不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)地段隧道處理技術(shù)及案例課件

1不良地質(zhì)段隧道施工

富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r

膨脹性和擠壓性圍巖

黃土地質(zhì)

巖溶地質(zhì)

煤系地層

高地應(yīng)力硬巖(巖爆)地質(zhì)

隧道施工坍方處理措施

1富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r膨脹性和擠壓性圍巖黃土地質(zhì)2第一節(jié)概述一、不良和特殊地質(zhì)地段的概念(一)不良地質(zhì)地段

不良地質(zhì)地段是指滑坡、崩塌、巖堆、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程的不良地質(zhì)環(huán)境。2第一節(jié)概述一、不良和特殊地質(zhì)地段的概念(一)不良3(二)特殊地質(zhì)地段：特殊地質(zhì)地段是指膨脹巖地層、斷層破碎帶、軟弱黃土地層、含水未固結(jié)圍巖、溶洞、巖爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地層等二、開挖和支護過程中可能造成的危害土石坍塌3(二)特殊地質(zhì)地段：特殊地質(zhì)地段是指膨脹巖地層、斷4隧道支撐嚴(yán)重變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進度4隧道支撐嚴(yán)重變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進度5三、不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程的一般規(guī)定制定完整預(yù)案，做好技術(shù)、物資、機械儲備制定地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報方案根據(jù)預(yù)報結(jié)果及時調(diào)整施工方案必須加強量測工作，并及時反饋量測結(jié)果5三、不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程的一般規(guī)定制定完整預(yù)案，做好6四、不良地質(zhì)地段隧道施工注意事項1.選擇施工方法注意事項施工以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測、穩(wěn)步前進”為指導(dǎo)原則：選擇施工方法(包括開挖及支護)時，應(yīng)以安全及工程質(zhì)量為前提，綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期要求、經(jīng)濟和技術(shù)的可行性等因素而定。同時應(yīng)考慮圍巖變化時施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成工程失誤和增加投資。6四、不良地質(zhì)地段隧道施工注意事項1.選擇施工方法注意事項72.加強監(jiān)控和量測工作3.使用噴錨技術(shù)注意事項

(1)爆破后如開挖工作面有坍塌可能時，應(yīng)在清除危石后及時噴射混凝土護面。

(2)錨噴支護后仍不能提供足夠的支護能力時，應(yīng)及早裝設(shè)鋼拱架支撐加強支護。72.加強監(jiān)控和量測工作3.使用噴錨技術(shù)注意事項(184.采用臨時支護時注意事項

(1)支撐要有足夠的強度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。

(2)圍巖出現(xiàn)底部壓力，產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時應(yīng)加設(shè)底梁

(3)當(dāng)圍巖極為松軟破碎時，應(yīng)采用先護后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密；

(4)根據(jù)現(xiàn)場條件，可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護，形成聯(lián)合支撐

(5)支護作業(yè)應(yīng)迅速、及時，以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。84.采用臨時支護時注意事項(1)支撐要有足夠的強度95.選用掘進方法時注意事項特殊地質(zhì)地段隧道施工時，不宜采用全斷面開挖。應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全、工程質(zhì)量等條件合理選用。6.掘進時遇有圍巖壓力過大注意事項拱部擴挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)先挑頂后擴挖。當(dāng)擴挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計斷面部分的拱圈，待混凝土達到所需強度并加強拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。95.選用掘進方法時注意事項特殊地質(zhì)地段隧道施工時，107.遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進時注意事項8.襯砌出現(xiàn)開裂或下沉?xí)r注意事項采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液加固圍巖的方法，以提高其自穩(wěn)性。當(dāng)拱腳、墻基松軟時，灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。107.遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進時注意事項8.襯砌出現(xiàn)開裂11五、我國不良地質(zhì)隧道施工現(xiàn)狀我國已接近或達到世界先進行列大瑤山隧道9號斷層大瑤山隧道處在京廣鐵路衡廣復(fù)線的坪石至樂昌間，全長14.3km，是當(dāng)時國內(nèi)最長的雙線電氣化隧道。隧道采用“三斜一豎”的施工方案,隧道中部穿過的465m長的9#斷層地段，最大涌水量每晝夜高達40000m3,是整座隧道的控制地段。隧道全面運用新奧法原理施工,最高單口獨頭月成洞217雙線米。1981年11月開工，1989年12月建成。11五、我國不良地質(zhì)隧道施工現(xiàn)狀我國已接近或達到世界先進行列12山隧道山隧道位于侯(馬)月(山)鐵路線山西沁水縣和翼城縣相鄰處，穿越中條山主峰。Ⅰ線隧道長8145m，Ⅱ線隧道長8178m，雙線分修，電氣化單線斷面。主要地質(zhì)問題：Ⅰ線隧道進口通過192m古河槽地段，為土夾碎石層；洞身穿越煤系地層1740m，揭煤13次，有瓦斯；穿越較大的斷裂帶4條，膨脹性圍巖地段占全隧總長的96%。全隧晝夜涌水量約9850m3。12山隧道山隧道位于侯(馬)月(山)鐵路線山西沁水縣和翼城縣13隧道隧道是中國鐵路瓦斯含量最高的長大隧道，位于南昆鐵路威（舍）紅（果）段的魯番站與上西鋪站之間。隧道全長4975米。隧道洞身有1085m是煤系地層，主要煤層共14層，各煤層瓦斯壓力測算值大多超過0.6MPa，最高的達到1.34MPa。據(jù)測算，隧道施工通過煤層時，瓦斯涌出量最多達到每小時349立方米。因此，隧道屬高瓦斯有突出危險的隧道，其施工難度和危險性，在我國鐵路隧道建設(shè)史中還沒有先例。13隧道隧道是中國鐵路瓦斯含量最高的長大隧道，位于南昆鐵路威14第二節(jié)富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r一、概述

斷層破碎帶是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)地段，斷層帶內(nèi)巖體擠壓破碎，常呈塊石、碎石或角礫狀有的甚至呈斷層泥，巖體強度低，圍巖壓力增大，自穩(wěn)能力下降，容易坍塌，施工困難。14第二節(jié)富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r一、概述斷層破碎帶是隧道施工15

富水軟巖是指在各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層中，在富含地下水的情況下，巖體強度很低，自穩(wěn)能力極差的圍巖。二、開挖施工要求

(一)充分應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報1.預(yù)報方法地質(zhì)預(yù)報方法主要有：鉆孔超前探測；對超前導(dǎo)坑進行地質(zhì)、水文觀測素描；地震波、聲波、地質(zhì)雷達等物理探測。15富水軟巖是指在各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重風(fēng)化的各種162.預(yù)報的重點內(nèi)容預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)情況，圍巖整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對施工的影響，地下水活動情況等。3.預(yù)報方式①長期預(yù)報總體預(yù)報，預(yù)報斷層規(guī)模、分布、性質(zhì)、構(gòu)造分帶，富水性等，并分段作出工程地質(zhì)評價。162.預(yù)報的重點內(nèi)容預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)情況，17②中期預(yù)報巖石微觀構(gòu)造研究工程地質(zhì)類比地震反射波法（TSP原理、TSP現(xiàn)場）地質(zhì)雷達法瞬變電磁法長距離地質(zhì)超前鉆孔17②中期預(yù)報巖石微觀構(gòu)造研究工程地質(zhì)類比地震反射波法（TS18③短期預(yù)報利用超前炮孔預(yù)報掌子面超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報(二)注漿堵水并加固圍巖富水軟弱破碎圍巖隧道處理地下水原則一般是：以堵截為主，排引為輔。采用注漿堵水結(jié)合超前鉆孔限量排水特大涌水采用輔助導(dǎo)坑排水18③短期預(yù)報利用超前炮孔預(yù)報掌子面超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報(二)注19堵截地下水的辦法主要有兩類：整個富水段進行注漿止水，并加固松散巖體。對富水地段沿隧道開挖輪廓線以外進行環(huán)形注漿，形成止水帳幕，防止或減小地下水進入開挖工作面。排水輔助措施有導(dǎo)坑、鉆孔等，目的是排水降壓。當(dāng)?shù)叵滤c地表水連通時，埋深小于20m采用地表注漿，埋深大于20m時采用洞內(nèi)注漿19堵截地下水的辦法主要有兩類：整個富水段進行注漿止水，并加20馬鹿箐隧道突水錄像20馬鹿箐隧道突水錄像21xx隧道高壓水21xx隧道高壓水22正洞平行導(dǎo)坑(c)平導(dǎo)超前注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域(a)洞內(nèi)超前注漿(b)地表超前注漿22正洞平行導(dǎo)坑(c)平導(dǎo)超前注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域(a)23(三)開挖及支護單線隧道采用正臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，雙線和多線隧道采用CD法、CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，循環(huán)進尺0.5~1.0m開挖手段上，采取兩種方法，一是在特別軟弱的圍巖段，采用非鉆爆開挖，如利用十字鎬、風(fēng)鎬開挖或利用小型挖裝機開挖。另一種是采用控制爆破措施，如松動爆破、微振動爆破等。開挖施工要求23(三)開挖及支護單線隧道采用正臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法24根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)支護施工要求根據(jù)量測結(jié)果確定施作時機襯砌施工要求仰拱必須及早施作，形成封閉結(jié)構(gòu)24根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)支護施工要求根據(jù)量測結(jié)果25三、工程實例——xx線xx隧道

1、工程概況xx隧道位于xx鐵路贛龍段，長2536m，為雙線電化斷面。進口280m處于剝蝕低山的坡角地帶，山坡平緩，有2~9m厚的崩塌堆積物。埋深2~63m，為淺埋地段，地勢低洼，地表匯水集中，山坡樹木茂盛，沿隧道兩側(cè)30m范圍內(nèi)有多處水塘，兩旁坡面有泉水滲流。25三、工程實例——xx線xx隧道1、工程概況x26三、工程實例——xx線xx隧道

1、工程概況進口280m主要通過中粗粒黑云母花崗巖體。由于侵入體古老，受歷次構(gòu)造運動影響，巖體破碎；巖石中石英較少，長石含量居多，風(fēng)化年代久遠，深度達30~50m，為極嚴(yán)重風(fēng)化花崗巖，屬特軟巖。遇地下水，易產(chǎn)生潛蝕而破壞原巖結(jié)構(gòu)，呈流塑狀，自穩(wěn)能力極低，開挖擾動后極易液化，呈泥漿狀涌出。26三、工程實例——xx線xx隧道1、工程概況進272、初期施工情況

xx隧道自1993年4月至1994年1月，9個月完成42m(其中含明洞33m)，平均月成洞4.7m，按總體施工計劃安排和當(dāng)時的施工進度估算，工期將被迫延長一年左右。因此，問題非常突出，引起了部領(lǐng)導(dǎo)和各部門極大重視與關(guān)注，被喻為xx線“天字第一號工點”。

272、初期施工情況xx隧道自1993年4月至199428圍巖自穩(wěn)及自承能力極差富水3、地質(zhì)原因分析方案比選4、施工方案樁柱法28圍巖自穩(wěn)及自承能力極差3、地質(zhì)原因分析方案比選4、施工方29雙側(cè)壁導(dǎo)坑法29雙側(cè)壁導(dǎo)坑法30綜合排水技術(shù)5、具體施工方法封堵疏排地表水，杜絕地表水和降水的補給截水溝地表混凝土封閉平導(dǎo)與泄水洞截、排水深井點降水洞內(nèi)降排水負壓抽水開挖中的疏排水30綜合排水技術(shù)5、具體施工方法封堵疏排地表水，杜絕地表水和31支護體系設(shè)計與施工5、具體施工方法超前預(yù)加固側(cè)壁導(dǎo)坑、泄水洞及平導(dǎo)上弧導(dǎo)初期支護二次襯砌第一次60cm第二次30cm31支護體系設(shè)計與施工5、具體施工方法超前預(yù)加固側(cè)壁導(dǎo)坑、泄32深孔長套管劈裂注漿5、具體施工方法注漿方法分段長套管前進式注漿擠壓注漿滲透注漿32深孔長套管劈裂注漿5、具體施工方法注漿方法分段長套管前進33注漿材料水泥—水玻璃雙漿液注漿施工拱部大管棚注漿施工突水涌泥段注漿施工極軟致密原狀地層中的注漿施工6、施工效果提前1.5個月貫通33注漿材料水泥—水玻璃雙漿液注漿施工拱部大管棚注漿施工6、34第三節(jié)

膨脹性和擠壓性圍巖一、基本概念膨脹巖礦物成分：親水性礦物，蒙托石、伊利石特性：吸水膨脹軟化，失水收縮硬裂擠壓性圍巖強度低，在高地應(yīng)力作用下產(chǎn)生“剪脹”34第三節(jié)膨脹性和擠壓性圍巖一、基本概念膨脹巖礦物成分：親35二、膨脹性圍巖的基本特征與分級

(一)膨脹巖基本特征

(1)質(zhì)軟，強度低

(2)自由膨脹率高

(3)空隙率大

(4)易風(fēng)化、崩解性強

(5)膨脹壓力大35二、膨脹性圍巖的基本特征與分級(一)膨脹巖基本特征36(二)膨脹巖的判別與分級判別依據(jù)間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)直接定量反應(yīng)巖石膨脹力學(xué)指標(biāo)以及不同荷載下的膨脹率大小的指標(biāo)36(二)膨脹巖的判別與分級判別依據(jù)間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)直接37膨脹巖的判別標(biāo)準(zhǔn)37膨脹巖的判別標(biāo)準(zhǔn)38膨脹巖的分級膨脹巖的物理力學(xué)指標(biāo)38膨脹巖的分級膨脹巖的物理力學(xué)指標(biāo)39三、膨脹性圍巖對隧道施工的危害圍巖普遍開裂坑道下沉圍巖膨脹突出和坍塌隧道底部隆起襯砌嚴(yán)重變形和破壞39三、膨脹性圍巖對隧道施工的危害圍巖普遍開裂坑道下沉圍巖膨40四、高地應(yīng)力作用下的軟巖

1.高地應(yīng)力軟巖的概念

當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強度的比值達到某一水平時，才能稱為高地應(yīng)力或極高應(yīng)力。圍巖強度應(yīng)力比=40四、高地應(yīng)力作用下的軟巖1.高地應(yīng)力軟巖的概念41(1)圍巖大變形量的劃分鐵路隧道大變形的變形量劃分

(2)烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟巖隧道大變形分級擠壓性隧道的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)41(1)圍巖大變形量的劃分鐵路隧道大變形的變形量劃分422.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形量大最大變形可達數(shù)10cm至100cm以上。隧道初期支護周邊位移曾達210cm，一般80~100cm，拱頂下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm，邊墻向下擠進30~40cm。關(guān)角隧道底鼓約100cm，邊墻向內(nèi)擠很大。烏鞘嶺隧道嶺脊段最大水平收斂達1209mm，最大拱頂下沉367mm。平均累計變形按F4、志留系板巖夾千枚巖、F7幾區(qū)段分別為90~120mm、200~400mm、150~550mm。422.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形量大432.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形速度高隧道初期支護變形速度達3~4cm/d。奧地利的陶恩隧道最大變形速度高達20cm/d，一般也達5~10cm/d。烏鞘嶺隧道嶺脊段變形量測開始階段變形速率最高達167mm/d，最大變形速率按F4、F5、志留系板巖夾千枚巖、F7幾區(qū)段分別可達73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。432.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形速度高442.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形持續(xù)時間長由于軟弱圍巖具有較高的流變性質(zhì)和低強度，開挖后應(yīng)力重分布的持續(xù)時間長。變形的收斂持續(xù)時間也較長。短者數(shù)十天，長者數(shù)百天，一般也需百多天。隧道收斂時間在百天以上。日本惠那山隧道時間大于300天，阿爾貝格隧道收斂時間為100~150d。烏鞘嶺隧道大變形區(qū)段變形持續(xù)時間達120d，一般要40~50d。442.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形持續(xù)時間長452.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

支護破壞形式多樣噴層開裂、剝落；型鋼拱架或格柵發(fā)生扭曲；底部隆起；支護侵限；襯砌嚴(yán)重開裂等。高地應(yīng)力使坑道周邊圍巖的塑性區(qū)增加，破壞范圍增大。特別是支護不及時或結(jié)構(gòu)剛度、強度不當(dāng)時圍巖破壞范圍可達5倍洞徑。圍巖破壞范圍大452.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點支護破壞形式多樣46五、擠壓性圍巖的隧道設(shè)計理念

1.柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計膨脹性和擠壓性圍巖的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要可歸納為兩類：一是減輕作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載而容許發(fā)生一定位移的方法(柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計)，另一是為了控制松弛而盡可能早地控制位移的方法(剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計)。(1)先行導(dǎo)坑法(2)多重支護方法46五、擠壓性圍巖的隧道設(shè)計理念1.柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計472.剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)(2)大范圍圍巖加固法(3)可縮式支護方法(4)分階段綜合控制法472.剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)(2)大48六、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工

1.加強調(diào)查、量測圍巖的壓力和流變特性2.合理選擇施工方法3.防止圍巖濕度變化

4.合理進行圍巖支護

5.適時襯砌控制變形

(1)噴錨支護，穩(wěn)定圍巖(2)襯砌結(jié)構(gòu)及早閉合48六、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工1.加強調(diào)查、量測圍巖的49典型的大變形隧道奧地利的陶恩隧道阿爾貝格隧道日本的惠那山隧道我國的隧道49典型的大變形隧道奧地利的陶恩隧道50七、工程實例——烏鞘嶺隧道

(1)工程概況xx至xx段是中國鐵路“八縱八橫”中歐亞大陸橋的重要組成部分，是內(nèi)地通往新疆等西部地區(qū)的重要通道。該線東起xx站，經(jīng)河口南、永登至打柴溝，翻越烏鞘嶺至xx南站，全長二百九十八公里，隨著西部大開發(fā)客貨運輸量的急劇增加，目前的單線能力遠遠不能滿足需求，只能靠增建二線鐵路來解決。

50七、工程實例——烏鞘嶺隧道(1)工程概況x51設(shè)計為兩座單線隧道，隧道長20050m，隧道出口段線路位于半徑為1200m的曲線上，右、左緩和曲線伸入隧道分別為68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直線上，線間距40m，兩隧道線路縱坡相同，主要為11‰的單面下坡,右線隧道較左線隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右線均采用鉆爆法施工，右線隧道先期開通。隧道輔助坑道共計15座，其中斜井13座，豎井1座，橫洞1座。51設(shè)計為兩座單線隧道，隧道長20050m，隧道出口525253(2)工程特點地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育地應(yīng)力高、分布復(fù)雜圍巖軟弱，開挖變形量顯著圍巖流變性能顯著隧道規(guī)模大，工期緊，任務(wù)重施工環(huán)境復(fù)雜，工程質(zhì)量要求高53(2)工程特點地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育54(3)施工變形情況左線隧道最大拱頂下沉1053mm(DK177+495)，一般在500～600mm左右，平均下沉30～35mm/d；右線隧道最大拱頂下沉227mm(YDK177+610)，一般在100～200mm左右。左線隧道內(nèi)軌上1.5m收斂值最大1034mm(DK177+590)，一般為700mm左右，拱腳最大978mm，一般為300～700mm右線隧道內(nèi)軌上4m收斂值最大548mm(YDK177+590)，一般為300～400mm左右。54(3)施工變形情況左線隧道最大拱頂下沉1053mm(DK55(4)設(shè)計情況F7斷層原設(shè)計方案55(4)設(shè)計情況F7斷層原設(shè)計方案56(4)設(shè)計情況二次襯砌

預(yù)留變形量

噴混凝土

預(yù)留變形量

噴混凝土

系統(tǒng)錨桿

補強系統(tǒng)錨桿

F7斷層變更設(shè)計方案一56(4)設(shè)計情況二次襯砌預(yù)留變形量噴混凝57(4)設(shè)計情況F7斷層變更設(shè)計方案二57(4)設(shè)計情況F7斷層變更設(shè)計方案二58嶺脊高地應(yīng)力軟巖區(qū)段系統(tǒng)錨桿

二次襯砌

預(yù)留變形量

噴混凝土

58嶺脊高地應(yīng)力軟巖區(qū)段系統(tǒng)錨桿二次襯砌預(yù)59推薦支護參數(shù)59推薦支護參數(shù)60(5)施工方案適合大型設(shè)備快速施工要求的臺階法開挖技術(shù)核心土1131153558420200719.52007507505000拱墻襯砌仰拱①②③④預(yù)留核心土20060(5)施工方案適合大型設(shè)備快速施工要求的臺階法開挖技術(shù)核61(5)施工方案超前注漿小導(dǎo)管圍巖加固技術(shù)系統(tǒng)中長錨桿（管）圍巖加固技術(shù)拱腳小直徑錨索加固技術(shù)多重支護、分次施作技術(shù)提高二次襯砌剛度、適時施作二次襯砌技術(shù)活動性斷層帶隧道結(jié)構(gòu)處理技術(shù)61(5)施工方案超前注漿小導(dǎo)管圍巖加固技術(shù)62第四節(jié)黃土地質(zhì)按塑性指數(shù)(Ip)的大小可分為：一、黃土分類及對隧道工程的影響(一)黃土分類老黃土新黃土黃土質(zhì)粘砂土(1＜Ip≤7）黃土質(zhì)砂粘土(7＜Ip≤17)黃土質(zhì)粘土(17＜Ip)按形成年代分為：62第四節(jié)黃土地質(zhì)按塑性指數(shù)(Ip)的大小可分為：一、黃63(二)黃土地層對隧道工程的影響

(1)黃土節(jié)理影響在隧道開挖時，土體容易順著節(jié)理張松或剪斷。63(二)黃土地層對隧道工程的影響(1)黃土節(jié)理影響在隧64(二)黃土地層對隧道工程的影響

(2)黃土沖溝地段對施工的影響當(dāng)隧道在較長的范圍內(nèi)沿著沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。64(二)黃土地層對隧道工程的影響(2)黃土沖溝地段對施工65

(3)黃土溶洞與陷穴影響隧道若建在其上方，則有基礎(chǔ)下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU。隧道若修建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓，使圍巖與襯砌處于不利的受力狀態(tài)。65(3)黃土溶洞與陷穴影響隧道若建在其上方，則有基礎(chǔ)下66

(3)黃土溶洞與陷穴影響66(3)黃土溶洞與陷穴影響67

(4)水對黃土隧道施工的影響濕陷性運輸困難67(4)水對黃土隧道施工的影響濕陷性68三、黃土隧道施工的注意事項

(1)黃土隧道的施工應(yīng)采用機械挖掘，不宜采用鉆爆法施工。

(3)施工時特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應(yīng)用漿砌片石回填。如發(fā)現(xiàn)該處土體承載力不夠，應(yīng)立即采取噴混凝土或采取其它措施進行加固。

(2)開挖方法宜采用短臺階法或分部開挖法(留核心法)，初期支護應(yīng)緊跟開挖面施作。68三、黃土隧道施工的注意事項(1)黃土隧道的施工應(yīng)采用機69黃土隧道軟弱地基處理的方法比較多，施工中根據(jù)實際情況選擇。換填69黃土隧道軟弱地基處理的方法比較多，施工中根據(jù)實際情況選70灰土擠密樁70灰土擠密樁71樹根樁注漿及其它措施71樹根樁注漿及其它措施72

(4)避免黃土圍巖開挖后暴露時間過長，圍巖周壁風(fēng)化至內(nèi)部，圍巖體松弛加快，進而發(fā)生坍方。

(5)做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

(6)噴射混凝土?xí)r噴射機的壓力一般不宜超過0.2MPa。

(7)錨桿施工宜采用煤礦干鉆成孔。72(4)避免黃土圍巖開挖后暴露時間過長，圍巖周壁風(fēng)化至內(nèi)73第五節(jié)巖溶地質(zhì)一、溶洞的類型及對隧道施工的影響溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。巖溶對隧道工程的影響主要有四個方面：洞害水害洞穴充填物坍塌、洞頂?shù)乇沓料?3第五節(jié)巖溶地質(zhì)一、溶洞的類型及對隧道施工的影響溶洞74可按巖溶對隧道的不同影響情況及施工條件，采取引流、跨越、加固、清除、注漿等不同措施或綜合治理。二、隧道遇到溶洞的處理措施

(1)應(yīng)查明溶洞分布范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，據(jù)以確定施工方法。

(2)如巖層比較完整、穩(wěn)定，溶洞已停止發(fā)育，有比較堅實的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地質(zhì)情況。

(3)常用處理溶洞的方法，有“引、堵、越、繞”。74可按巖溶對隧道的不同影響情況及施工條件，采取引流、跨越75①引排水暗管、涵洞或小橋漿砌片石橋涵渲泄水流遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。可用暗管、涵洞、小橋等設(shè)施渲泄水流將水排出洞外75①引排水暗管、涵洞或小橋漿砌片石橋涵渲泄水流遇到暗76道隧開鑿泄水洞引水開鑿專門的泄水洞將水排出洞外。76道隧開鑿泄水洞引水開鑿專門的泄水洞將水排出洞外。77——開鑿泄水洞將水排出洞外。貴昆線梅花山隧道77——開鑿泄水洞將水排出洞外。貴昆線梅花山隧道78當(dāng)巖溶水流的位置在隧道頂部或高于隧道頂部時，應(yīng)在適當(dāng)距離外，開鑿引水斜洞(或引水槽)將水位降低到隧底標(biāo)高以下，再行引排。78當(dāng)巖溶水流的位置在隧道頂部或高于隧道頂部時，應(yīng)79引水槽涵管或小橋混凝土厚0.5~1.0m漿砌石片引水槽(洞)引出或橫向引入消水洞79引水槽涵管或小橋混凝土厚0.5~1.0m漿砌石片引水槽(80截水溝排水貴昆線巖腳寨隧道80截水溝排水貴昆線巖腳寨隧道81②堵填溶洞堵填方法之一漿砌片石混凝土填實對已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據(jù)其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉。81②堵填溶洞堵填方法之一漿砌片石混凝土填實對已停止發(fā)育82溶洞堵填方法之二漿砌片石混凝土填實溶洞堵填方法之三漿砌片石82溶洞堵填方法之二漿砌片石混凝土填實溶洞堵填方法之三漿砌片83必要時加設(shè)錨桿干砌片石壓漿漿砌片石厚1.0m片石、碎石回填密實噴錨加固與漿砌護拱之一③拱頂防護：83必要時加設(shè)錨桿干砌片石壓漿漿砌片石厚1.0m片石、碎石回84必要時加錨桿干砌片石壓漿混凝土套拱噴錨加固與漿砌護拱之二84必要時加錨桿干砌片石壓漿混凝土套拱噴錨加固與漿砌護拱之二85④跨越當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過。漿砌片石混凝土墻基加深邊墻基礎(chǔ)85④跨越當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞，可加深該側(cè)的邊86隧道底部遇有較大溶洞并有流水時，可在隧道底部以下砌筑圬工支墻，支承隧道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水。支墻內(nèi)套設(shè)涵管漿砌片石漿砌片石支墻86隧道底部遇有較大溶洞并有流水時，可在隧道底部以下87隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎(chǔ)時，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過。筑拱跨過隧道中線隧底混凝土隧底溶洞填充溶洞87隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基88當(dāng)隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時，可加強兩邊墻基礎(chǔ)，并根據(jù)情況設(shè)置橋臺架梁通過。

架梁跨過88當(dāng)隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時，可加強兩邊墻基89黔桂線觀音閣隧道89黔桂線觀音閣隧道90黔桂線觀音閣隧道左側(cè)邊墻處理90黔桂線觀音閣隧道左側(cè)邊墻處理91湘黔線馬旺2號隧道91湘黔線馬旺2號隧道92⑤繞行施工在巖溶區(qū)施工，個別溶洞處理耗時且困難時，可采取迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，繼續(xù)進行隧道施工，并同時處理溶洞，以節(jié)省時間，加快施工進度。繞行開挖時，應(yīng)防止洞壁失穩(wěn)。92⑤繞行施工在巖溶區(qū)施工，個別溶洞處理耗時且困難93⑥洞穴充填物處理樁基當(dāng)溶洞內(nèi)堆積物不易清除且不流失時，可采用端承樁或摩擦樁加固地基南嶺隧道93⑥洞穴充填物處理樁基當(dāng)溶洞內(nèi)堆積物不易清除94⑥洞穴充填物處理枝柳線祥秘隧道94⑥洞穴充填物處理枝柳線祥秘隧道95⑥洞穴充填物處理注漿換填95⑥洞穴充填物處理注漿96三、溶洞地段隧道施工的注意事項

(1)施工前應(yīng)了解山頂?shù)乇硭?、出水地點的情況，并首先對地表進行必要的處理。

(2)在下坡地段遇到溶洞時，應(yīng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的排水設(shè)備。

(3)建立綜合預(yù)報體系

(4)開挖方法宜采用臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

(5)當(dāng)施工達到溶洞邊緣，各工序應(yīng)緊密銜接，支護和襯砌趕前。96三、溶洞地段隧道施工的注意事項(1)施工前應(yīng)了解山頂?shù)?7四、工程實例——xx隧道

(一)工程概況xx隧道號稱“鐵路修建史上的地質(zhì)博物館”，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。

溶洞規(guī)模巨大

此前國內(nèi)外最大溶腔長度僅為89m，本隧道溶腔長度210m。如此大規(guī)模的暗河溶洞群在隧道建設(shè)史上是前所未有的。97四、工程實例——xx隧道(一)工程概況xx隧道號稱“鐵98210m溶腔2#3#98210m溶腔2#3#99涌水量大

此前國內(nèi)外隧道最大涌水量僅為129萬m3/d，xx隧道最大涌水量達718萬m3/d，如此大的涌水量在國內(nèi)外隧道建設(shè)史上未見報道。99涌水量大100(二)巖溶治理總體思路100(二)巖溶治理總體思路101首先利用TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進行長距離預(yù)報；在此基礎(chǔ)上，在掌子面距異常區(qū)域15m范圍內(nèi)，用SIR-20型地質(zhì)雷達對異常區(qū)域進行準(zhǔn)確探測，確定巖溶、暗河及裂隙的大小范圍及充水情況；在巖溶地質(zhì)揭露之后采用ZGS1610智能工程探測聲波儀進行近距離的地質(zhì)預(yù)報。確定了‘先長后短，先局部后碎部’的基本原則，充分利用地質(zhì)預(yù)報技術(shù)資源，進一步合理調(diào)整施工方案。三種預(yù)測方法相互驗證補充，為施工提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，保證了安全和快速施工。(三)巖溶系統(tǒng)綜合探測技術(shù)101首先利用TSP-202超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)進行長距離預(yù)報；102巖溶系統(tǒng)綜合探測技術(shù)

為了解決巖溶系統(tǒng)探測難題，采用三種預(yù)報方法相互補充，智能化綜合評判，確定巖溶系統(tǒng)的分布及形式。長距預(yù)報采用TSP子系統(tǒng)，預(yù)測隧道前方150m的地質(zhì)情況；102巖溶系統(tǒng)綜合探測技術(shù)103切面預(yù)報用聲波儀對巖溶空腔范圍進行探測。103104近距預(yù)報用地質(zhì)雷達進行精確探測。104近距預(yù)報用地質(zhì)雷達進行精確探測。105(四)暗河地段涌水預(yù)測及治理方案涌水量預(yù)測

對隧道標(biāo)高附近及其以上龐大空間范圍內(nèi)的巖溶水系統(tǒng)識別與劃分，根據(jù)水力學(xué)特征，采用系統(tǒng)辨識方法進行預(yù)測，理論涌水量為650萬m3/d(實際涌水量為718萬m3/d)。105(四)暗河地段涌水預(yù)測及治理方案106暗河地段涌水的治理方案

烏江集水廊道行洪道泄水洞隧道2#暗河3#溶腔106暗河地段涌水的治理方案烏江集水廊道行洪道107溶洞段隧道施工技術(shù)探測前加固方案：襯砌防護、地基加固、換填、拱橋跨越等。107溶洞段隧道施工技術(shù)108溶洞段隧道施工技術(shù)探測前加固方案：襯砌防護、地基加固、換填、拱橋跨越等。108溶洞段隧道施工技術(shù)109溶洞段隧道施工技術(shù)探測后優(yōu)化方案：由于拱橋方案無法克服巖溶水涌入隧道影響運營安全的弊端，且無法滿足基礎(chǔ)承載力要求。優(yōu)化為樁基托梁跨越。托梁樁基109溶洞段隧道施工技術(shù)托梁樁基110110111111112宜萬線——龍鱗宮隧道112宜萬線——龍鱗宮隧道113113114廢輪胎114廢輪胎115115116116117117118第六節(jié)高地應(yīng)力(巖爆)硬巖地質(zhì)埋深較大的隧道工程，在高應(yīng)力、脆性巖體中，由于施工爆破擾動原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體突然釋放出潛能，產(chǎn)生脆性破壞，這時圍巖表面發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來，這種現(xiàn)象稱之巖爆。一、巖爆的概念118第六節(jié)高地應(yīng)力(巖爆)硬巖地質(zhì)埋深較大的119二、隧道內(nèi)巖爆的特點

(1)巖爆在未發(fā)生前并無明顯的預(yù)兆(雖然經(jīng)過仔細找頂并無空響聲)。

(2)巖爆時，巖塊自洞壁圍巖母體彈射出來，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀。

(3)巖爆發(fā)生的地點，多在新開挖工作面及其附近。119二、隧道內(nèi)巖爆的特點(1)巖爆在未發(fā)生前并無明120三、巖爆產(chǎn)生的機理巖石的全應(yīng)力——應(yīng)變曲線

O

E

C

P

N

S2

εσ

S1f1f2120三、巖爆產(chǎn)生的機理巖石的全應(yīng)力——應(yīng)變曲線OE121三、巖爆產(chǎn)生的機理應(yīng)力重新分布必然會使圍巖中產(chǎn)生應(yīng)力集中圍巖產(chǎn)生拉——剪破壞巖爆產(chǎn)生機理內(nèi)因——決定因素地層的巖性條件地應(yīng)力外因——誘導(dǎo)因素爆破震動巖爆產(chǎn)生條件121三、巖爆產(chǎn)生的機理應(yīng)力重新分布必然會使圍巖中產(chǎn)生應(yīng)力122四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)Russenes判據(jù)無巖爆弱巖爆中巖爆強巖爆122四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)Russenes判據(jù)無巖123四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)能量判據(jù)無巖爆中、低烈度巖爆嚴(yán)重巖爆

O

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Φstf1f2Φsp(0.7~0.8)Rb0.05Rb123四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)能量判據(jù)無巖爆中、低烈度124四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)巖性判據(jù)臨界深度判據(jù)124四、巖爆預(yù)測巖爆預(yù)測的主要判據(jù)巖性判據(jù)臨界深度判據(jù)125四、巖爆預(yù)測巖爆的現(xiàn)場預(yù)測微震法(A-E法)

Acoustic—Emission方法，又稱為亞聲頻探測法或聲發(fā)射法。當(dāng)巖石臨近破壞之際，A—E(微震)噪音讀數(shù)迅速增加，如果地音探測器平均噪音讀數(shù)大于預(yù)定的目標(biāo)，就意味著有巖爆來臨。125四、巖爆預(yù)測巖爆的現(xiàn)場預(yù)測微震法(A-E法)Aco126巖爆的現(xiàn)場預(yù)測電磁輻射監(jiān)測預(yù)報法：依據(jù)完整煤(巖)壓縮變形破壞過程中，彈性范圍內(nèi)不產(chǎn)生電磁輻射，峰值強度附近的電磁輻射最強烈，軟化后無電磁輻射的原理，采用特制的儀器，現(xiàn)場監(jiān)測煤(巖)體變形破裂過程中發(fā)出的電磁輻射。脈沖信號，通過數(shù)據(jù)處理和分析研究，來預(yù)報煤(巖)爆。126巖爆的現(xiàn)場預(yù)測電磁輻射監(jiān)測預(yù)報法：依據(jù)完整煤(巖)壓縮127鉆屑法

鉆屑法是通過向巖體鉆小直徑鉆孔，根據(jù)鉆孔過程中單位孔深排粉量的變化規(guī)律和打鉆過程中各種動力現(xiàn)象，了解巖體應(yīng)力集中狀態(tài)，達到預(yù)報巖爆的目的。127鉆屑法鉆屑法是通過向巖體鉆小直徑鉆孔，根據(jù)鉆孔過128強度較低的巖體在巖爆危險地段打鉆時，鉆孔排粉量劇增，最多可達正常值10倍以上，一般認(rèn)為排粉量為正常值的2倍以上時，即有發(fā)生巖爆的危險。強度較高的巖體通過巖芯柄化現(xiàn)象判斷。128強度較低的巖體在巖爆危險地段打鉆時，鉆孔排粉129五、巖爆的防治措施強化圍巖，出發(fā)點是給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)較快地從平面轉(zhuǎn)向三維應(yīng)力狀態(tài)，以達到延緩或抑制巖爆發(fā)生的目的。弱化圍巖的主要措施是注水、超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。弱化圍巖，目的是改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖石的脆性和儲存能量的能力。或是解除能量，使能量向有利的方向轉(zhuǎn)化和釋放。基本方法129五、巖爆的防治措施強化圍巖，出發(fā)點是給圍巖一定的徑向約130防治措施微弱型巖爆跡象：距掌子面約1～3倍洞徑范圍內(nèi)，爆破后出現(xiàn)聲小且頻率低的爆裂聲，隨后片狀巖塊從拱部或側(cè)墻墜落下來，巖片厚度1cm～3cm不等，大小在10cm～40cm左右，持續(xù)時問一般在20min以內(nèi)。防治措施：可向工作面及隧道壁面噴水來促進圍巖軟化，從而消除或緩解巖爆程度。130防治措施微弱型巖爆跡象：距掌子面約1～3倍洞徑范圍內(nèi)，131中等型巖爆跡象：距掌子面約1~3倍洞徑范圍內(nèi)，爆破后10min~20min，將聽到巖體外露面巖體爆裂的聲音，聲音與前者相比偏大且頻率偏高。緊接著垂直于巖體節(jié)理面的方向?qū)l(fā)生彈射的巖片。伴隨著可聽到類似打槍“啪、啪、啪”的響聲，隨后在1min~2min以內(nèi)將發(fā)生巖塊爆裂墜落現(xiàn)象，這時爆下來的巖塊相對來說較厚較大，厚度一般達10cm以上，長×寬達40×10cm2以上，一般為長條片狀型，這種現(xiàn)象有時持續(xù)幾分鐘,有時持續(xù)1h~2h。131中等型巖爆跡象：距掌子面約1~3倍洞徑范圍內(nèi)，爆破后1132中等型巖爆防治措施：可停止施工作業(yè)，退后100m待避，可設(shè)法遠距離向巖爆區(qū)巖面噴射水，待巖爆緩解，基本無巖爆跡象后進行找頂，撬除已松裂的巖片、巖塊，進行噴混凝土。隨后在巖爆區(qū)鉆孔安裝錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土。132中等型巖爆防治措施：133較強型巖爆跡象：一般發(fā)生在距工作面8m~50m的范圍內(nèi)。除有中等強度的巖爆跡象外，主要特征：從巖爆開始，約lh-2h后，巖爆變劇，聲音也較響，可聽到巖體內(nèi)部巖石因斷裂而發(fā)出的“嘣、嘣、嘣”類似悶炮聲響，爆裂下來的巖片也比較大，厚約10cm~15cm以上，長×寬約為60cm×25cm以上，最大的巖塊將近1m，爆下來巖石量也較多。一般達到5~6m3以上，最大時達到10m3以上。個別片狀巖塊由于受擠壓破壞掉下后呈微拱形狀；有時巖塊在脫離母巖的瞬間發(fā)生爆裂，呈粉碎狀彈射下來；有時拌有“嘣嘣”的巨晌，表面上看起來巖體較完整，其實內(nèi)部已爆裂，敲擊巖面可聽到空響聲；在現(xiàn)場還可以看到在兩節(jié)理面交接處巖石受擠壓破壞成粉碎現(xiàn)象。133較強型巖爆跡象：一般發(fā)生在距工作面8m~50m的范134較強型巖爆防治措施：停止施工作業(yè)，退后200m待避待巖爆自然緩解后，用機械手找頂，撬除松裂巖石。及時噴鋼纖維混凝土。在邊墻及拱部成放射狀傾斜向巖體內(nèi)部鉆孔．并向孔內(nèi)灌高壓水，使巖體有一定程度軟化，加快圍巖內(nèi)部的應(yīng)力釋放隨后安裝錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，噴鋼纖維混凝土。134較強型巖爆防治措施：停止施工作業(yè)，退后200m待避待135強烈型巖爆跡象：除較強型巖爆所述現(xiàn)象之外，巖爆發(fā)生將更頻繁，巖爆下來的巖石量更多，施工開挖極不安全。防治措施：(1)必須配合鉆孔爆破卸載法，盡可能使圍巖內(nèi)部的應(yīng)力得以釋放。135強烈型巖爆跡象：除較強型巖爆所述現(xiàn)象之外，巖爆發(fā)生將更136強烈型巖爆防治措施：(2)預(yù)鉆孔法，在工作面周圍(設(shè)計斷面以外)成放射狀傾斜向巖體內(nèi)部鉆孔，以排為好，主動給巖體提供變形空間，使其內(nèi)部的高應(yīng)力得到有效的釋放。必要時可配合向孔內(nèi)灌注高壓水，此時釋放應(yīng)力的效果更好。(3)采用分部開挖的方案：先開挖導(dǎo)坑，待周圍圍巖應(yīng)力釋放巖爆自然緩解后再出碴，而后擴大開挖，循環(huán)漸進。施工不受工期控制時可采用此方法。(4)采用應(yīng)力解除爆破。136強烈型巖爆防治措施：137六、巖爆地段隧道施工的注意事項

(1)如設(shè)有平行導(dǎo)坑，則平導(dǎo)應(yīng)掘進超前正洞一定距離，以了解地質(zhì)，分析可能發(fā)生巖爆的地段，為正洞施工達到相應(yīng)地段時加強防治，采取必要措施。

(2)爆破應(yīng)選用預(yù)先釋放部分能量的方法，如超前預(yù)裂爆破法(應(yīng)力解除爆破)、切縫法和排孔法等，先期將巖層的原始應(yīng)力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。137六、巖爆地段隧道施工的注意事項(1)如設(shè)有平行138六、巖爆地段隧道施工的注意事項

(3)根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和規(guī)模情況，必要時應(yīng)考慮縮短爆破循環(huán)進尺。

(4)巖爆引起坍方時，應(yīng)迅速將人員和機械撤到安全地段。138六、巖爆地段隧道施工的注意事項(3)根據(jù)巖爆發(fā)139一、瓦斯的性質(zhì)

(1)瓦斯(沼氣)為無色、無臭、無味的氣體

(2)瓦斯比重為0.554僅占空氣一半

(3)瓦斯不能自燃，但極易燃燒

碳質(zhì)頁巖存貯瓦斯第七節(jié)煤系地層139一、瓦斯的性質(zhì)(1)瓦斯(沼氣)為無色、無臭、140二、瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯爆炸界限140二、瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯爆炸界限141三、瓦斯放出的類型

(1)瓦斯的滲出：緩慢、均勻溢出，時有嘶嘶聲

(2)瓦斯的噴出：量大、有壓力，且有較大響聲

(3)瓦斯的突出：大量猛烈噴出，帶有煤塊、巖塊和大量粉塵。141三、瓦斯放出的類型(1)瓦斯的滲出：緩慢142四、瓦斯隧道的分類根據(jù)瓦斯涌出量分為低瓦斯隧道高瓦斯隧道瓦斯突出隧道142四、瓦斯隧道的分類根據(jù)瓦斯涌出量分為低瓦斯隧道143非瓦斯工區(qū)低瓦斯工區(qū)<0.5m3/min高瓦斯工區(qū)≥0.5m3/min瓦斯突出工區(qū)按絕對瓦斯涌出量隧道工區(qū)可分為143非瓦斯工區(qū)按絕對瓦斯涌出量隧道工區(qū)可分為144四、防止瓦斯事故的措施

(1)隧道穿過瓦斯溢出地段，應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測方法，并制訂瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。

(2)隧道通過瓦斯地區(qū)的施工方法，宜采用全斷面開挖，因其工序簡單、面積大、通風(fēng)好。

(3)施工前必須進行培訓(xùn)，爆破、電工、瓦斯檢測等作業(yè)人員必須持證上崗。144四、防止瓦斯事故的措施(1)隧道穿過瓦斯溢出地145

(4)鉆爆作業(yè)符合下列規(guī)定濕式鑿巖炮眼深度不小于0.6m，必須堵塞采用煤礦許用炸藥采用煤礦許用電雷管，最后一段延期時間小于130ms.嚴(yán)禁使用秒或半秒級電雷管嚴(yán)禁反向裝藥采用串聯(lián)連接方式使用防爆型起爆器145(4)鉆爆作業(yè)符合下列規(guī)定濕式鑿巖146

(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施必須單獨編制實施性施工組織設(shè)計必須進行超前探測必須對突出性進行預(yù)測瓦斯壓力法綜合指標(biāo)法鉆屑指標(biāo)法鉆孔瓦斯涌出初速度法“R”指標(biāo)法146(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施必須單獨編制實147

(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施鉆孔排放效果檢驗

(6)石門揭煤施工注意事項必須留巖墻煤層壓力大于1MPa時，先排放后爆破煤層壓力小于1MPa時，采用震動放炮洞外起爆，洞內(nèi)停電、停止一切作業(yè)，人員撤出隧道147(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施鉆孔排放148

(7)支護、襯砌施工注意事項表1瓦斯地段等級地段等級噸煤瓦斯含量(m3/t)瓦斯壓力(MPa)三＜0.5＜0.15二≥0.5≥0.15且＜0.74一-≥0.74注：當(dāng)按噸煤瓦斯含量及瓦斯壓力確定的地段等級不一致時，應(yīng)取較高者148(7)支護、襯砌施工注意事項表1瓦斯地段等級149

(7)支護、襯砌施工注意事項表2瓦斯地段等級封閉措施瓦斯地段等級三二一圍巖注漿--采用噴射混凝土中摻氣密劑-選用采用設(shè)置瓦斯隔離層-采用采用模筑混凝土中摻氣密劑采用采用采用模筑混凝土中摻鋼纖維--采用施工縫氣密處理采用采用采用149(7)支護、襯砌施工注意事項表2瓦斯地段等級150

(7)支護、襯砌施工注意事項使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。及時施做初期支護和二次襯砌仰拱超前施工二次襯砌預(yù)留注漿孔全包防水層氣密性混凝土150(7)支護、襯砌施工注意事項使用超前周邊全封閉預(yù)151加強監(jiān)測通風(fēng)方式

(8)通風(fēng)要求非瓦斯工區(qū)采用壓入式和混合式低瓦斯工區(qū)采用壓入式或巷道式高瓦斯工區(qū)或瓦斯突出工區(qū)采用巷道式各工作面獨立通風(fēng)通風(fēng)計算需考慮瓦斯絕對涌出量151加強監(jiān)測(8)通風(fēng)要求非瓦斯工區(qū)采用壓入式和混152

(8)通風(fēng)要求洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛燃疤幚泶胧┬蛱柕攸c限值超限處理措施1低瓦斯工區(qū)任意處0.5%超限處20m范圍內(nèi)立即停工，查明原因，加強通風(fēng)2局部瓦斯積累(體積大于0.5m3)2.0%超限處附近20m停工，斷電，撤人，進行處理，加強通風(fēng)3開挖工作面風(fēng)流中1.0%停止電鉆鉆孔1.5%超限處停工，撤人，切斷電源，查明原因，加強通風(fēng)等4回風(fēng)巷或工作面回風(fēng)流中1.0%停工，撤人，處理5放炮地點附近20m風(fēng)流中1.0%嚴(yán)禁裝藥放炮6煤層放炮后工作面風(fēng)流中1.0%繼續(xù)通風(fēng)、不得進入7局扇及電氣開關(guān)10m范圍內(nèi)0.5%停機、通風(fēng)、處理8電動機及開關(guān)附近20m范圍內(nèi)1.5%停工、撤人、斷電、進行處理9竣工后洞內(nèi)任意處0.5%查明漏點，進行整治152(8)通風(fēng)要求洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛燃疤幚泶?53采用防爆設(shè)施設(shè)兩路電源，連續(xù)通風(fēng)采用抗靜電、阻燃的風(fēng)管153采用防爆設(shè)施154第八節(jié)隧道施工坍方處理措施導(dǎo)致坍方的原因有多種，概括起來可歸結(jié)為：一是自然因素，即地質(zhì)狀態(tài)、受力狀態(tài)、地下水變化等；二是人為因素，即不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，或不適當(dāng)?shù)氖┕ぷ鳂I(yè)方法等。154第八節(jié)隧道施工坍方處理措施導(dǎo)致坍方的原因155

(1)不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件一、發(fā)生坍方的主要原因①隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發(fā)育地段②隧道穿越地層覆蓋過薄地段③水是造成坍方的重要原因之一155(1)不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件一、發(fā)生坍方的主要原因①156

(2)隧道設(shè)計考慮不周①隧道選定位置時，地質(zhì)調(diào)查不細，未能作詳細的分析，或未能查明可能坍方的因素，沒有繞開可以繞避的不良地質(zhì)地段。

②缺乏詳細的的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，引起施工指導(dǎo)或施工方案的失誤。156(2)隧道設(shè)計考慮不周①隧道選定位置時，地質(zhì)調(diào)查不細157

(3)施工方法和措施不當(dāng)①施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)②噴錨支護不及時，噴射混凝土的質(zhì)量、厚度不符合要求。③新奧法施工的隧道，沒有按規(guī)定進行量測，或信息反饋不及時，決策失誤、措施不力。④圍巖爆破用藥量過多，因震動引起坍塌。⑤對危石檢查不重視、不及時，處理危石措施不當(dāng)，引起巖層坍塌。157(3)施工方法和措施不當(dāng)①施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)158二、預(yù)防坍方的施工措施

(1)采取“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”的施工方法。

(2)加強坍方的預(yù)測①觀察法②一般量測法③微地震學(xué)測量法和聲學(xué)測量法】

(3)加強初期支護，控制坍方158二、預(yù)防坍方的施工措施(1)采取“先排水、短開159三、隧道坍方的處理措施

(1)隧道發(fā)生坍方，應(yīng)及時迅速處理。

(2)處理坍方應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。①小坍方，縱向延伸不長、坍穴不高②大坍方坍穴高、坍渣數(shù)量大，坍渣體完全堵住洞身時，宜采取先護后挖的方法。159三、隧道坍方的處理措施(1)隧道發(fā)生坍方，應(yīng)及時迅160③坍方冒頂，在清渣前應(yīng)支護陷穴口④洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的辦法。(3)處理坍方的同時，應(yīng)加強防排水工作。160③坍方冒頂，在清渣前應(yīng)支護陷穴口④洞口坍方，一般易坍至161謝謝各位！161謝謝各位！162不良地質(zhì)段隧道施工

富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r

膨脹性和擠壓性圍巖

黃土地質(zhì)

巖溶地質(zhì)

煤系地層

高地應(yīng)力硬巖(巖爆)地質(zhì)

隧道施工坍方處理措施

1富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r膨脹性和擠壓性圍巖黃土地質(zhì)163第一節(jié)概述一、不良和特殊地質(zhì)地段的概念(一)不良地質(zhì)地段

不良地質(zhì)地段是指滑坡、崩塌、巖堆、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程的不良地質(zhì)環(huán)境。2第一節(jié)概述一、不良和特殊地質(zhì)地段的概念(一)不良164(二)特殊地質(zhì)地段：特殊地質(zhì)地段是指膨脹巖地層、斷層破碎帶、軟弱黃土地層、含水未固結(jié)圍巖、溶洞、巖爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地層等二、開挖和支護過程中可能造成的危害土石坍塌3(二)特殊地質(zhì)地段：特殊地質(zhì)地段是指膨脹巖地層、斷165隧道支撐嚴(yán)重變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進度4隧道支撐嚴(yán)重變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進度166三、不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程的一般規(guī)定制定完整預(yù)案，做好技術(shù)、物資、機械儲備制定地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報方案根據(jù)預(yù)報結(jié)果及時調(diào)整施工方案必須加強量測工作，并及時反饋量測結(jié)果5三、不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程的一般規(guī)定制定完整預(yù)案，做好167四、不良地質(zhì)地段隧道施工注意事項1.選擇施工方法注意事項施工以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測、穩(wěn)步前進”為指導(dǎo)原則：選擇施工方法(包括開挖及支護)時，應(yīng)以安全及工程質(zhì)量為前提，綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期要求、經(jīng)濟和技術(shù)的可行性等因素而定。同時應(yīng)考慮圍巖變化時施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成工程失誤和增加投資。6四、不良地質(zhì)地段隧道施工注意事項1.選擇施工方法注意事項1682.加強監(jiān)控和量測工作3.使用噴錨技術(shù)注意事項

(1)爆破后如開挖工作面有坍塌可能時，應(yīng)在清除危石后及時噴射混凝土護面。

(2)錨噴支護后仍不能提供足夠的支護能力時，應(yīng)及早裝設(shè)鋼拱架支撐加強支護。72.加強監(jiān)控和量測工作3.使用噴錨技術(shù)注意事項(11694.采用臨時支護時注意事項

(1)支撐要有足夠的強度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。

(2)圍巖出現(xiàn)底部壓力，產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時應(yīng)加設(shè)底梁

(3)當(dāng)圍巖極為松軟破碎時，應(yīng)采用先護后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密；

(4)根據(jù)現(xiàn)場條件，可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護，形成聯(lián)合支撐

(5)支護作業(yè)應(yīng)迅速、及時，以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。84.采用臨時支護時注意事項(1)支撐要有足夠的強度1705.選用掘進方法時注意事項特殊地質(zhì)地段隧道施工時，不宜采用全斷面開挖。應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全、工程質(zhì)量等條件合理選用。6.掘進時遇有圍巖壓力過大注意事項拱部擴挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)先挑頂后擴挖。當(dāng)擴挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計斷面部分的拱圈，待混凝土達到所需強度并加強拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。95.選用掘進方法時注意事項特殊地質(zhì)地段隧道施工時，1717.遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進時注意事項8.襯砌出現(xiàn)開裂或下沉?xí)r注意事項采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液加固圍巖的方法，以提高其自穩(wěn)性。當(dāng)拱腳、墻基松軟時，灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。107.遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進時注意事項8.襯砌出現(xiàn)開裂172五、我國不良地質(zhì)隧道施工現(xiàn)狀我國已接近或達到世界先進行列大瑤山隧道9號斷層大瑤山隧道處在京廣鐵路衡廣復(fù)線的坪石至樂昌間，全長14.3km，是當(dāng)時國內(nèi)最長的雙線電氣化隧道。隧道采用“三斜一豎”的施工方案,隧道中部穿過的465m長的9#斷層地段，最大涌水量每晝夜高達40000m3,是整座隧道的控制地段。隧道全面運用新奧法原理施工,最高單口獨頭月成洞217雙線米。1981年11月開工，1989年12月建成。11五、我國不良地質(zhì)隧道施工現(xiàn)狀我國已接近或達到世界先進行列173山隧道山隧道位于侯(馬)月(山)鐵路線山西沁水縣和翼城縣相鄰處，穿越中條山主峰。Ⅰ線隧道長8145m，Ⅱ線隧道長8178m，雙線分修，電氣化單線斷面。主要地質(zhì)問題：Ⅰ線隧道進口通過192m古河槽地段，為土夾碎石層；洞身穿越煤系地層1740m，揭煤13次，有瓦斯；穿越較大的斷裂帶4條，膨脹性圍巖地段占全隧總長的96%。全隧晝夜涌水量約9850m3。12山隧道山隧道位于侯(馬)月(山)鐵路線山西沁水縣和翼城縣174隧道隧道是中國鐵路瓦斯含量最高的長大隧道，位于南昆鐵路威（舍）紅（果）段的魯番站與上西鋪站之間。隧道全長4975米。隧道洞身有1085m是煤系地層，主要煤層共14層，各煤層瓦斯壓力測算值大多超過0.6MPa，最高的達到1.34MPa。據(jù)測算，隧道施工通過煤層時，瓦斯涌出量最多達到每小時349立方米。因此，隧道屬高瓦斯有突出危險的隧道，其施工難度和危險性，在我國鐵路隧道建設(shè)史中還沒有先例。13隧道隧道是中國鐵路瓦斯含量最高的長大隧道，位于南昆鐵路威175第二節(jié)富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r一、概述

斷層破碎帶是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)地段，斷層帶內(nèi)巖體擠壓破碎，常呈塊石、碎石或角礫狀有的甚至呈斷層泥，巖體強度低，圍巖壓力增大，自穩(wěn)能力下降，容易坍塌，施工困難。14第二節(jié)富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r一、概述斷層破碎帶是隧道施工176

富水軟巖是指在各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層中，在富含地下水的情況下，巖體強度很低，自穩(wěn)能力極差的圍巖。二、開挖施工要求

(一)充分應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報1.預(yù)報方法地質(zhì)預(yù)報方法主要有：鉆孔超前探測；對超前導(dǎo)坑進行地質(zhì)、水文觀測素描；地震波、聲波、地質(zhì)雷達等物理探測。15富水軟巖是指在各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重風(fēng)化的各種1772.預(yù)報的重點內(nèi)容預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)情況，圍巖整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對施工的影響，地下水活動情況等。3.預(yù)報方式①長期預(yù)報總體預(yù)報，預(yù)報斷層規(guī)模、分布、性質(zhì)、構(gòu)造分帶，富水性等，并分段作出工程地質(zhì)評價。162.預(yù)報的重點內(nèi)容預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)情況，178②中期預(yù)報巖石微觀構(gòu)造研究工程地質(zhì)類比地震反射波法（TSP原理、TSP現(xiàn)場）地質(zhì)雷達法瞬變電磁法長距離地質(zhì)超前鉆孔17②中期預(yù)報巖石微觀構(gòu)造研究工程地質(zhì)類比地震反射波法（TS179③短期預(yù)報利用超前炮孔預(yù)報掌子面超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報(二)注漿堵水并加固圍巖富水軟弱破碎圍巖隧道處理地下水原則一般是：以堵截為主，排引為輔。采用注漿堵水結(jié)合超前鉆孔限量排水特大涌水采用輔助導(dǎo)坑排水18③短期預(yù)報利用超前炮孔預(yù)報掌子面超前地質(zhì)鉆孔預(yù)報(二)注180堵截地下水的辦法主要有兩類：整個富水段進行注漿止水，并加固松散巖體。對富水地段沿隧道開挖輪廓線以外進行環(huán)形注漿，形成止水帳幕，防止或減小地下水進入開挖工作面。排水輔助措施有導(dǎo)坑、鉆孔等，目的是排水降壓。當(dāng)?shù)叵滤c地表水連通時，埋深小于20m采用地表注漿，埋深大于20m時采用洞內(nèi)注漿19堵截地下水的辦法主要有兩類：整個富水段進行注漿止水，并加181馬鹿箐隧道突水錄像20馬鹿箐隧道突水錄像182xx隧道高壓水21xx隧道高壓水183正洞平行導(dǎo)坑(c)平導(dǎo)超前注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域(a)洞內(nèi)超前注漿(b)地表超前注漿22正洞平行導(dǎo)坑(c)平導(dǎo)超前注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域(a)184(三)開挖及支護單線隧道采用正臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，雙線和多線隧道采用CD法、CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，循環(huán)進尺0.5~1.0m開挖手段上，采取兩種方法，一是在特別軟弱的圍巖段，采用非鉆爆開挖，如利用十字鎬、風(fēng)鎬開挖或利用小型挖裝機開挖。另一種是采用控制爆破措施，如松動爆破、微振動爆破等。開挖施工要求23(三)開挖及支護單線隧道采用正臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法185根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)支護施工要求根據(jù)量測結(jié)果確定施作時機襯砌施工要求仰拱必須及早施作，形成封閉結(jié)構(gòu)24根據(jù)量測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)支護施工要求根據(jù)量測結(jié)果186三、工程實例——xx線xx隧道

1、工程概況xx隧道位于xx鐵路贛龍段，長2536m，為雙線電化斷面。進口280m處于剝蝕低山的坡角地帶，山坡平緩，有2~9m厚的崩塌堆積物。埋深2~63m，為淺埋地段，地勢低洼，地表匯水集中，山坡樹木茂盛，沿隧道兩側(cè)30m范圍內(nèi)有多處水塘，兩旁坡面有泉水滲流。25三、工程實例——xx線xx隧道1、工程概況x187三、工程實例——xx線xx隧道

1、工程概況進口280m主要通過中粗粒黑云母花崗巖體。由于侵入體古老，受歷次構(gòu)造運動影響，巖體破碎；巖石中石英較少，長石含量居多，風(fēng)化年代久遠，深度達30~50m，為極嚴(yán)重風(fēng)化花崗巖，屬特軟巖。遇地下水，易產(chǎn)生潛蝕而破壞原巖結(jié)構(gòu)，呈流塑狀，自穩(wěn)能力極低，開挖擾動后極易液化，呈泥漿狀涌出。26三、工程實例——xx線xx隧道1、工程概況進1882、初期施工情況

xx隧道自1993年4月至1994年1月，9個月完成42m(其中含明洞33m)，平均月成洞4.7m，按總體施工計劃安排和當(dāng)時的施工進度估算，工期將被迫延長一年左右。因此，問題非常突出，引起了部領(lǐng)導(dǎo)和各部門極大重視與關(guān)注，被喻為xx線“天字第一號工點”。

272、初期施工情況xx隧道自1993年4月至1994189圍巖自穩(wěn)及自承能力極差富水3、地質(zhì)原因分析方案比選4、施工方案樁柱法28圍巖自穩(wěn)及自承能力極差3、地質(zhì)原因分析方案比選4、施工方190雙側(cè)壁導(dǎo)坑法29雙側(cè)壁導(dǎo)坑法191綜合排水技術(shù)5、具體施工方法封堵疏排地表水，杜絕地表水和降水的補給截水溝地表混凝土封閉平導(dǎo)與泄水洞截、排水深井點降水洞內(nèi)降排水負壓抽水開挖中的疏排水30綜合排水技術(shù)5、具體施工方法封堵疏排地表水，杜絕地表水和192支護體系設(shè)計與施工5、具體施工方法超前預(yù)加固側(cè)壁導(dǎo)坑、泄水洞及平導(dǎo)上弧導(dǎo)初期支護二次襯砌第一次60cm第二次30cm31支護體系設(shè)計與施工5、具體施工方法超前預(yù)加固側(cè)壁導(dǎo)坑、泄193深孔長套管劈裂注漿5、具體施工方法注漿方法分段長套管前進式注漿擠壓注漿滲透注漿32深孔長套管劈裂注漿5、具體施工方法注漿方法分段長套管前進194注漿材料水泥—水玻璃雙漿液注漿施工拱部大管棚注漿施工突水涌泥段注漿施工極軟致密原狀地層中的注漿施工6、施工效果提前1.5個月貫通33注漿材料水泥—水玻璃雙漿液注漿施工拱部大管棚注漿施工6、195第三節(jié)

膨脹性和擠壓性圍巖一、基本概念膨脹巖礦物成分：親水性礦物，蒙托石、伊利石特性：吸水膨脹軟化，失水收縮硬裂擠壓性圍巖強度低，在高地應(yīng)力作用下產(chǎn)生“剪脹”34第三節(jié)膨脹性和擠壓性圍巖一、基本概念膨脹巖礦物成分：親196二、膨脹性圍巖的基本特征與分級

(一)膨脹巖基本特征

(1)質(zhì)軟，強度低

(2)自由膨脹率高

(3)空隙率大

(4)易風(fēng)化、崩解性強

(5)膨脹壓力大35二、膨脹性圍巖的基本特征與分級(一)膨脹巖基本特征197(二)膨脹巖的判別與分級判別依據(jù)間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)直接定量反應(yīng)巖石膨脹力學(xué)指標(biāo)以及不同荷載下的膨脹率大小的指標(biāo)36(二)膨脹巖的判別與分級判別依據(jù)間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)直接198膨脹巖的判別標(biāo)準(zhǔn)37膨脹巖的判別標(biāo)準(zhǔn)199膨脹巖的分級膨脹巖的物理力學(xué)指標(biāo)38膨脹巖的分級膨脹巖的物理力學(xué)指標(biāo)200三、膨脹性圍巖對隧道施工的危害圍巖普遍開裂坑道下沉圍巖膨脹突出和坍塌隧道底部隆起襯砌嚴(yán)重變形和破壞39三、膨脹性圍巖對隧道施工的危害圍巖普遍開裂坑道下沉圍巖膨201四、高地應(yīng)力作用下的軟巖

1.高地應(yīng)力軟巖的概念

當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強度的比值達到某一水平時，才能稱為高地應(yīng)力或極高應(yīng)力。圍巖強度應(yīng)力比=40四、高地應(yīng)力作用下的軟巖1.高地應(yīng)力軟巖的概念202(1)圍巖大變形量的劃分鐵路隧道大變形的變形量劃分

(2)烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟巖隧道大變形分級擠壓性隧道的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)41(1)圍巖大變形量的劃分鐵路隧道大變形的變形量劃分2032.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形量大最大變形可達數(shù)10cm至100cm以上。隧道初期支護周邊位移曾達210cm，一般80~100cm，拱頂下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm，邊墻向下擠進30~40cm。關(guān)角隧道底鼓約100cm，邊墻向內(nèi)擠很大。烏鞘嶺隧道嶺脊段最大水平收斂達1209mm，最大拱頂下沉367mm。平均累計變形按F4、志留系板巖夾千枚巖、F7幾區(qū)段分別為90~120mm、200~400mm、150~550mm。422.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形量大2042.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形速度高隧道初期支護變形速度達3~4cm/d。奧地利的陶恩隧道最大變形速度高達20cm/d，一般也達5~10cm/d。烏鞘嶺隧道嶺脊段變形量測開始階段變形速率最高達167mm/d，最大變形速率按F4、F5、志留系板巖夾千枚巖、F7幾區(qū)段分別可達73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。432.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形速度高2052.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

變形持續(xù)時間長由于軟弱圍巖具有較高的流變性質(zhì)和低強度，開挖后應(yīng)力重分布的持續(xù)時間長。變形的收斂持續(xù)時間也較長。短者數(shù)十天，長者數(shù)百天，一般也需百多天。隧道收斂時間在百天以上。日本惠那山隧道時間大于300天，阿爾貝格隧道收斂時間為100~150d。烏鞘嶺隧道大變形區(qū)段變形持續(xù)時間達120d，一般要40~50d。442.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點變形持續(xù)時間長2062.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點

支護破壞形式多樣噴層開裂、剝落；型鋼拱架或格柵發(fā)生扭曲；底部隆起；支護侵限；襯砌嚴(yán)重開裂等。高地應(yīng)力使坑道周邊圍巖的塑性區(qū)增加，破壞范圍增大。特別是支護不及時或結(jié)構(gòu)剛度、強度不當(dāng)時圍巖破壞范圍可達5倍洞徑。圍巖破壞范圍大452.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點支護破壞形式多樣207五、擠壓性圍巖的隧道設(shè)計理念

1.柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計膨脹性和擠壓性圍巖的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要可歸納為兩類：一是減輕作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載而容許發(fā)生一定位移的方法(柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計)，另一是為了控制松弛而盡可能早地控制位移的方法(剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計)。(1)先行導(dǎo)坑法(2)多重支護方法46五、擠壓性圍巖的隧道設(shè)計理念1.柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計2082.剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)(2)大范圍圍巖加固法(3)可縮式支護方法(4)分階段綜合控制法472.剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)大剛度支護和襯砌結(jié)構(gòu)(2)大209六、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工

1.加強調(diào)查、量測圍巖的壓力和流變特性2.合理選擇施工方法3.防止圍巖濕度變化

4.合理進行圍巖支護

5.適時襯砌控制變形

(1)噴錨支護，穩(wěn)定圍巖(2)襯砌結(jié)構(gòu)及早