胀岩判别标准：一是间接反应岩石膨胀指标；二是定量反应岩石膨胀力学指标。项目指标极限膨胀力（Pmax）100kPa极限膨胀率（max）3%干燥饱和吸水率（Rdw）10%自由膨胀率（Fs）30%矿物质成分（蒙脱石、伊利石含量）15%第20页/共69页 膨胀岩分级：按膨胀性的大小进行分级。项目极限膨胀力(kPa)极限膨胀率(%)干燥饱和吸水率(%)自由膨胀率(%)弱膨胀岩10030031510303050中膨胀岩300500153030505070强
11、膨胀岩500305070第21页/共69页 由于膨胀性岩层所具有的特征，在隧道开挖后不久即产生膨胀性压力，往往发生如下一些现象：风化迅速，挖出的土石块很快酥散；坑道顶部及两侧常被挤压，底部隆起；随着时间的增长，支撑、衬砌往往发生严重的变形或破坏。（三）膨胀岩对隧道施工的危害（三）膨胀岩对隧道施工的危害 围岩普遍开裂 洞室下沉 围岩膨胀突出和坍塌 隧道底部隆起 衬砌变形和破坏第22页/共69页 挤压性围岩是高地应力作用下的软岩。挤压性软弱围岩在高地应力作用下发生挤压大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响，还与初始应力场状况及工程因素有关。挤压性围岩挤压性围岩（一）概念（一）概念（一）挤压
12、岩概念（一）挤压岩概念（二）挤压性围岩隧道变形特征（二）挤压性围岩隧道变形特征 变形量大 变形速率快 变形持续时间长 第23页/共69页 认真实施设计文件提出的技术要求 对围岩压力及变形情况认真量测，分析其规律 探明地下水分布规律，确定水对施工的影响 根据现场情况，采取相应的施工措施，实施动态管理。膨胀岩和挤压性围岩隧道施工膨胀岩和挤压性围岩隧道施工（一）加强调查，量测围岩的压力和流变特性（一）加强调查，量测围岩的压力和流变特性（二）合理选择施工方法（二）合理选择施工方法 尽量减少对围岩扰动和防止水的浸湿为原则 宜采用非爆破开挖，如风镐、小型挖装机 尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护 开挖方法宜
13、不分部或少分部 第24页/共69页 开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩 有地下水渗流隧道，采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩浸湿 局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水（三）防止围岩湿度变化（三）防止围岩湿度变化（四）合理进行围岩支护（四）合理进行围岩支护 喷锚支护，稳定围岩。衬砌结构及早封闭。第25页/共69页 先行导坑法。通过围岩释放部分初始应力。多重支护法。可缩式支护方法。先刚性支护。可缩式锚杆、钢架。分阶段综合控制。大刚度支护和衬砌；大范围围岩加固。膨胀岩和挤压性围岩隧道设计膨胀岩和挤压性围岩隧道设计柔性结构设计柔性结构设计刚性结构设计刚性结构设计大刚度支护和衬
14、砌。大范围围岩加固。第26页/共69页 喷锚支护，稳定围岩。衬砌结构及早封闭。（四）合理进行围岩支护（四）合理进行围岩支护第27页/共69页 概概 念：念：在在干燥气候条件下干燥气候条件下形成的一种具有形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐褐黄、灰黄或黄褐等颜色并具有等颜色并具有针针状大孔、垂直节理发育状大孔、垂直节理发育的特殊性土。的特殊性土。8.4 黄土地质黄土地质（一）黄土及其分类（一）黄土及其分类分分 类类：黄土按形成年代分：黄土按形成年代分：时代符号时代符号地层时代地层时代常用名称常用名称Q4全新世全新世新黄土新黄土Q3晚更新世晚更新世新黄土新黄土Q22、Q21中更新世中更新世老黄土老黄土Q
15、1早更新世早更新世老黄土老黄土第28页/共69页黄土按其物理性质分：黄土按其物理性质分：分类名称分类名称塑性指数塑性指数黄土质粘砂土黄土质粘砂土1IP7黄土质砂粘土黄土质砂粘土7IP17黄土质粘土黄土质粘土17IP第29页/共69页影响因素特征潜在危险黄土节理在红棕色或深褐色古土壤黄土层，有一定延续性土体易顺着节理张松或剪断。位于坑道顶部极易产生“塌顶”；位于侧壁出现侧壁掉土，处理不当会引起较大坍塌黄土冲沟地段较大范围内平行走向，且埋深较小当隧道在较长范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大时，易发生较大的坍塌或滑坡。（二）黄土地层对隧道施工的影响（二）黄土地层对隧道施工的影响 第3
16、0页/共69页影响因素影响因素特征特征潜在危险潜在危险黄土黄土溶洞溶洞陷穴陷穴常见的一种不常见的一种不良地质现象良地质现象隧道在其上方，基础有隧道在其上方，基础有下沉下沉的危的危害；隧道在其下方，常发生害；隧道在其下方，常发生冒顶冒顶；隧道在其邻侧，则有可能隧道在其邻侧，则有可能承受偏承受偏压压。地下水地下水干燥时黄土很干燥时黄土很坚固；有水时坚固；有水时则有湿陷性则有湿陷性突然发生下沉现象，使开挖后的突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力。围岩迅速丧失自稳能力。第31页/共69页 做好黄土构造节理的产状与分布的调查，对因节理切割形成的不稳定部位，加强支护；遵循“短开挖、少扰动、强支
17、护、实回填、严治水、勤量测”的原则；采用短台阶法或分部开挖法（预留核心土），初支紧跟开挖面。复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初支，形成严密的体系；必要时设超前支护加固围岩；做好洞顶、洞门及洞口的防排水工程；处理陷穴、裂缝；在有地下水的黄土地层中，洞内做好排水设施。（三）施工（三）施工第32页/共69页 非湿陷性黄土地基上的洞门设计应考虑地表水冲刷防护；湿陷性黄土地基上的洞门，应根据黄土的物理性质，对端、翼墙地基采取适当的换填夯实措施；黄土隧道洞门墙背上的压力可按库仑理论计算，同时应考虑土壤粘聚力的作用，根据地质条件选择合理的洞门形式，同时要对洞门的稳定性进行相关演算。（四
18、）施工黄土隧道的洞门设计应遵循的原则（四）施工黄土隧道的洞门设计应遵循的原则第33页/共69页 我国是碳酸盐分布极广泛的国家，覆盖及出露的碳酸盐面积约占我国领土面积的1/5。在岩溶地质地区形成的各种溶蚀形式中，对隧道工程影响严重的主要是溶洞和暗河。介绍岩溶地质最常见的溶蚀形式和对隧道工程影响最严重的的溶洞问题。8.58.5 岩溶地质第34页/共69页（一）溶洞的类型（一）溶洞的类型 溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本沿水平方向延伸的通道。溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较容易处理，而
19、活、湿、大的溶洞处理方法则较为复杂。容易处理，而活、湿、大的溶洞处理方法则较为复杂。溶洞的类型及对隧道施工的影响第35页/共69页（二）溶洞对隧道施工的影响（二）溶洞对隧道施工的影响 当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥沙夹杂水大量涌入隧道。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥沙夹杂水大量涌入隧道。第36页/共69页（二）溶洞对隧道施工的影响（二）溶洞对隧道施工的影响 有有时时
20、遇遇到到填填满满饱饱含含水水分分的的充充填填物物溶溶槽槽，坑坑道道掘掘进进至至边边缘缘时时，充充填填物物不不断断涌涌入入坑坑道道，难难以以遏遏制制，甚甚至至地地表表开开裂裂下下沉沉，山山体体压压力力剧剧增增；有有的的溶溶洞洞、暗暗河河迂迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。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 洞顶地表沉陷洞顶地表沉陷 洞穴充填物及坍塌洞穴充填物及坍塌第37页/共69页隧道遇到岩溶的处理措施 隧道在溶洞地段施工时，应根据设计文件有关资料及现场实际情况，查明溶洞分布范围、
21、类型情况（如大小、有无水，溶洞是否在发育中，以及其充填物）、岩层的稳定程度和地下水流情况（有无长期不计来源、雨季水量有无增长）等，分别以引、堵、越、绕等措施进行处理。第38页/共69页 (1)(1)引排水引排水 遇到地下暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵管或小桥等设施渲泄水流，或开凿泄水洞将水排除洞外(如图8-5-1)。图8-5-1 桥涵宣泄水流第39页/共69页 (1)(1)引排水引排水 当水流的位置在隧道上部或当水流的位置在隧道上部或高于隧道时，应在适当的距离高于隧道时，应在适当的距离外，开凿引水斜洞（或引水槽）外，开凿引水斜洞（或引水槽）将
22、水位降低到隧道底部位置以将水位降低到隧道底部位置以下再引排。下再引排。(如图8-5-3)。图8-5-3 引水槽第40页/共69页 (2)(2)堵填堵填 对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据具体情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部(如图8-5-5)。当隧道拱顶有溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或网锚喷加固，必要时可考虑注浆，并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理(如图8-5-7)。图8-5-5 溶洞堵填图8-5-7 锚杆加固与护拱干砌片石混凝土填实浆砌片石浆砌片石锚杆浆砌片石或混凝土护拱片石、碎石回填密实第41页/共69页 (3)(3)跨越跨
23、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(图8-5-9)。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承重墙，支承隧道结构，跨越而过，在承重墙内应套设涵管引排溶洞水(图8-5-10)。隧道过墙部位遇到较大、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8-5-11)。图8-5-9 加深边墙基础图8-5-10 在承重墙内设涵管图8-5-11 筑拱跨越溶洞第42页/共69页 (3)(3)跨越跨越 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。第43页/共69页 (3)(3)跨越跨越 溶洞溶洞上大下小，且有部分上大
24、下小，且有部分填充物时，可将隧道填充物时，可将隧道顶部的充填物清除，顶部的充填物清除，然后在隧道底部标高然后在隧道底部标高以下设置以下设置钢筋混凝土钢筋混凝土横梁及纵梁横梁及纵梁，横梁两，横梁两端嵌入岩层。端嵌入岩层。第44页/共69页 (4)(4)绕行施工绕行施工 岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。绕行开挖迂回导坑时，应与溶洞保持一定的间距，以防止洞壁失稳。3.3.溶洞地段施工的注意事项溶洞地段施工的注意事项 1)1)当施工到达溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。当施工到达溶洞边缘时，各工序
25、应紧密衔接，支护和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。2)2)施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。当溶洞较大、较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应设置施工防护架或钢筋防护网。第45页/共69页 3)3)爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药量，减少对围岩的扰爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药量，减少对围岩的扰动动，防止一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然袭击隧道，造成严重损失。4)4)在溶洞充填
26、体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状粘土及砂粘土等，可于开挖前采用地表注浆、洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤，可采用劈裂注浆技术，注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。5)5)溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填于溶洞中。溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填于溶洞中。因弃碴覆盖了溶洞，不但不能了解其真实情况，反而会造成更多困难。第46页/共69页 8.68.6 岩爆及其防治措施（一）岩爆的概念 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
27、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，这种现象称之为岩爆。第47页/共69页 8.68.6 岩爆及其防治措施（一）岩爆的概念 常见的岩爆以顶部或拱腰部位为多。图中阴影部分表示即将暴落的岩片，断续线条代表岩片在脱落之前岩体产生的裂缝。“A”“B”表示即将暴落的岩块。第48页/共69页 8.68.6 岩爆及其防治措施（二）岩爆的特点 岩爆在未发生前并无明显的预兆。岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边缘薄的不规则片状。岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖面较远处。第49页/共
28、69页 8.68.6 岩爆及其防治措施（三）岩爆产生的条件 地层的岩性条件和地应力大小是产生岩爆与否的两个决定性因素。能量的观点：岩爆的形成过程是岩体中的能力从储存再释放直到最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。岩爆是否发生的条件：岩体中是否储存足够能量、是否具有释放 能量的条件、及能量释放的方式。第50页/共69页喷射混凝土或喷钢纤维混凝土、锚杆加固、喷锚支护、网锚喷联合、钢支撑网喷联合等。目的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，达到延缓或抑制岩爆发生的目的。强化围岩弱化围岩岩爆防治措施往岩层中注水，注水能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。解
29、除围岩中的高地应力，方法有超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。目的是消减围岩中的能量，便能量平和地转化或释放。（四）岩爆防治的措施第51页/共69页 1)1)如设有平行导坑，则平导应超前于正洞一定距离，以了解地质，判断是否会发生岩爆，为正洞施工达到相应地段时加强防治提供依据。如有条件，可采用声波探测预报岩爆工作。2)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。爆破应严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的扰动。3)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。初期支护和衬砌要紧跟开挖面，以尽可能减少岩层的暴露面和暴露时间，防止岩爆的发生。（五）岩爆施
30、工注意事项第52页/共69页 4)4)岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段；采用摩擦型锚杆进行支护，增大初始锚固力；喷射钢钎维混凝土，抑制开挖面围岩的剥落；采用钢支撑加固。5)5)充分作好岩爆现象观察记录，以备分析。第53页/共69页 8.78.7 瓦斯地层 瓦斯是地下隧道内有害气体的总称，其成分以沼气（甲烷CH4）为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近围岩破碎、节理发育的地层中穿过时，可能会遇到瓦斯。如果隧道内空气中瓦斯浓度达到爆炸限度，一旦与火源接触，就会引起爆炸，给隧道施工安全带来很大的危害。1.1.瓦斯的性质瓦斯的性质 1)1)瓦斯(沼
31、气)为无色、无臭、无味的气体，与碳化氢或硫化氢混合在一起，发生类似苹果的香味，由于空气中瓦斯浓度增加，氧气相应减少，很容易使人窒息或发生死亡事故。第54页/共69页 2)2)瓦斯比重为0.544，仅为空气的一半，所以瓦斯容易积聚在隧道顶部，其扩散速度比空气大1.6倍，很容易透过裂隙发育、结构松散的岩层。3)3)瓦斯不能自燃，但极易燃烧。2.2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯的燃烧和爆炸性 当隧道中的瓦斯浓度小于5%遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸。瓦斯浓度在5%6%到14%16%时，遇到火源具有爆炸性。瓦斯浓度大于14%16%时，一般不爆炸，但遇火能平静地燃烧。瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受
32、压缩，就会形成爆炸。爆炸时能发生高温。发生瓦斯爆炸后的隧道内完全无氧，而充满氮气，二氧化碳及一氧化碳气。这些有害气体很快传到邻近的隧道和工作面，来不及躲避的人员，都会中毒窒息，甚至死亡。第55页/共69页 3.3.瓦斯释放的方式瓦斯释放的方式比渗出强烈，从煤层或岩层裂缝或孔洞中放出，喷出时间有长有短，通常有较大的响声和压力。渗出缓慢、均匀、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出，延续时间很久，有时带有一种嘶音。此种方式释放的瓦斯量为最大且不易被人发觉。喷出突出在短时间内，从煤层或岩层中，突然猛烈地喷出大量瓦斯，喷出的时间能从几分钟到几小时，喷出时常有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。地层中瓦斯主要通
33、过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。瓦斯渗入量不仅与煤层中瓦斯含量、压差有关，而且与衬砌材料、接缝材料的渗透性质有关，也与隧道内空气的流动速度等因素有关。施工阶段运营阶段瓦斯释放方式第56页/共69页 4.4.防止瓦斯事故的措施防止瓦斯事故的措施 1)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等措施。2)2)在选择瓦斯地区的施工方法时，要求各工序间距尽量短尽快对瓦斯地段进行衬砌封闭，并保证混凝土的密实性，以防瓦斯溢出。故尽量选择分部少的施工方法，只要条件许可，应尽可能采用全断面开挖，或采用台阶法。3)3)加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法
34、。把空气中瓦斯浓度吹淡到爆炸浓度以下的1/51/10，排出洞外。4)4)洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制在下述规定以内:在洞内总回风风流中小于0.75%；从其他工作面进来的风流中小于0.5%；在掘进工作面为2%以下；工作面第57页/共69页装药爆破时在1%以下；当开挖工作面风流中和电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理。开挖工作面内，局部积聚的瓦斯浓度达到2%时，在附近20m内，也必须停止工作，切断电源，进行处理。因瓦斯浓度超过规定而切断电源的电气设备，都必须在瓦斯浓度降到1%以下时，方可重新开动。5)5)如开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，使
35、用一般的通风手段难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。在开挖前沿掌子面的整个周边，呈辐射状布孔注浆，形成一个全封闭截堵瓦斯的惟幕。特别对煤层垂直方向和断层地带进行阻截注浆，其效果会更佳。开挖后及时进行喷锚支护，保证其厚度，以免漏气和防止围岩失稳。第58页/共69页 6)6)采用防爆设施 a)a)在瓦斯散发区段，使用防爆安全型的电器设备。机械施工时，要防止金属与坚石撞击、摩擦而发生火花。b)b)采用非电毫秒爆破，并使用安全炸药，采用毫秒雷管时，最后一段的延迟时间不得超过130ms。c)c)洞内使用防爆灯或蓄电池灯照明。只准用电缆，不准使用皮线。7)7)严格执行有关制度 a)a)严格执
36、行瓦斯防爆的技术安全规则与有关制度。指定专人定时或随时测量洞内风流和瓦斯含量。瓦斯检查手段可采用瓦斯遥测装置、定点报警仪和手持式光波干涉仪。第59页/共69页瓦斯报警器 b)b)洞内严禁使用明火，严禁将火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内。c)c)进洞人员必须经过瓦斯知识和防止瓦斯爆炸的安全教育。抢救人员未经专门培训不准在瓦斯爆炸后进洞抢救。第60页/共69页 8.88.8 坍方 1.1.发生坍方的主要原因发生坍方的主要原因 (1)(1)不良地质及水文地质条件不良地质及水文地质条件 1 1）隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲摺、错动发育地段，一经开挖，潜在应力迅速释放、围岩失稳，轻
37、则引起围岩掉块、坍落，重则引起坍方。2 2）当通过各种堆积体时，由于围岩结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。3 3）在软弱结构面发育或泥质充填物过多的地层中，均易产生较大的坍塌。4 4）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生坍方。第61页/共69页 5 5）岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。6 6）地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧了岩体的失隐和坍落。(2)(2)隧道设计考虑不周隧道设计考虑不周 1 1）隧道选定位置时，地质勘查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素。没
38、有绕开可以绕避的不良地质地段，使得隧道选址不合理。2 2）设计本身可能存在不合理的地方。(3)(3)施工方法和措施不当施工方法和措施不当 1 1）施工方法与地质条件不相适应；地质条件发生变化时，没有及时改变施工万法；工序间距安排不当，致使支护应该尽快闭合而没有闭合。第62页/共69页 2 2）喷锚支护不及时，围岩暴露时间过久。喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。3 3）按新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息处理失误、或反馈不及时，导致决策失误，丧失了对围岩的有效控制。4 4）没有科学地进行控制爆破，围岩爆破用药量过多，因而扰动过度，引起坍塌。5 5）对危石检查不重视、不及时，或处理危石措
39、施不当，引起岩层坍塌。2.2.坍方前的预兆坍方前的预兆 1 1）量测信息所反应的变形速度或数值超过允许值。2 2）喷射混凝土产生纵横向裂纹或龟裂。3 3）在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑。4 4）岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开。5）隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。第63页/共69页 3.3.预防坍方的施工措施预防坍方的施工措施选择安全合理施工方法加强塌方预测预防塌方施工措施先排水短开挖弱爆破强支护快衬砌勤检查、勤量测观察法一般量测法微地震学测量法和声学测量法加强初期支护第64页/共69页 4.4.隧道坍方的处理措施隧道坍方的处理措施 隧道发生坍方后，应及时迅
40、速的处理，切忌拖延。处理时必须详细观测坍方的范围、形状及坍穴的地质构造，查明坍方发生的原因和地下水活动情况，制定切实可行的处理方案。可按下列方法进行处理：(1)(1)小坍方小坍方 坍穴不高，且纵向延伸不长，首先加固坍体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部，再进行清碴。在确保安全的前提下，也可在坍碴上架设临时支架，稳定顶部，然后清碴。临时支架的拆除须待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可进行。最后要用浆砌片石或干砌片石将坍穴填满。第65页/共69页 (2)(2)大坍方大坍方 坍穴高、坍碴数量大，且坍碴体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。在查清坍穴规模大小和穴顶位置后，可
41、采用管棚法和注浆固结法稳固围岩和碴体，待其基本稳定后，按先上部后下部的顺序清除碴体，并尽快完成模注混凝土衬砌(加强型)。对衬砌背后的空穴，可先用浆砌片石回填一定厚度，再以弃碴填实。当坍穴很大，全部填满有困难时，也可考虑采用喷锚支护等方法稳定坍穴洞壁，或请设计单位共同做出处理。(3)(3)坍方冒顶坍方冒顶 指一直坍到了地表。在清碴前应先支护陷穴口，地层极差时，可在陷穴口附近地面布置地表锚杆对地层予以加固，洞内坍体可采用管棚等方法穿越。同时，地表陷穴要用雨布遮盖，周围开挖临时排水沟，以防雨水流入洞内。第66页/共69页 (4)(4)洞口坍方洞口坍方 指进洞方法不当导致洞口地表塌方，需采取明洞的方法
42、(现场也称之为“暗洞明作”)进洞。一般来说，接了明洞以后都可以解决问题，但增加了工程造价。(5)(5)防排水的处理措施防排水的处理措施 隧道坍方往往与地下水的活动密切相关，故“治坍应先治水”是隧道施工的基本常识。一旦发生坍方，首先应积极采取措施，截断地表水渗入坍体范围，在洞内防止地下水渗入坍方地段，以免坍方继续扩大。具体措施有：1)1)地表沉陷和裂缝，用粘土紧密夯实，周围开挖截水沟，防止地表水渗入。2)2)坍方冒顶时，在陷穴口地表四周挖沟排水，设雨棚遮盖穴顶。陷穴口的回填应高出地面，用粘土或圬工封口。第67页/共69页 3)3)坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排出，以防止水对坍体的继续破坏。第68页/共69页感谢您的观看！第69页/共69页