第11章-隧道施工地質預報與特

11.1隧道施工地質預報概論

11.2隧道施工地質預報常用方法

11.3隧道施工地質預報實例

11.4特殊地質地段的施工技術措施

11.5長隧道施工技術措施

11.6小凈距隧道與連拱隧道施工技術措施第11章隧道施工地質預報與特11.1隧道施工地質預報概論1.隧道地質預報的概念

2.隧道地質預報的必要性

3.隧道地質預報的特點

4.隧道施工地質預報的內容

5.隧道施工地質預報分類

6.隧道施工地質預報的報告1.隧道地質預報的概念隧道工程設計的根本依據(jù)是地質勘察資料，而隧道施工的依據(jù)主要是設計文件。大量隧道工程建設實踐說明，由于地質勘察精度、經(jīng)費等諸多條件的限制，根據(jù)地質勘察資料作出的設計與實際不符的情況屢有發(fā)生，由此而來的隧道洞內塌方、涌水、涌泥、涌砂、巖爆、瓦斯爆炸等災害時有發(fā)生，這給隧道施工造成極大的危害。2.隧道地質預報的必要性1)深埋長大隧道。

2)地質復雜的隧道。

3)水下隧道。

4)可能存在大斷層、巖溶、大量涌水、涌泥、巖爆、廢棄巷道、瓦斯突出等嚴重工程地質災害的隧道。

5)可能因開挖造成環(huán)境生態(tài)破壞的隧道。

6)覆蓋層太厚、植被良好不易進行地質調查和勘探的隧道等，那么應進行地質預報，特別是施工期地質預報。

1)勘測設計階段的地質工作量投入有限。

2)勘測設計階段的地質預估預評價是對隧道所處地質背景的宏觀把握，不可能對復雜的地質情況作出微觀的把握。

3)復雜長隧道的地質變化對施工方法及工期有決定性影響。

4)人為作用(施工開挖)引起的地質變化只有在施工期才顯現(xiàn)出來。

5)施工期要求對地質的掌握不能只是停留在定性評價上，要有定量的評價。3.隧道地質預報的特點1)綜合性。

2)系統(tǒng)性。

3)未知性。

4)實用性。

5)客觀性。

6)時效性。4.隧道施工地質預報的內容1)斷層及其影響帶和節(jié)理密集帶的位置、規(guī)模和性質。

2)軟弱夾層(含煤層)的位置、規(guī)模及其性質。

3)巖溶發(fā)育位置、規(guī)模及其性質。

4)不同巖類間接觸界面位置。

5)在采、廢棄巷道分布及其與隧道的關系。

6)工程地質災害可能發(fā)生的位置和規(guī)模。

7)隧道圍巖級別變化及其分界位置。

8)不同風化程度的分界位置。

9)不良地質體(帶)的成災可能性。

10)隧道涌水位置、水壓及水量。

11)隧道圍巖級別變化及其分布。5.隧道施工地質預報分類1)分類是制定針對具體隧道的具有可操作性的預報規(guī)程、實施細那么或指南的重要依據(jù)。

2)地質工作是貫穿隧道工程可行性研究、勘察、設計、施工及運營全過程的一項工作，而隧道施工期地質預報是隧道施工期一項極為重要的地質工作，預報的正確分類有利于將預報納入施工方案，便于施工管理。

3)正確的分類有利于預報實施人員明確任務，按照制定的操作規(guī)程、實施細節(jié)或指南開展施工。6.隧道施工地質預報的報告1)工程概況。

2)地質預報采用的方法及其原理。

3)探測掌子面地質調查結果、掌子面地質素描圖。

4)探測區(qū)、點布置圖。

5)結合隧道勘察設計資料，補充地質調查、探測分析結果(包括文字、探測典型波形圖、波譜圖和成果圖等)。

6)預報結論及下一步施工措施建議(如圍巖加固、初期支護、超前支護、永久支護措施等，必要時給出掌子面前方巖體分級建議)。

1)工程概況。

2)地質預報采用的方法及其原理。

3)隧道地質展示圖(包括掌子面素描圖)。

4)隧道地質縱剖面圖。

5)典型預報包括預報掌子面地質描述，探測區(qū)、點布置圖，探測典型波形圖，波譜圖和成果圖，預報結論及下步施工措施建議，驗證結果。

6)預報與施工驗證比照表。6.隧道施工地質預報的報告7)結論(包括預報準確率統(tǒng)計結果)。11.2隧道施工地質預報常用方法11.2.1地質法

11.2.2超前(平行)導坑(隧道)法

11.2.3超前水平鉆孔法

11.2.4波反射法

11.2.5聲波透射法及CT層析成像法

11.2.6地震波反射層析成像法(TRT)11.2.1地質法圖11-2地質法隧道地質預報程序框圖11.2.2超前(平行)導坑(隧道)法1)超前平行隧道或導坑施工所遇地質情況記錄，包括邊墻地質調查和掌子面地質素描。

2)必要的測試試驗(巖石、體聲速測試和巖石強度試驗等)。

3)地質作圖。

4)按超前平行導坑(隧道)與施工隧道的平面關系，根據(jù)既有隧道或超前平行導坑(隧道)施工所遇地質情況，通過計算、相關性分析，推測隧道將遇到的地質情況。11.2.4波反射法1.地震反射法

2.水平聲波剖面法(HSP)

3.地質雷達法

4.隧道地震預報(TSP)法

5.陸地聲納法11.2.4波反射法圖11-5波反射法地質預報原理圖11-6波反射法地質預報工作程序框圖1.地震反射法圖11-7地震反射法隧道施工地質預報原理2.水平聲波剖面法(HSP)圖11-8HSP法隧道施工地質預報原理3.地質雷達法圖11-9地質雷達探測典型圖像

a)斷層帶b)富水帶c)巖脈及其破碎帶d)節(jié)理密集發(fā)育帶4.隧道地震預報(TSP)法圖11-10TSP法隧道施工地質預報原理5.陸地聲納法1)一般要求最淺探測層的反射角≤30°。

2)為了便于解釋，當剖面構造復雜時，可進行偏移歸位處理等。

3)應盡量采用能產生高頻彈性波的錘擊、爆炸、電火花等振源，反射波的頻率應大于4000Hz。

4)采集系統(tǒng)應具有超短余振的功能，反射波延續(xù)周期不大于1.0～1.5個周期。

5)為提取不同頻率的信號，應采用分段帶通濾波的方法處理數(shù)據(jù)。

6)測線布置應采用十字剖面的形式。11.2.5聲波透射法及CT層析成像法圖11-11聲波CT層析成像法鉆孔

及測線剖面布置圖11.2.6地震波反射層析成像法(TRT)圖11-13三維地震反射巖土工程地質條件成像原理11.3隧道施工地質預報實例11.3.1隧道前方巖溶發(fā)育分布探測預報

11.3.2順層錯動(斷層)破碎帶預報

11.3.3斷層與煤層預報11.3.1隧道前方巖溶發(fā)育分布探測預報圖11-14園梁山隧道DK354+362

掌子面測點布置11.3.2順層錯動(斷層)破碎帶預報圖11-15DK125+285掌子面測點布置11.3.3斷層與煤層預報南昆線康牛隧道地質平、剖面圖說明，地表DK555+860處斷層走向與隧道軸線呈38°交角，斷層傾向進口。探測隧道掌子面(DK555+784.5)地質調查說明，掌子面巖體破碎，已進入斷層影響帶，圍巖穩(wěn)定性差。11.4特殊地質地段的施工技術措施11.4.1含瓦斯地層施工措施

11.4.2膨脹土地層的隧道施工措施

11.4.3流砂突泥地層隧道施工措施

11.4.4松散地層隧道施工措施

11.4.5黃土層隧道施工措施11.4.6溶洞地層隧道的施工措施

11.4.7巖爆地段隧道施工措施

11.4.8高溫地段隧道施工措施11.4.1含瓦斯地層施工措施(1)制定探測方法及相關防治措施隧道穿過瓦斯溢出地段之前，就必須預先確定瓦斯探測方法，并制定瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。

(2)選擇適宜的施工方法隧道通過瓦斯地區(qū)的施工方法，宜采用全斷面開挖，因其工序簡單、面積大、通風好，隨掘進隨襯砌，能夠有效縮短煤層的瓦斯放出時間，有利于排除瓦斯。

(3)加強通風加強通風將瓦斯排出洞外，把空氣中的瓦斯含量稀釋到爆炸含量以下的1/10～1/15。

(4)控制瓦期含量瓦斯含量超過下述規(guī)定，工作人員必須立即撤到符合規(guī)定的地段，并切斷電源。

(5)采用防爆設施

(6)嚴格執(zhí)行有關制度(5)采用防爆設施1)遵守電器設備及其他設備的保安規(guī)那么，防止發(fā)生電火，瓦斯散發(fā)區(qū)段，使用防爆平安型的電器設備，洞內運轉機械需具有防爆性能，防止運轉時發(fā)生高溫火花。

2)采用濕式鉆眼，防止鉆頭產生火花，洞內鉆眼作業(yè)時，防止金屬與堅石撞擊、摩擦產生火花。

3)爆破作業(yè)，使用平安炸藥及毫秒平安電雷管，采用毫秒平安雷管時，最后一段的延期時間不得超過130ms。

4)洞內只準用電纜，不準使用皮線。

5)鏟裝石渣前必須將石渣澆濕，防止金屬與堅石撞擊、摩擦產生火花。(6)嚴格執(zhí)行有關制度1)瓦斯檢查制度。

2)洞內嚴禁使用明火，嚴禁將火柴、打火機、手電筒及其他易燃品帶入洞內。

3)進洞人員必須經(jīng)過瓦斯知識和防止瓦斯爆炸的平安教育。

4)瓦斯檢查必須挑選工作認真負責、有一定業(yè)務能力的人員，并經(jīng)過專業(yè)培訓、考試合格，方可進行監(jiān)測工作。11.4.2膨脹土地層的隧道施工措施(1)加強調查、量測圍巖的壓力和流變除了認真實施設計文件所提出的技術要求外，在膨脹土隧道施工過程中應對圍巖壓力及其流變情況進行充分的調查和量測，分析其變化規(guī)律。

(2)合理選擇施工方法膨脹土隧道圍巖壓力的施工效應，是導致隧道變形病害的主要原因。

(3)防止圍巖濕度變化隧道開挖后，膨脹土圍巖脫水或浸水都將引起圍巖體積變化，產生脹縮效應。

(4)合理進行圍巖支護11.4.3流砂突泥地層隧道施工措施(1)加強調查，制定方案施工中應調查流砂特性、規(guī)模，了解地質構成、貫入度、相對密度、粒徑分布、塑性指數(shù)、地層承載力、滯水層分布、地下水壓力和透水系數(shù)等，并制定出切實可行的治理方案。

(2)因地制宜，綜合治水隧道通過流砂地段，正確處理地下水，是解決隧道流砂、突泥施工難題中的關鍵技術。

(3)先支后挖，加強支護開挖時必須采取自上而下分部進行，先支后挖，密閉支撐，邊挖邊封閉，遇縫必堵，嚴防砂粒從支撐縫隙中溢出。

(4)盡早襯砌，封閉成環(huán)流砂地段，拱部和邊墻襯砌混凝土灌筑的時間應盡量縮短，盡快與仰拱形成封閉環(huán)，以使圍巖中出現(xiàn)流砂也不會對洞身襯砌造成破壞。11.4.4松散地層隧道施工措施(1)超前支護隧道開挖前，先向圍巖內打入錨桿管、板等構件，用以預先支護圍巖，防止坑道掘進時巖體發(fā)生坍塌。

(2)超前小導管預注漿超前小導管預注漿是沿開挖外輪廓線，以一定角度打入管壁帶孔的小導管，并以一定壓力向管內壓注水泥或化學漿液，它既能將洞周圍巖體預加固，又能起超前預支護作用。

(3)降水、堵水松散地層中的含水對隧道施工的危害極大。11.4.5黃土層隧道施工措施1)黃土隧道施工，應做好黃土中構造節(jié)理的產狀與分布狀況的調查。

2)施工中應遵循“短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測〞的施工原那么，緊湊施工工序，精心組織施工。

3)開挖方法宜采用短臺階法或分部開挖法(留核心法)，初期支護應緊跟開挖面施作。

4)黃土圍巖開挖后假設暴露時間過長，圍巖周壁風化至內部，那么圍巖體松弛加快，進而發(fā)生塌方。

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，以免地面積水侵蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

1)施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應及時用噴射混凝土封閉、加設錨桿、架立鋼支撐等加強支護。

2)施工時特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應用漿砌片石回填。

3)黃土隧道施工，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱時，在開挖與澆筑仰拱前，為防止邊墻向內位移，應加設橫撐。11.4.6溶洞地層隧道的施工措施1.隧道遇到溶洞的處理措施

2.巖溶地段隧道施工本卷須知1.隧道遇到溶洞的處理措施(1)引排水遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。

(2)堵填對已停止發(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(圖11-19)，并根據(jù)地質情況決定是否需要加深邊墻根底。

(3)跨越當隧道一側遇到狹長而較深的溶洞時，可加深該側的邊墻根底通過()。

(4)繞行施工在巖溶區(qū)施工，個別溶洞處理耗時且困難時，可迂回導坑繞過溶洞，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。圖11-16橋涵宣泄水流1.隧道遇到溶洞的處理措施圖11-19溶洞回填處理圖11-20溶洞噴錨加固與漿砌支護拱處理1.隧道遇到溶洞的處理措施圖11-21加深邊墻根底圖11-23溶洞跨越

a)筑拱b)設橋臺架梁1.隧道遇到溶洞的處理措施2.巖溶地段隧道施工本卷須知1)施工前，應對地表進行詳細勘察，注意研究巖溶狀態(tài)，估計可能遇到溶洞的地段。

2)了解地表水、出水地點的情況，并對地表進行必要的處理，以防止地表水下滲。

3)當施工到達溶洞邊緣，各工序應緊密銜接。

4)當在下坡地段遇到溶洞時，應準備足夠數(shù)量的排水設備。

5)施工中注意檢查溶洞頂板，及時處理危石。

6)在巖溶地段的爆破作業(yè)，應盡量做到多打眼、打淺眼，并控制藥量。

7)在溶洞充填體中掘進，如充填物松軟，可用超前支護法施工。

8)溶洞未做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。

9)處理情況復雜的溶洞，要根據(jù)現(xiàn)場具體情況制定平安措施，以確保施工平安。11.4.7巖爆地段隧道施工措施1.隧道內發(fā)生巖爆的特點

2.巖爆的防治措施

3.巖爆地段隧道施工的技術措施1.隧道內發(fā)生巖爆的特點1)巖爆在發(fā)生前并無明顯的預兆(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)那么片狀，塊度大小多呈幾厘米長寬的薄片，個別達幾十厘米長寬。

3)巖爆發(fā)生的地點，多在新開挖工作面及其附近，個別的也有在距新開挖工作面較遠處。

4)在溶孔較多的巖層里，不發(fā)生巖爆。3.巖爆地段隧道施工的技術措施1)如設有平行導坑，那么平行導坑應掘進到超前正洞一定距離，以了解地質狀況，分析可能發(fā)生巖爆的地段，為正洞施工到達相應地段時加強防治做充分準備。

2)爆破應選用預先釋放局部能量的方法，如超前預裂爆破法、切縫法和排孔法等，先期將巖層的原始應力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。

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

4)巖爆引起塌方時，應迅速將人員和機械撤到平安地段；采用摩擦型錨桿進行支護，增大初錨固力；采用鋼釬維噴射混凝土，抑制開挖面圍巖的剝落；采取掛鋼筋網(wǎng)或用鋼支撐加固；充分做好巖爆現(xiàn)象觀察記錄；采用聲波探測預報巖爆。11.4.8高溫地段隧道施工措施1)為了防止高溫時的強度降低，應選定適宜的水膠比，并考慮到對溫泉水的耐久性，宜采用高爐礦渣水泥(別離粉碎型水泥)。

2)在防水板和混凝土襯砌之間設置隔熱材料，可隔斷從巖體傳播來的熱量，使混凝土內的溫度應力降低。

3)把一般襯砌混凝土的澆筑長度適當縮短。

4)用防水板和無紡布組合成緩沖材料，與噴混凝土隔離，使混凝土襯砌的收縮不受約束。

5)適當設置裂縫誘發(fā)縫，一般在兩拱角延長方向設置。

1)熱痙攣。

2)熱虛脫。

3)熱射癥。11.5長隧道施工技術措施1.長隧道、特長隧道的特點

2.長隧道施工的技術要點1.長隧道、特長隧道的特點1)位于巖體深處鞏固穩(wěn)定的地層中，圍巖壓力小，坑道穩(wěn)定，無偏壓受力的情況。

2)支護可以簡單，施工比較平安。

3)工程單一，施工不受干擾。

4)洞門建筑物只有兩個，比多座短隧道少。2.長隧道施工的技術要點1)注意利用隧道設計的后期效勞井洞，將隧道劃分成多個段，增加施工工作面，從而提高隧道施工速度，縮短施工工期。

2)利用輔助洞室增加隧道施工工作面的同時，還將有利于縮短出渣和材料運輸?shù)木嚯x，從根本上提高施工工作效率，施工方案設計時，應充分考慮到這一點。

3)長隧道施工中一個技術難題是施工期間的工作面通風，除了利用輔助洞室，長隧短打，有效改善隧道施工的通風條件外，對于采用雙洞的情況，還應該注意采用隧道間的聯(lián)絡洞，實現(xiàn)兩施工隧道間的循環(huán)通風，縮短對工作面的獨頭通風距離，改善隧道施工通風條件，這樣既有利于改善勞動條件，也有利于提高勞動效率，加快隧道的施工速度，提高施工質量，還有利于隧道施工的平安。

4)長隧道施工往往會出現(xiàn)供電距離過長，造成施工工作面電壓偏低，機械設備運轉效率低。

5)開鑿輔助洞室，導致隧道施工工作量的增加，因此輔助洞室的設置應該按照隧道的施工條件和對隧道施工的要求，綜合考慮、比較后確定。11.6小凈距隧道與連拱隧道施工技術措施11.6.1小凈距隧道施工技術要點

11.6.2連拱隧道施工技術11.6.1小凈距隧道施工技術要點1)其造價和施工工藝同普通別離式雙洞隧道相比差異不大。

2)同連拱隧道相比它的造價要低得多，同時施工工藝也簡單。

3)有利于公路整體線型規(guī)劃和線型優(yōu)化。

1)開挖前，應對中間巖柱的穩(wěn)定進行評估，或通過模擬計算確定合理的隧道開挖方案。

2)開挖時，宜短掘短砌，控制每次起爆的炸藥量，并有效控制爆破參數(shù)，盡可能降低爆破開挖引起的隧道圍巖，提別是中間巖柱的損傷。

3)施工中，當圍巖變形較大時，應盡快施作襯砌；當圍巖完整性較好時，為了防止爆破振動對襯砌的影響，可在開挖及支護施作完成一段時間后再做襯砌。

4)現(xiàn)場圍巖、支護、襯砌的變形和應力量測極為重要，其目的是監(jiān)測先行洞結構的平安性，并評價后行洞施工的妥當性以及加固措施的有效性。

5)先行洞圍巖在先行洞施工時產生變形，在后行洞施工時會再次出現(xiàn)松弛變形。

6)后行洞爆破施工時引起的振動可能會對先行洞造成破壞性影響，必須考慮采取控制爆破振動的措施。

7)后行洞圍巖在先行洞造成的臨空面會產生較大變形。11.6.1小凈距隧道施工技術要點8)中間巖柱會因為先行洞和后行洞的施工產生較大擾動和變形。

9)小凈距隧道開挖時可以采取側壁導坑超前開挖法，當?shù)刭|條件較好時，也可采取中央導坑超前開挖法，且支護和襯砌均應加強。11.6.2連拱隧道施工技術1.連拱隧道的特點

2.連拱隧道的主要施工方案

3.隧道施工工藝

4.連拱隧道施工方案選擇的根本技術原那么

5.施工的根本技術原那么

6.連拱隧道的施工要求1.連拱隧道的特點1)位置選擇自由度大，適用于地形復雜、線路布設極為困難的情況。

2)洞口引線占地面積少，接線難度小，尤其應用于城市中時，可大大減少拆遷，降低工程費用。

3)比深挖高邊坡穩(wěn)定，由此可減少運營中的平安隱患。

4)便于公路橋隧相連。

5)可保持路線線形流暢，且斷面造型美觀。

6)便于運營管理。2.連拱隧道的主要施工方案1)三導洞方案，即中導洞先行，進行超前開挖，雙側導洞隨后跟進或先開挖雙側導洞，后開挖中導洞的方案。

2)中導洞方案，即只有中導洞先行超前開挖，而無需側導洞的方案。

3)無導洞方案，即直接開挖主洞，而無導洞的方案。

4)中導洞—雙邊洞方案，簡稱墻洞方案，用于四連拱隧道施工。

5)四導洞方案，用于巖質較好，用原巖作中墻，代替鋼筋混凝土中墻。

6)開天窗明洞方案，用于修建城市街道中心。3.隧道施工工藝1)對先行洞產生變形影響時，采用增大先行洞襯砌結構的剛性和控制水平位移措施。

2)對后行洞產生變形影響時，采用對后行洞進行超前加固圍巖、分割開挖斷面、盡早閉合斷面和加強超前支護和初期支護，或強化結構根底、加固開挖面和加固前方圍巖等措施。

3)對后行洞產生振動影響時，采用控制爆破振動和機械振動措施。

4)地下水對后行洞有影響時，采用排水和止水措施。4.連拱隧道施工方案選擇的根本技術原