特殊地質(zhì)條件掘進施工工藝作業(yè)指導(dǎo)書

1、 特殊地質(zhì)條件掘進施工工藝作業(yè)指導(dǎo)書4.7.1工藝概述TBM 在特殊軟弱圍巖段、巖爆段、膨脹巖段、巖溶段、有瓦斯段、涌水段等特殊地段施工時， 設(shè)備需采取加高、防水等特殊配置，并配置超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)、超前地質(zhì)鉆機、氣體檢測儀、防 火安全倉等一系列特殊設(shè)備，進行特殊段的 TBM 施工。4.7.2作業(yè)內(nèi)容 作業(yè)內(nèi)容：超前地質(zhì)預(yù)報、軟弱圍巖段施工、巖爆段施工、膨脹巖段施工、巖溶段施工、有瓦斯段施工、超前注漿措施、TBM 施工輔助工法4.7.3質(zhì)量標準及驗收方法鐵路隧道全斷面巖石掘進機法施工技術(shù)指南鐵建設(shè) 2007；鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標準地下工程施工及驗收規(guī)范4.7.4工藝流程圖 輔助工法徑向注漿

2、施工工藝流程圖見圖 4.7.4-1超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報是否符合徑向注漿施工否其它施工方案- 401 -是“快速掘進、徑向注 漿加強”施工方案調(diào)整掘進參數(shù)快速掘進 0.9m監(jiān) 控快速立拱支護量 測快速掛網(wǎng)信 息快速噴射砼封閉反 饋徑向錨桿施做徑向注漿加強圖 4.7.4-1徑向注漿施工工藝流程圖輔助工法超前管棚支護施工工藝流程圖見圖 4.7.4-2超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報是否符合“超前管棚支護”施工否其它施工方案- 402 -是“超前管棚支護”施工方 案管棚孔定位鉆孔下入管棚調(diào)整掘進參數(shù)監(jiān)控 快速掘進 0.9m量測信息 快速立拱支護反饋快速掛網(wǎng)快速噴射砼封閉徑向錨桿施做徑向注漿加強圖 4.7.4-2超前管棚支

3、護施工工藝流程圖輔助工法超前管棚預(yù)注漿加固施工工藝流程圖見圖 4.7.4-3:超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報是否符合“超前管棚預(yù)注漿加固”施 工否其它施工方案- 403 -是“超前管棚預(yù)注漿加 固”施工方案管棚孔定位鉆孔下入管棚分段注漿調(diào)整掘進參數(shù)監(jiān) 快速掘進 0.9m控量 快速立拱支護測信 快速掛網(wǎng)息 反快速噴射砼封閉饋徑向錨桿施做徑向注漿加強圖 4.7.4-3超前管棚預(yù)注漿加固施工工藝流程圖4.7.5 工序步驟及質(zhì)量控制說明一、超前地質(zhì)預(yù)報1超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)達到以下目的： 進一步查清因前期地質(zhì)勘察工作的局限而難以探查的、隱伏的重大地質(zhì)問題，進而指導(dǎo)工程施工的順利進行； 降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機率；為調(diào)整施工方

4、案、設(shè)計變更提供地質(zhì)資料及參考 依據(jù)；為編制竣工文件提供地質(zhì)資料。相對于鉆爆法施工而言，全斷面巖石掘 進機法施工的隧道對工作條件要求較高，對 圍巖工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件的適應(yīng)性差，特 別是在可能出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的特殊地質(zhì)地段， 可能發(fā)生掘進速度低、卡機、埋機等問題， 必須開展施工地質(zhì)超前預(yù)報。開展隧道地表地質(zhì)補充調(diào)查工作，是確 定施工地質(zhì)超前預(yù)報的重點地段（特殊地質(zhì) 地段）及確保洞內(nèi)地質(zhì)超前預(yù)報的針對性的 需要。開展洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查工作，是常規(guī)地質(zhì)法預(yù)報的重要補充手段。洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查工作不圖 4.7.5-1地質(zhì)預(yù)報- 404 -占用掘進機工作時間，可操作性強。是隧道工程全過程地質(zhì)工作重要的一環(huán)；它不僅是對

5、隧道設(shè) 計地質(zhì)資料的補充和完善，更是提高地球物理探測預(yù)報準確率的需要，也可為隧道運營階段隧道 病害整治提供完整的隧道地質(zhì)資料。根據(jù)洞內(nèi)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合補充地質(zhì)調(diào)查結(jié)果進行的地表地下構(gòu)造相關(guān)分析，可對開挖工 作面前方地質(zhì)狀況進行推測、判斷和預(yù)報。 以進一步查明前期沒有探明的、隱伏的重大地質(zhì)問題，有針對性地采取預(yù)防措施，避免重大地質(zhì) 災(zāi)害發(fā)生，確保施工安全。減少施工的盲目性，確保掘進機的快速施工。特殊地質(zhì)地段隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報工作，以利用掘進機前方配備的地質(zhì)鉆機進行超前水平 鉆探為主、開敞式掘進機施工輔以地球物理等方法探測，目的是避免占用或盡可能少占用掘進機 工作時間。2開敞式掘進機法施工的隧

6、道，地質(zhì)超前預(yù)報可以為掘進機掘進參數(shù)調(diào)整提供依據(jù) 對與掘進機施工安全有關(guān)的地質(zhì)因素的預(yù)報，目的是為掘進機通過不良地質(zhì)地段施工預(yù)案提供決策依據(jù)，避免卡機、埋機等災(zāi)害的發(fā)生，確保掘進機施工的安全。3超前地質(zhì)預(yù)報采用的方法包括：(1)數(shù)碼地質(zhì)素描 (2)巖渣分析法 (3)超前水平鉆探法 (4)TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(5)地球物理探測等其它方法 (6)地質(zhì)雷達 開敞式掘進機法施工的隧道，有開展地質(zhì)法預(yù)報的條件。數(shù)碼地質(zhì)素描以近景攝影測量技術(shù)為和影像數(shù)據(jù)為核心，綜合應(yīng)用近景攝影測量、數(shù)字圖像 處理、GIS 技術(shù)，對獲取的邊坡、洞室等影像進行處理，快速、準確提取地質(zhì)編錄要素，并實現(xiàn) 編錄要素的有效管理與查詢

7、檢索，為工程施工設(shè)計、巖體穩(wěn)定性分析等工作提供科學(xué)依據(jù)。數(shù)碼編錄系統(tǒng)包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、編錄要素識別與提取、數(shù)據(jù)信息管理查詢、輸入- 405 -與輸出等?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集：利用普通量測像機與經(jīng)緯儀相連，通過普通量測像機獲得攝影像對， 通過經(jīng)緯儀控制其方位元素。數(shù)據(jù)預(yù)處理：對現(xiàn)場采集獲得的影像數(shù)據(jù)通過幾何校正、輻射校正、影像鑲嵌，使影像位置 具有與像控數(shù)據(jù)相應(yīng)的坐標，保證同一地物有一致的輻射水平，將單幅影像鑲嵌成正攝影像圖， 并對圖像進行增強處理，突出節(jié)理、斷裂等信息。編錄要素識別與提取：通過人工引導(dǎo)式的目標 交互識別技術(shù)，對影像進行匹配。數(shù)據(jù)信息管理查詢：對通過影像識別技術(shù)獲得的地質(zhì)編錄要素

8、 信息，經(jīng)過多點連線及產(chǎn)狀計算后，分別存儲于圖形庫、屬性庫，實現(xiàn)了圖形特征與屬性特性的 連接與管理。超前水平鉆探法地質(zhì)超前預(yù)報是隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報方法中最直接的方法。它通過鉆孔鉆 進速度測試和所采取的鉆孔巖芯的觀察，以及相關(guān)試驗獲取隧道開挖工作面前方巖石（體）的強 度指標、可鉆性指標、地層巖性資料、巖體完整程度指標及地下水狀況等諸多方面的直接資料。 可以探測和了解隧道開挖前方幾十米甚至上百米范圍內(nèi)巖體的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況；通過巖 芯觀察和分析對隧道開挖前方的不穩(wěn)定巖層、斷層破碎帶和洞穴進行準確定位；利用采集巖芯樣 進行試驗獲取巖石的物理力學(xué)特征參數(shù)；通過鉆孔可確定開挖工作面前方地下水的分

9、布，及時釋 放隧道施工開挖工作面前方煤系地層中積聚的瓦斯和地下水。對設(shè)有超前平行導(dǎo)坑隧道的掘進機法施工，可利用超前平行導(dǎo)坑了解地質(zhì)情況，預(yù)測后進的 掘進機作業(yè)隧道將遇到的地質(zhì)條件。對雙洞隧道，若一洞為掘進機作業(yè)，另一洞為鉆爆法施工，可采用鉆爆法先行施工一隧道， 根據(jù)其遇到的地質(zhì)情況，進行掘進機作業(yè)隧道的地質(zhì)超前預(yù)報。地球物理探測法中，除反射成像法外，所有反射法預(yù)報得到的均為隧道開挖工作面前方界面 的位置，界面間介質(zhì)性質(zhì)的判定需結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和預(yù)報人員的地質(zhì)工作經(jīng)驗以及對隧 道所在地區(qū)地質(zhì)背景的掌握分析確定。由于成像畸變的原因，反射成像法僅可大致確定開挖工作面前方不良地質(zhì)體（帶）的位置和

10、 形狀，其性質(zhì)仍需結(jié)合洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果和預(yù)報人員的地質(zhì)工作經(jīng)驗及對隧道所在地區(qū)地質(zhì)背 景的掌握分析確定，目前國內(nèi)尚無應(yīng)用的報道。聲波層析成像法，盡管有成功探測小型巖溶管道的實例，但由于需在開挖工作面施作成對微 傾斜探測鉆孔進行孔間探測，且探測換能器入孔困難，探測深度有限，在掘進機法施工隧道的地 質(zhì)超前預(yù)報中很難實現(xiàn)。地質(zhì)雷達利用高頻電磁波以寬帶脈沖形式，通過 T 天線發(fā)射電磁波，經(jīng)由介電性質(zhì)不同的物 質(zhì)產(chǎn)生反射，由 R 天線接收并被儀器所記錄。根據(jù)反射信號的變化特征來推測異常體的幾何形態(tài) 和性質(zhì)。TSP 是以設(shè)計圖紙為基礎(chǔ)、TSP 探測前方 100150 米范圍、利用超前鉆機探測前方 20

11、米范 圍內(nèi)圍巖的地質(zhì)狀況。可以較準確的掌握前方的圍巖破碎帶邊緣、長度、破碎程度、含水情況等， 從而為下一步支護措施的選擇提供可供借鑒的依據(jù)。- 406 -圖 4.7.5-2TSP 系列隧洞地震探測儀超前探測原理示意圖TSP 系列隧洞地震探測儀工作原理：首先在隧道內(nèi)人工制造一系列有規(guī)則排列的輕微震源，震源發(fā)出的地震波逼到地層界面、 特別是斷層破碎帶等不良地質(zhì)體時產(chǎn)生的反射波，其傳播速度、延遲時間、波形、強度和方向等 均與相關(guān)地質(zhì)體的性質(zhì)密切相關(guān)，并通過不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來；通過震源反射波的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感器和記錄儀）進行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)輸入帶有處理軟件的電腦，并經(jīng)過計算機數(shù)學(xué)計算進行數(shù)據(jù)處理；將

12、采集的數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)換為反應(yīng)相關(guān)地質(zhì)體反射能量的影視圖像或隧道平面、剖面圖；進行室內(nèi)數(shù)據(jù)資料處理、分析，由工程技術(shù)人員進行解譯，對隧道掌子面前方不良地質(zhì)體 的性質(zhì)、位置和規(guī)模等予以超前地質(zhì)預(yù)報。最大探測距離可達掌子面前方 500m，有效探測距離 150m，最高分辨率 1m。4超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)簡報內(nèi)容應(yīng)包括：隧道工程概況；地質(zhì)預(yù)報采用的方法原理；鉆探或探測布置圖；鉆探或探側(cè)結(jié)果分析；(2)地質(zhì)總報告內(nèi)容應(yīng)包括：隧道工程概況；采用的技術(shù)方法原理；隧道地質(zhì)展示圖；隧道實際地質(zhì)縱剖面圖；典型預(yù)報實例； 地質(zhì)縱斷面圖； 地質(zhì)展示圖（1：200）； 超前地質(zhì)鉆孔報告；HSP 超前地質(zhì)探測報告

13、； 地質(zhì)雷達超前探測報告。預(yù)報與施工驗證的對比分析，預(yù)報準確率的統(tǒng)計分析；結(jié)論。 預(yù)報為施工服務(wù)，及時提出對預(yù)測地段的地質(zhì)超前預(yù)報簡報，是體現(xiàn)預(yù)報時效性和指導(dǎo)施工的需要。施工地質(zhì)預(yù)報總報告不僅是對預(yù)報工作的總結(jié)，更是提高預(yù)報準確率的需要。 預(yù)報結(jié)論及下一步施工措施建議：預(yù)報長度，是否需改變掘進參數(shù)，是否需要改變支護措施，預(yù)警可能出現(xiàn)的災(zāi)害地質(zhì)問題及處理措施建議等。 根據(jù)對以上超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，綜合分析掌子面圍巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和地下水情況，判斷掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，并依此提出工程措施建議和進一步預(yù)報的方案。 將掌子面出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面，通過幾何作圖進行預(yù)報。通過作圖確定隧洞拱頂、

14、邊墻不穩(wěn)定塊體規(guī)模，提出錨固意見。 根據(jù)開挖段圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征進行預(yù)報結(jié)果的驗證，提出是否修改預(yù)報方法及參數(shù)的意見。 根據(jù)開挖段及掌子面水文地質(zhì)情況，詳細分析具體位置和情況，并提出注漿止水方案的建議。 二、軟弱圍巖段施工1掘進機在軟弱圍巖施工時，應(yīng)按下列要求進行作業(yè): (1)掘進機在軟弱圍巖掘進時，應(yīng)減緩掘進速度，必要時須停機進行圍巖加固或超前支護處理后，再行推進；(2)洞壁發(fā)生小規(guī)模巖石剝落現(xiàn)象時開敞式掘進機可在不停止掘進情況下，進行初期支護作 業(yè)；(3)節(jié)理密集帶或中等規(guī)模斷層破碎帶處發(fā)生較大規(guī)模的巖石塌落現(xiàn)象，開敞式掘進機應(yīng)停 止掘進，及時進行初期支護；(4)大規(guī)模的斷層破碎

15、帶處，應(yīng)停止掘進對圍巖進行超前加固或超前支護；(5)采用人工噴混凝土?xí)r，噴射混凝土必須從填充巖面空洞、裂縫開始。在鋼拱架地段，鋼 架與圍巖之間空隙必須用噴射砼填充密實，并需將鋼拱架及時進行包裹。(6)對富水軟弱破碎圍巖應(yīng)采取加強防排水的技術(shù)措施：預(yù)加固施工中一般可先采用超前鉆 孔排水；采取注漿堵水措施。(7)護盾式掘進機通過軟弱破碎圍巖時，降低刀盤轉(zhuǎn)速和推力，減少單位時間內(nèi)出渣量，不 停機快速通過，防止塌方，安裝重型管片及時填充豆礫石并注漿，待通過后進行固結(jié)注漿。2軟弱圍巖根據(jù)掘進參數(shù)的變化可以推斷前方圍巖的變化情況，合理的選擇和調(diào)整掘進參 數(shù)。3掘進機在施工過程中，由于節(jié)理裂隙或巖爆造成的掉

16、塊落石，施工中主要通過各種不同 的支護形式，支頂巖石、限制落石或?qū)赡芴鷰r石進行預(yù)加固，主要支護形式有：(1)全圓鋼支撐體系支護，輔助網(wǎng)片和鋼筋棚架。(2)錨網(wǎng)噴支護體系，輔助格柵鋼架和槽鋼鋼架。4撐靴塌陷應(yīng)按下列要求進行作業(yè)：(1)由于節(jié)理或巖石破碎，造成撐靴處巖石坍塌，引起撐靴懸空無法提供掘進反力，此時需 調(diào)整撐靴縱向位置，也可在撐靴沒到達前灌注速凝砼或用背材填塞牢固，在允許的情況下也可放 棄一個支撐進行掘進，但必須控制掘進推力。(2)對撐靴部位由于圍巖抗壓強度不能提供足夠的撐靴反力,而易造成撐靴打滑，撐靴部位二 次擾動，變形過大，針對此現(xiàn)象擬采取的對策如下：此部位出護盾后立即對此部位進

17、行鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護作業(yè)，增加此部位的抗壓 強度，提高承載力；- 407 -調(diào)整撐靴壓力來減少對圍巖的擾動。(3)由于圍巖軟弱，造成掘進機在行進時撐靴部位打滑，圍巖二次擾動，出現(xiàn)更大的坍塌， 為此采取的措施是：當(dāng)剝落在 15cm 以內(nèi)時，采取噴射混凝土封閉并噴平，以便于掘進機撐靴通 過；坍腔在 15cm 以上時，首先采用濕噴系統(tǒng)封閉圍巖，然后利用已經(jīng)架立的鋼拱架立模灌注混 凝土，填平坍腔，有效控制臨空面的繼續(xù)擴大而造成更大范圍的坍塌，同時也可保證掘進機的撐 靴順利通過而不擠壓拱架。(4)在軟弱圍巖下，撐靴壓力不宜太高，否則，可能壓破洞壁巖石，造成坍落；撐靴壓力的 大小取決于洞壁巖石的完

18、整性及飽和抗壓強度。撐靴壓力控制在軟巖壓力的 0.70.8 倍即可。 撐靴至少保證一半撐緊洞壁，撐靴壓力的大小及支撐數(shù)量的多少，決定了 TBM 的推進速度的快慢。 掘進中，若撐靴壓力變化，應(yīng)及時補壓。(5)在軟弱圍巖下，刀盤扭矩過大，易產(chǎn)生機身滾動、撐靴打滑。撐靴支撐一半時，扭矩控 制在 40%左右，撐靴全部支撐時，扭矩控制在 75%左右。(6)撐靴打滑時，應(yīng)立即停止掘進，重新?lián)Q步或加強打滑的撐靴部位的支護強度，并進行調(diào) 向后掘進。(7)在軟弱圍巖下，如果撐靴支撐一半時，刀盤推力必須控制在額定推力的 0.60.7 倍；如 果撐靴全部支撐，刀盤推力應(yīng)控制在額定推力的 0.80.85 倍，否則,可

19、能導(dǎo)致?lián)窝ゴ蚧驌p壞 刀具。5掘進機在前方坍塌掘進施工時，應(yīng)按下 列要求進行作業(yè)：(1)在掘進過程中，如遇皮帶機上出碴量突 然增大，碴體破碎且伴有大石塊，應(yīng)斷為刀盤前 部出現(xiàn)塌體，主機室儀表應(yīng)顯示皮帶機上壓力增 高，刀盤扭矩增大，此時應(yīng)降低推進速度，或原 地轉(zhuǎn)刀盤出碴，非緊急停機而不能停止轉(zhuǎn)刀盤， 循環(huán)結(jié)束后，不能過多地退刀盤，按正常掘進退 刀盤 23cm，以防刀盤前部出現(xiàn)大空隙，塌體 擴大，刀盤轉(zhuǎn)動停止后，應(yīng)進入刀盤內(nèi)部檢查塌 體情況,必須有專人在控制室值班,確保安全；(2)敞開式掘進機掘進過程中，由于斷層圖 4.7.5-3掘進過程中塌方- 408 -造成坍塌，形成空洞，施工中，一方面采用全

20、圓鋼支撐體系支護，另一方面，及時在空洞中穿入 鋼板形成噴灌模，并噴灌速凝混凝土，防止巖石繼續(xù)坍塌；(3)刀盤啟動采用液壓輔助驅(qū)動，在確定刀盤能夠轉(zhuǎn)動起來后，采用低速 2.7rpm 溜碴或掘進， 掘進速度控制在 30%以內(nèi)，根據(jù)皮帶機出碴是否與掘進速度的差異及巖碴中不連續(xù)出現(xiàn)成堆大塊 狀巖石進行調(diào)整；(4)刀盤所有護盾處于撐出浮動狀態(tài)；(5)預(yù)測到刀盤前方石質(zhì)松軟破碎時，應(yīng)停止刀盤噴水，刀盤不能非正常后退?？辙D(zhuǎn)刀盤清 碴，刀盤轉(zhuǎn)動后，即可向前慢速推進（半速或液壓輔助驅(qū)動方式）；(6)當(dāng)坍塌發(fā)生在刀盤正前方，周邊圍巖穩(wěn)定性較好時，可繼續(xù)低速掘進；(7)由于圍巖惡性變形而產(chǎn)生的剝落無法通過正常的出碴

21、系統(tǒng)排出，所以在護盾后邊增加一 套人工輔助皮帶機出碴系統(tǒng)，以縮短清碴時間、提高仰拱塊的鋪設(shè)速度，從而達到縮短工序時間、 提高軟弱圍巖中的掘進速度的目的；(8)護盾式掘進機掘進后發(fā)生坍塌時：如果坍塌不嚴重時，仍繼續(xù)推進直到能立鋼支撐的尺 寸，停止掘進，進行支護。如果坍塌嚴重時，應(yīng)立即停機進行支護，待支護完成后，方可掘進。(9)坍塌時應(yīng)選擇合理的掘進參數(shù)，減少對圍巖的擾動，減少剝落和坍塌；(10)改進施工工藝，增強設(shè)備的適應(yīng)能力等行之有效的措施加快施工進度；(11)依托新奧法原理及時施作錨噴柔性支護，并允許圍巖有一定的變形，充分利用圍巖自身 的承載力，達到支護和圍巖共同受力的目的；(12)完善的量

22、測監(jiān)控技術(shù)，進行動態(tài)施工管理。6掘進機在拱腳滑塌掘進施工時，應(yīng)按下列要求進行作業(yè)：(1)采用先通過，通過后及時支護；對于嚴重破碎（剝落較多，易出現(xiàn)坍塌），采用預(yù)加固， 后掘進、及時支護的措施；遵循寧強勿弱，一次到位，減少變形過大而二次加固的施工支護原則。(2)針對軟弱圍巖的特點，通過采取超前小導(dǎo)管注漿加固刀盤前面及護盾上方圍巖，提高圍 巖自穩(wěn)能力，有效控制圍巖出護盾前的變形。(3)在圍巖出護盾后及時初噴混凝土，封閉圍巖，將圍巖的收斂變形減少到最低限度。 (4)由于圍巖松動范圍的擴大，而使圍巖的穩(wěn)定性降低，襯砌后需及時進行固結(jié)灌漿。 三、巖爆段施工1. 產(chǎn)生巖爆的條件 隧道產(chǎn)生巖爆的條件是多方面

23、的，如何預(yù)測巖爆的存在，各國對此都有不同的判別方法，我國工程界常用的公式為：(0.150.2) c，式中 為原始最大主應(yīng)力，c 為巖石的 單軸抗壓強度，即 Rb，在一座隧道中，Rb 在設(shè)計上只給出一個值，在不同的里程和不同的埋深 處，其值顯然是不同的，在施工現(xiàn)場一般不易測得，因此僅依靠上面一個式子，無法有效地組織 施工。事實上，判別巖爆是否存在已不是什么很新、很難的課題，根據(jù)我們近十幾年來修建公路、 鐵路隧道以及水電工程的施工實踐來看，主要有 5 個方面的條件，即如下所列的 5 項指標：(1)巖石的強度 Rb80MPa； (2)巖層中的原始初應(yīng)力 0(0.150.2)Rb； (3)圍巖的級別：

24、、或級； (4)隧道的埋深 H50m； (5)巖石干燥無水，呈脆性，節(jié)理基本不發(fā)育。一般來說，發(fā)生巖爆的隧道基本上能同時滿足這 5 個條件，但是，也有極少數(shù)的隧道，在并 未完全滿足這 5 個條件的情況下，也出現(xiàn)了巖爆，且有的巖爆的強度還不低，如瑞典的福斯馬克 電站，巖爆發(fā)生在埋深 5.010.0m 的引水隧洞中，重慶的渝長線的鐵山坪隧道，整 個隧道位于地下水位以下，開挖時涌水量 達 350500t/d，但仍然發(fā)生了中等強度 的巖爆，有的隧道其原始應(yīng)力 0 (0.150.2)Rb 時，也發(fā)生巖爆，因此， 為了更具普遍性，只要滿足其中任意三項 指標時，即可判定巖爆的存在。2. 巖爆基本特征分類 巖

25、爆發(fā)生時，根據(jù)所表現(xiàn)出來的基本特征分為如下三類：(1)破裂松脫型：圍巖呈塊、板、鱗片 狀爆裂，爆裂聲微弱。爆裂的巖塊需經(jīng)過一段時間后才從母巖表面彈射下來，彈射圖 4.7.5-4水漲式錨桿消除巖爆距離較小。彈射速度一般小于 2m/s，部分巖塊是自上而下的墜落。此類型為微弱的巖爆。- 409 -(2)爆裂彈射型：巖片的彈射及巖粉的噴射，爆裂聲響如同鞭炮，爆出的巖塊成片狀彈射或 剝離，射出來的巖塊多為中間厚、周邊薄的鱗片，其較大的塊體達到直徑 D=0.30.5m、厚度 h- 410 -0.10.3m，巖片彈射的速度一般約為 2.05.0m/s，發(fā)生的部位一般在新開挖的工作面及其 附近的拱部。巖爆發(fā)生

26、前連續(xù)發(fā)生有如破竹般的劈啪聲，發(fā)生后有巖粉尾隨出現(xiàn)。發(fā)生巖爆的洞 壁巖面一般光滑平整。此類型為中等巖爆。(3)爆炸拋石型：巨石拋射，聲響如炮彈爆炸，拋石體積有數(shù)立方米至數(shù)十立方米，拋射距 離數(shù)米至一二十米。彈射的速度一般大于 5m/s，巖爆部位集中于爆破后的開挖面。巖爆發(fā)生在 爆破后數(shù)分鐘內(nèi)，并很快趨于平穩(wěn)。此類型為強烈?guī)r爆。關(guān)于對巖爆強度進行分級，目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一標準，但是，作為施工規(guī)范，如果沒有一個定 量的標準，就無法有效地指導(dǎo)施工?，F(xiàn)介紹的分級標準系經(jīng)驗所得(說明表 4.7.5-1)。表 4.7.5-1 巖爆強度大小的分級表分項指標分 級0/Rb圍巖級別h(m)Rb(MPa)微弱巖爆0.

27、150.25、20080120中等強度巖爆0.200.35、200700120180強烈?guī)r爆0.30、700180圍巖的強度，表中巖石的單軸抗壓強度下限取為 80MPa，是因為低于 80MPa 時幾乎不發(fā)生巖爆，80120MPa 時一般為微弱的巖爆，大于 180MPa 后，該指標對巖爆的強度影響作用不再繼續(xù) 增加或增加量較小。埋深，對于大多數(shù)巖爆發(fā)生在 H50m 的情況下，只有極個別的隧道在洞口淺埋段就開始發(fā) 生巖爆，這時巖石的強度一定較高，圍巖的級別也較高，如果是處于深埋地段，可能就會發(fā)生較 強烈的巖爆了。大多數(shù)的巖爆發(fā)生在 H=200700m 的地方，超過 700m 以后，巖爆的強度與埋深

28、 的關(guān)系變化不大了。原始地應(yīng)力，對于一般微弱的巖爆，1/Rb=0.100.20；中等巖爆時，1/Rb=0.20.3； 強烈?guī)r爆時，1/Rb0.3。為了定量，故按表中的分段范圍進行取值，比較合理。本條是根據(jù) 巖爆可能發(fā)生的條件下，針對不同的級別，采取相應(yīng)的對策措施，以有效地降低巖爆的強烈程度， 從而提高施工的安全性，對于各種強烈程度的巖爆，通過向開挖面進行灑水和鉆孔注水一般都能 起到明顯的效果，因為水能通過節(jié)理滲入圍巖內(nèi)部，進而軟化圍巖，降低圍巖的彈性模量 E 及內(nèi) 部的 c、 值，從而降低了巖爆的強烈程度。對于強烈?guī)r爆，除了在洞內(nèi)進行注水外，另外，對 于雙線或雙線以上隧道，可以先行貫通一個小導(dǎo)

29、坑，讓其提前進行應(yīng)力釋放，待一段時間以后， 再進行隧道的開挖，這時，巖爆的強度就大大降低了。3對巖爆段掘進機法施工，應(yīng)按下列要求進行作業(yè)：(1)隧道施工中可能發(fā)生巖爆時，應(yīng)遵循預(yù)防為主，防治結(jié)合的原則，對開挖面前方的圍巖 特性，水文地質(zhì)情況等進行預(yù)測、預(yù)報，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有較強烈?guī)r爆存在的可能時，應(yīng)及時研究施工對 策，做好施工前的必要準備；(2)在巖爆隧道施工過程中，應(yīng)采取下列方法進行地質(zhì)預(yù)報：開挖面及其附近的觀察預(yù)報，通過地質(zhì)的觀察、素描，分析巖石的“動態(tài)特征”，主要包 括巖體內(nèi)部發(fā)生的各種聲響和局部巖體表面的剝落等；采用工程地質(zhì)類比法進行宏觀預(yù)報。(3)應(yīng)根據(jù)巖爆強度大小對其進行嚴格分級，針對不同

30、的巖爆級別可采取下列技術(shù)措施：輕微巖爆地段 在施工時，加大刀盤噴水量對易產(chǎn)生巖爆的巖石也能起到一定的軟化作用，促使應(yīng)力釋放和調(diào)整。采取錨桿鋼筋網(wǎng)（小網(wǎng)格網(wǎng)片）加格柵拱架噴射砼的支護方式。錨桿間距 1.2m。中等巖爆地段刀盤前按間距 1.01.5m，打 2.5m 深的應(yīng)力釋放孔，也可向孔內(nèi)噴灌高壓水，軟化圍巖，以釋放部分地應(yīng)力。為防止巖石碎塊彈射和提高結(jié)構(gòu)整體支護作用，在錨桿鋼筋網(wǎng)槽鋼拱架支護 基礎(chǔ)上，人工噴射 5cm 厚砼。強烈?guī)r爆地段 必要時除采取上述措施外，也可采取網(wǎng)噴鋼纖維混凝土、施作超前錨桿等方式。 (4)隧道施工中，一旦發(fā)生巖爆，應(yīng)立即采取下列處理措施：進行工作面的觀察，做好各種記錄

31、，如巖爆的位置、強度、類型、數(shù)量以及山鳴等。安排專職人員清除巖爆后的松石，加強巡回檢查和危石處理，杜絕崩落的巖石砸壞設(shè)備或 傷害人員現(xiàn)象發(fā)生。4巖爆段具體施工工藝流程 預(yù)測預(yù)報（對結(jié)果分析評價，判定巖爆等級）采取防治措施掘進機掘進支護及防治措施監(jiān)控量測。5巖爆地段采取掘進出露后鉆孔、噴水等方式，減少巖爆發(fā)生，同時增加部分短錨桿，以 備巖爆發(fā)生時掛網(wǎng)用。四、膨脹巖段施工1對掘進機法通過膨脹巖地段，應(yīng)按下列要求進行：(1)膨脹巖隧道的施工應(yīng)根據(jù)膨脹巖的特性，并結(jié)合施工條件、圍巖穩(wěn)定情況、地下水活動 狀況等因素綜合決定；(2)掘進機在膨脹巖隧道施工的初期支護應(yīng)采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼架等，必

32、要 時可采用鋼纖維混凝土或加設(shè)鋼筋網(wǎng)；(3)膨脹巖隧道的襯砌應(yīng)在圍巖變形基本穩(wěn)定，變形速度小于 0.5mm/d 后進行。當(dāng)襯砌混凝 土的強度達到設(shè)計強度的 100%時，方可拆模。(4)護盾式掘進機通過膨脹巖地段時，可使用擴孔刀具加大開挖直徑，減少被卡住危險，應(yīng) 設(shè)法迅速通過，加裝刮刀及噴射泡沫劑來緩解，并注意工作模式的轉(zhuǎn)換。2護盾式掘進機無法通過突發(fā)特殊地段，可開挖迂回導(dǎo)坑到掘進前方進行處理。3掘進機通過膨脹巖地段時，應(yīng)控制刀盤噴水，做好排水；加強支護和二次襯砌相關(guān)規(guī)定。4應(yīng)加強監(jiān)控量測，對數(shù)據(jù)進行分析處理，及時反饋指導(dǎo)施工，修改支護參數(shù)等技術(shù)措施。 五、巖溶段施工1規(guī)模較小的巖溶地段，應(yīng)按下

33、列要求進行作業(yè)：(1)施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖和超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，查明溶洞的分布范圍、類型、規(guī)模、發(fā)育程 度、填充物及地下水的情況，及時正確地制定施工方案。(2)根據(jù)查明的溶洞規(guī)模、填充物的情況，對溶洞進行處理，滿足掘進機施工要求。(3)在掘進過程中，通過控制掘進參數(shù)控制掘進方向，減緩掘進速度，使掘進機在掘進的瞬 間刀盤各部位受力盡量相同，減少對刀具的偏磨和掘進機姿態(tài)的偏移等現(xiàn)象。(4)做好溶洞段施工應(yīng)急預(yù)案。2掘進機通過巖溶地段應(yīng)按下列作業(yè)進行。(1)利用掘進機上配備超前鉆機，進行超前鉆孔較為準確的掌握巖溶地層的地質(zhì)狀況，制定 相應(yīng)的巖溶地層的施工方法；(2)采用掘進機自身配備的超前鉆機、錨桿鉆機

34、、灌漿系統(tǒng)等設(shè)備進行超前預(yù)加固及超前支 護等工作；(3)及時進行初期支護，對影響地層穩(wěn)定和施工安全的地層，對圍巖進行固結(jié)灌漿加固。3在施工過程中加強對圍巖的監(jiān)測，通過對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場觀察和對測量數(shù)據(jù)的計 算分析，掌握圍巖的穩(wěn)定狀況，必要時采取加強支護的施工措施，以防止圍巖過度變形造成危害。- 411 -4.具體處理措施- 412 -掘進機進入溶洞段施工時，利用掘進機的超前鉆探孔，對機器前方的溶洞處理情況進行探測。 每次鉆設(shè) 20m 長，兩次鉆探間搭接 2m。在探測到前方的溶洞都已經(jīng)處理過后，再向前掘進。溶 洞處理范圍主要為隧道中線左右各 812m，隧道上部 58m，隧道下部保證溶腔回填密

35、實。溶洞處理方法如下：(1)對無水或流動水較小的充填狀況較密實的小溶洞、溶隙和溶蝕通道，采用深孔注單液水 泥漿的方法，對溶洞進行回填和對其充填物固結(jié)。(2)對有流動水、充填狀況較密實的小溶洞、溶隙和溶蝕通道，采用深孔注水泥水玻璃雙 液漿的方法，對溶洞進行回填和對其充填物固結(jié)。(3)對無流動水、充填狀況較密實的大溶洞，在鉆探孔的周圍按 1m1m 布設(shè)注漿充填孔，并 利用鉆設(shè)的注漿孔進一步探明溶洞。在溶洞的周邊孔進行水泥水玻璃雙液漿注漿，在內(nèi)部孔采 用注水泥漿的方法，對溶洞進行回填和對其充填物固結(jié)。(4)對充填不密實的大溶洞，利用鉆設(shè)注漿孔向溶洞內(nèi)填中粗砂，然后再注漿回填和固結(jié)。(5)對流水較大、

36、充填物較少的大溶洞或地下暗河，預(yù)先開挖迂回導(dǎo)坑，利用導(dǎo)坑對其回填 低等級速凝混凝土，然后注入雙液漿回填。六、有瓦斯段施工1瓦斯隧道瓦斯?jié)舛扰c煤(巖)中的瓦斯含量有對應(yīng)關(guān)系，但不確定因素很多，因此定義瓦 斯隧道尚無規(guī)定的定量指標。為確保安全，本條規(guī)定只要隧道內(nèi)存在瓦斯，不論瓦斯出現(xiàn)早晚、 時間長短、地點位置、數(shù)量大小，該隧道即定性為瓦斯隧道。2隧道施工過程中，通過施工檢測，只要隧道內(nèi)存在瓦斯，應(yīng)按瓦斯隧道的要求組織施工。 一般 TBM 上有監(jiān)控瓦斯的設(shè)備，且與掘進是聯(lián)鎖的，超標時會自動停機，針對施工而言，主要是 照明和運輸設(shè)備的防爆）3瓦斯隧道施工必須選擇具有防爆性能的全斷面掘進機。4 瓦斯隧道

37、施工應(yīng)實行分類管理，其分類標準應(yīng)符合現(xiàn)行鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范（TB10120）的有關(guān)規(guī)定。其安全管理、隧道開挖、設(shè)備防爆、供電等應(yīng)符合現(xiàn)行鐵路瓦斯隧 道技術(shù)規(guī)范（TB10120）對相應(yīng)類別工區(qū)的有關(guān)規(guī)定。5瓦斯隧道的施工，必須加強施工通風(fēng)管理。應(yīng)編制全隧和各工區(qū)詳細的施工通風(fēng)設(shè)計， 其通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)設(shè)備應(yīng)符合鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范（TB10120）對各類工區(qū)的有關(guān)規(guī)定。6瓦斯隧道施工應(yīng)建立專門機構(gòu)進行瓦斯檢測工作，設(shè)置消防設(shè)施，制定緊急預(yù)案。高瓦 斯工區(qū)及瓦斯突出工區(qū)應(yīng)配備救護隊。7高瓦斯地段施工時,應(yīng)啟動掘進機上配備的有害氣體探測設(shè)備，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r，應(yīng)停 止主機作業(yè)，強制執(zhí)行二次通風(fēng)，待瓦

38、斯?jié)舛冉档秃笤倬蜻M。七、超前注漿措施1護盾式掘進機須自備超前注漿孔進行超前注漿，保證注漿效果。2開敞式、護盾式掘進機，注漿前采用砂袋、結(jié)合噴射混凝土來防護刀盤。3注漿施工前，除根據(jù)注漿工藝要求配備應(yīng)有的機具設(shè)備外，還應(yīng)視工作條件，做好注漿 站的布置，進行試泵與注水試驗，然后制漿壓注。4注漿材料及漿液配比應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、注漿目的、注漿工藝、設(shè)備和成 本等因素選擇和調(diào)整，并滿足以下要求：(1)注漿材料應(yīng)來源廣、價格適宜，形成的漿液具有良好流動性、可灌性，凝膠時間可根據(jù) 需要調(diào)節(jié)、固化時收縮小，漿液與圍巖、混凝土、砂土等粘結(jié)力強，固結(jié)體具有高強度和良好的 抗?jié)B性、穩(wěn)定性、耐久性，注漿材

39、料和固結(jié)體無毒、無污染、對人體無害。(2)一般情況下應(yīng)采用水泥系漿材，不宜采用化學(xué)漿材。(3)在中強風(fēng)化及斷層破碎帶富水和動水條件下采用普通水泥水玻璃雙液漿，在砂層中采用超細水泥水玻璃雙液漿。5注漿設(shè)備的選取應(yīng)滿足以下要求：(1)鉆機可選用回轉(zhuǎn)式、沖擊式鉆機及鑿巖機等，鉆孔注漿孔徑一般可選用 70130mm， 鉆孔機具應(yīng)滿足注漿段長的要求。(2)在灌注水泥漿時，宜采用單液注漿泵或泥漿泵。灌注砂漿時則采用專用砂漿泵。在灌注 雙液漿時應(yīng)采用雙液注漿泵，注漿泵的最大壓力應(yīng)達到設(shè)計壓力的 1.52.0 倍。6注漿前檢查注漿材料數(shù)量能否滿足連續(xù)注漿要求。如不能保證連續(xù)注漿要求，則要等補 足數(shù)量或有運輸保

40、障供應(yīng)的情況下才能注漿。7注漿鉆孔作業(yè)應(yīng)滿足以下要求：(1)當(dāng)掌子面圍巖破碎，應(yīng)先設(shè)置止?jié){墻和孔口管?？卓诠苈袢胫?jié){墻深度隨最大注漿壓力 而定；孔口管應(yīng)為無縫鋼管，直徑不宜小于 90mm。(2)在涌水量大、壓力高的地段鉆孔時，應(yīng)先設(shè)置帶閘閥的孔口管。當(dāng)出現(xiàn)大量涌水時，拔 出鉆具，關(guān)閉孔口管上的閘閥，做好準備后，進行注漿。(3)鉆孔前要按照設(shè)計將鉆機就位，計算出各鉆孔在工作面上的坐標，標識出注漿孔的準確 位置，開孔前保持鉆機前端中點與掌子面鉆孔位于同一軸線上，固定鉆機，保證鉆桿中心線與設(shè) 計注漿孔中心線相吻合，鉆機安裝應(yīng)平整穩(wěn)固，在鉆孔過程中應(yīng)檢查校正鉆桿方向。超前注漿孔 的孔底偏差應(yīng)不大于孔深

41、的 1/40 孔深，注漿孔和檢查孔的孔底偏差應(yīng)不大于孔深的 1/80 孔深， 其它鉆孔的孔底偏差應(yīng)小于 1/60 孔深或符合設(shè)計規(guī)定。(4)鉆孔注漿順序宜先鉆內(nèi)圈孔后外圈孔，先無水孔后有水孔。(5)鉆孔 2m 后安裝孔口管或注漿管，測量水壓力及涌水量，并按表格填寫記錄，主要內(nèi)容有 孔號、進尺、起始時間、巖石裂隙發(fā)育情況、出現(xiàn)涌水位置、涌水量和涌水壓力等。8注漿作業(yè)應(yīng)滿足下列要求：(1)注漿施工前應(yīng)對不同水灰比、摻加不同摻和料和不同外加劑的漿液進行試驗，選擇適合 的漿液和配比，按照配比準確計量，嚴格按順序加料，攪拌后的漿液必須經(jīng)篩網(wǎng)過濾后方可進入 注漿機。(2)注漿過程中應(yīng)根據(jù)漿液擴散情況、注漿

42、量、注漿壓力等參數(shù)調(diào)整注漿材料和配比。(3)注漿過程中應(yīng)做好施工記錄，包括孔位、孔徑、孔深、漿液配比、注漿壓力、注漿量， 以及跑漿、串漿等現(xiàn)象。9注漿結(jié)束標準應(yīng)滿足設(shè)計要求，施工時可參考以下規(guī)定：(1)單孔結(jié)束標準：注漿壓力逐步升高至設(shè)計終壓，則繼續(xù)注漿min 以上，進漿量小于 初始進漿量的 1/4，檢查孔涌水量小于.2L/min。(2)全段注漿結(jié)束標準：所有注漿孔均符合單孔結(jié)束條件，注漿后隧道預(yù)測涌水量小于m3/（d.m）。10注漿施工中異常情況的處理可參照以下要求進行： (1)鉆孔過程中遇見突泥情況，立即停鉆，進行注漿處理。 (2)在掌子面有小裂隙漏漿，先用水泥浸泡過的麻絲填塞裂隙，并調(diào)整

43、漿液配比，縮短凝膠時間。若仍跑漿，在漏漿處用風(fēng)鉆鉆淺孔注漿固結(jié)。(3)當(dāng)注漿壓力突然升高，則只注純水泥漿或清水，待泵壓恢復(fù)正常時，再進行雙液注漿。 若壓力不恢復(fù)正常，則停止注漿，檢查管路是否堵塞。(4)當(dāng)進漿量很大，壓力長時間不升高時，應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行 小泵量、低壓力注漿，以便漿液在巖層裂隙中膠凝；也可采用間歇式注漿方式，其間歇時間不能 超過漿液凝膠時間。- 413 -(5)注漿發(fā)生堵管時，先打開孔口泄壓閥，再關(guān)閉孔口進漿閥，然后停機，查找原因，迅速- 414 -進行處理。注漿結(jié)束時，應(yīng)先打開泄壓管閥門，再關(guān)閉進漿管閥門并用清水將注漿管沖洗干凈后 方可停機。11注漿結(jié)

44、束后，應(yīng)經(jīng)檢查確認漿液固結(jié)體達到設(shè)計規(guī)定強度后再進行掘進機的施工。12超前預(yù)注漿施工工藝超前預(yù)注漿,注漿管采用50mm、=3.5mm 的無縫鋼管加工制作。注漿管加工采用 TSS 管。 TSS 管前端加工成尖錐狀并封死，在 TSS 管周體垂直鉆設(shè)68mm 的溢漿孔，然后采用洗刀在溢 漿孔位置洗出1012mm 的臺階孔，采用膠粘劑將貼片粘在溢漿孔的洗孔位置，這樣形成單向 袖閥管，從而滿足后退式分段注漿施工工藝要求。注漿管每節(jié)長度 2m，采用絲扣連接，花管部 分長 10m。TSS 管注漿施工采取后退式分段注漿施工工藝。進行 TSS 管后退式分段注漿施工時，首先將 TS-D 止?jié){塞及其它配套裝置放入 TSS 管中，對底部一個注漿分段段長進行注漿施工，第一分段 注漿完成后，反時針旋轉(zhuǎn)芯管上的 TS-C 頂桿螺母，使止?jié){塞恢復(fù)到原狀。將芯管后退一個分段 長度進行第二分段注漿，如此下去，直到將整個注漿段完成。進行后退式分段注漿施工，注漿分 段長度宜取 3m5m。八、TBM 施工輔助工法1施工前必須根據(jù)設(shè)計提供的工程及水文地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場實際情況