軟巖隧道施工技術(shù)

軟巖隧道事故案例分析(fēnxī)及安全施工技術(shù)

1共五十九頁目錄1軟巖隧道變形、坍方災(zāi)害案例2軟巖隧道災(zāi)害分析(fēnxī)3軟巖隧道施工技術(shù)2共五十九頁一、軟巖隧道(suìdào)變形、坍方災(zāi)害案例3共五十九頁1.宜萬鐵路石院子隧道洞口段大坍方05年5月24日，石院子隧道出口(chūkǒu)邊仰坡防護(hù)后采取上臺階進(jìn)洞。8月9日，上臺階開挖86米，變形速率達(dá)到52mm/d，初期支護(hù)開裂、變形。6天后發(fā)生大坍方，洞口段已施工的86米全部坍滿。坍方段為強風(fēng)化頁巖，巖體破碎，埋深5～20米。坍方主要原因為洞口段處理措施不當(dāng)、上臺階開挖距離過長初期支護(hù)未及時閉合、初期支護(hù)強度和剛度不足等。4共五十九頁隧道變形坍方(tānfāng)過程坍方(tānfāng)前坍方中坍方后5共五十九頁2.鄭西客專南山口隧道大坍方2007年7月15日，鄭西客專南山口隧道采取長臺階法施工，掌子面初期支護(hù)出現(xiàn)掉塊、開裂，3天后，隧道發(fā)生大坍方，坍方長度146米，地表房屋(fángwū)開裂，經(jīng)濟(jì)損失較大。坍方段為強風(fēng)化粉砂巖，隧道埋深86米。坍方原因?qū)偈┕し椒ú划?dāng)，初期支護(hù)長時間不閉合，二次襯砌距掌子面距離太長。（上臺階開挖83米，仰拱距掌子面126米，二襯距掌子面146米）6共五十九頁南山口隧道(suìdào)大坍方照片7共五十九頁3.貴廣鐵路東科嶺隧道涌砂坍方

2010年1月19日，東科嶺隧道進(jìn)口開挖398米，掌子面施作超前小導(dǎo)管時，突然發(fā)生涌砂坍方，涌砂量約800立方，隨后地面出現(xiàn)坍陷，坍坑直徑約35米。坍方段地層為向斜構(gòu)造全風(fēng)化花崗巖，隧道埋深21m，地表為水田和常年流水水溝。涌砂坍方原因為超前預(yù)測預(yù)報不到位，未發(fā)現(xiàn)不良(bùliáng)地質(zhì)。目前施工受困，變形仍在處理中。8共五十九頁東科嶺隧道(suìdào)涌砂坍方照片9共五十九頁東科嶺隧道(suìdào)地面坍坑照片10共五十九頁4.張集鐵路舊堡隧道初期支護(hù)開裂變形

2010年2月26日，舊堡隧道進(jìn)口開挖到4136米，初期支護(hù)I25b鋼架發(fā)生變形，變形速率達(dá)到151mm/d，隨后掌子面后方30米范圍內(nèi)初期支護(hù)扭曲變形，噴射混凝土開裂、掉塊，滲水量增大。變形段為麻粒巖夾輝綠巖脈，處于F3斷層影響帶，構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，隧道埋深約300米。該段變形主要原因是對工程地質(zhì)特性認(rèn)識不足，施工方法和支護(hù)措施與地質(zhì)條件不匹配。目前(mùqián)施工受困，變形仍在處理中。11共五十九頁舊堡隧道(suìdào)初期支護(hù)變形開裂照片12共五十九頁二、軟巖隧道災(zāi)害(zāihài)分析

13共五十九頁將2006年至今軟巖隧道發(fā)生(fāshēng)災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如下：2006年3月21日，武康二線王家溝隧道發(fā)生坍方，8人受困。2006年5月16日，大麗鐵路南場嶺隧道洞口發(fā)生坍方，6人受困。

2006年5月21日，洛湛鐵路雙牌二號隧道洞口發(fā)生坍方，造成1死3傷。14共五十九頁2006年8月12日，鄭西客專秦東隧道發(fā)生坍方(tānfāng)，造成2人死亡。2006年9月13日，武康二線系家山一號隧道發(fā)生坍方，造成2人死亡。2007年4月30日，太中銀鐵路吳堡隧道發(fā)生坍方，造成4死1傷。2007年7月15日，鄭西客專南山口隧道發(fā)生大坍方，坍方146米，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。15共五十九頁2007年8月6日，石太客專南莊隧道發(fā)生坍方，造成2人死亡。2007年8月6日，廣深港客(ɡǎnɡkè)專水田隧道洞口發(fā)生坍方，造成2人死亡。2007年9月2日，合寧鐵路亭子山二號隧道發(fā)生坍方，造成5人死亡。2007年9月30日，蘭青二線八盤峽二號隧道坍方，8人受困。2007年11月20日，宜萬鐵路高陽寨隧道洞口發(fā)生坍方，造成35死1傷。16共五十九頁2008年1月9日，蘭青二線楊家店隧道(suìdào)發(fā)生坍方，造成2人死亡。

2008年1月20日，鄭西客專盤東隧道發(fā)生坍方，造成3人死亡。2008年3月21日，田德鐵路百安隧道發(fā)生坍方，造成2死3傷。2008年3月25日，包西鐵路活沙兔隧道發(fā)生坍方，造成4人死亡。2008年7月15日，洛湛鐵路古欖隧道發(fā)生坍方，造成1人死亡。17共五十九頁2008年8月29日，西格二線克土隧道發(fā)生坍方(tānfāng)，造成4死7傷。2009年2月17日，包西鐵路寨山村隧道發(fā)生坍方，造成2人死亡。2009年3月8日，石武客專木蘭隧道發(fā)生坍方，造成2死2傷。2009年3月16日，向莆鐵路寶臺山隧道發(fā)生坍方，造成3死1傷。2009年7月19日，襄渝二線楊家溝隧道發(fā)生坍方，造成2人死亡。18共五十九頁2009年8月1日，湘桂鐵路梅子坳隧道洞口發(fā)生(fāshēng)坍方，造成3人死亡。2009年10月29日，包西鐵路新響沙灣隧道發(fā)生坍方，人員逃脫。2009年12月19日，包西鐵路鄧家樓一號隧道發(fā)生坍方，6人受困。2010年1月14日，南廣鐵路白云隧道發(fā)生突水突泥，造成5人死亡。2010年3月19日，集包鐵路新旗下營隧道發(fā)生坍方，造成10人死亡。19共五十九頁據(jù)不完全統(tǒng)計，2006年至今4年時間，以上隧道施工共發(fā)生災(zāi)害28起，死亡96人，折合每年7起，每年死亡24人，災(zāi)害發(fā)生次數(shù)之多，死亡率之高，令人震驚和心寒。究其原因，除客觀地質(zhì)條件外，在施工方法、設(shè)計剛度、仰拱及時跟進(jìn)(ɡēnjìn)閉合成環(huán)等方面，也存在著一定的不足，因此，加強軟巖隧道的設(shè)計與施工，減少災(zāi)害的發(fā)生十分急迫。20共五十九頁對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，軟巖隧道災(zāi)害主要表現(xiàn)在三個方面：一是洞口坍方，二是掌子面變形坍方，三是掌子面后方(hòufāng)坍方關(guān)門。統(tǒng)計表明：洞口坍方占20%，掌子面變形坍方占33%，掌子面后方(hòufāng)坍方關(guān)門占47%。21共五十九頁三、軟巖隧道施工(shīgōng)技術(shù)

22共五十九頁軟巖隧道施工，應(yīng)在超前預(yù)報、超前注漿、超前支護(hù)(zhīhù)、開挖工法、初期支護(hù)(zhīhù)、監(jiān)控量測、二次襯砌、洞口處理八個方面予以重視，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理與施工，從而最大程度地避免變形和坍方災(zāi)害的發(fā)生。23共五十九頁1.超前地質(zhì)預(yù)報目前，一些隧道實際開挖地質(zhì)與設(shè)計地質(zhì)存在較大出入，這就給現(xiàn)場的安全(ānquán)施工帶來影響。因此，除設(shè)計單位加強地勘外，施工單位必須加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，探測隧道前方是否發(fā)育斷層、破碎帶，是否有地下水存在。特別是接近斷層時，必須加強長短鉆孔，杜絕在未探明情況下發(fā)生突水突泥和變形坍方災(zāi)害。24共五十九頁2.注漿加固在斷層破碎帶或軟弱地層，特別是富含水時，對不良地層進(jìn)行(jìnxíng)注漿加固，改良地層，這是一種很有效的安全施工方法。但目前很多單位做不到，最主要的原因有兩個方面，一是無專業(yè)設(shè)備，二是無專業(yè)隊伍。這樣即保證不了注漿質(zhì)量，也保證不了注漿進(jìn)度。目前，注漿方法有全斷面帷幕注漿和信息化注漿，這兩種方法都取得了很好的注漿效果。25共五十九頁別巖槽隧道(suìdào)F1斷層全斷面帷幕注漿照片26共五十九頁齊岳山隧道(suìdào)F11斷層信息化注漿照片27共五十九頁齊岳山隧道(suìdào)F11斷層注漿后開挖照片28共五十九頁3.超前預(yù)支護(hù)常用(chánɡyònɡ)的超前預(yù)支護(hù)方式有超前大管棚、超前小導(dǎo)管和超前錨桿三種?！癯按蠊芘铮捍蠊芘镆话悴捎忙?0mm～φ150mm的鋼管，沿隧道開挖輪廓線外120°～150°范圍布置，環(huán)向間距30～50cm。縱向長度10～100m根據(jù)工程需要設(shè)置。管棚內(nèi)注滿水泥砂漿或水泥漿，以提高管棚剛度，減少開挖時土體沉降、坍塌。長管棚在堆積體、砂土質(zhì)地層、斷層破碎帶及下穿公路、鐵路、地表建筑物等條件下廣泛采用。29共五十九頁洞內(nèi)大管棚施工(shīgōng)照片30共五十九頁●超前小導(dǎo)管：小導(dǎo)管一般采用φ32mm～φ60mm的鋼管，沿隧道開挖輪廓線外90°～120°范圍布置，環(huán)向間距20～40cm。縱向(zònɡxiànɡ)長度2.5～6m根據(jù)工程需要設(shè)置。小導(dǎo)管布設(shè)后應(yīng)注漿，加固周邊地層，減少開挖時土體沉降、坍塌。小導(dǎo)管在破碎圍巖、堆積體、砂土質(zhì)地層、斷層破碎帶中普遍采用。31共五十九頁洞內(nèi)超前小導(dǎo)管施工(shīgōng)照片32共五十九頁●超前錨桿：超前錨桿一般采用φ20mm～φ25mm的鋼筋，沿隧道開挖輪廓線外90°～120°范圍布置，環(huán)向間距20～40cm。縱向長度3～5m根據(jù)工程(gōngchéng)需要設(shè)置。超前錨桿起到棚架作用，減少開挖時破碎巖體局部坍塌。超前錨桿一般在破碎圍巖下采用。不好成孔時，也可采用自進(jìn)式錨桿超前支護(hù)。33共五十九頁超前支護(hù)的核心問題是，超前支護(hù)長度必須超過開挖(kāiwā)斷面形成的破裂面，否則，根本就起不到超前支護(hù)作用，隧道開挖(kāiwā)時會發(fā)生掌子面滑坍。34共五十九頁4.開挖工法目前常用的開挖工法有臺階法、環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法六種。開挖工法選擇時，應(yīng)本著(běnzhe)由易到繁的順序，現(xiàn)場實施中應(yīng)加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整開挖工法?，F(xiàn)場施工中應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計開挖工法進(jìn)行。如需要調(diào)整，應(yīng)履行變更程序，現(xiàn)場不得擅自更改施工方法。35共五十九頁●臺階法：臺階法一般適合于Ⅳ級圍巖，要求臺階長度不大于1倍洞徑，臺階高度根據(jù)機械設(shè)備確定。目前很多單位采取長臺階施工（遠(yuǎn)大于1倍洞徑），造成(zàochénɡ)初期支護(hù)不能及時閉合，仰拱不能緊跟，二襯不能及時施作，出現(xiàn)大量坍方災(zāi)害。36共五十九頁●環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法：該方法利用核心土穩(wěn)定掌子面，然后(ránhòu)開挖兩側(cè)邊墻和中部核心土，最后開挖仰拱。目前該方法應(yīng)用較多，但也有不少隧道出現(xiàn)了變形、坍方問題。主要集中在三個方面需要進(jìn)一步研究解決。37共五十九頁一是拱部開挖高度過低，造成拱腳處為小角度扁平結(jié)構(gòu)，受力不好，易產(chǎn)生變形。二是各臺階拉的過長，仰拱不能及時施作。因此，要求采取這種方法時，全斷面封閉成環(huán)長度不能超過2倍洞徑。三是現(xiàn)場不能及時根據(jù)(gēnjù)監(jiān)測數(shù)據(jù)加強初期支護(hù)、增設(shè)橫向支撐或臨時仰拱形成閉合成環(huán)，從而導(dǎo)致變形、坍方。38共五十九頁環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法(tǔfǎ)照片39共五十九頁●CD法（中隔壁法）：該方法是將隧道分為左右兩部分進(jìn)行開挖，先在一側(cè)采用臺階法分層開挖及支護(hù)，再開挖隧道另一側(cè)。該方法在特殊條件下采用，施工安全度高，但進(jìn)度較慢。一般在淺埋地段或穿越建（構(gòu)）筑物時采用，減少(jiǎnshǎo)沉降，防止坍方。40共五十九頁●CRD法（交叉中隔壁法）：該方法是將大斷面隧道上、下、左、右分塊開挖，并施作初期支護(hù)和臨時支撐，步步封閉成環(huán)。該方法在特殊條件(tiáojiàn)下采用。41共五十九頁CRD工法開挖(kāiwā)照片42共五十九頁●雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：該方法是采用先開挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑，進(jìn)行初期支護(hù)和臨時支護(hù)，再進(jìn)行中部(zhōnɡbù)開挖支護(hù)的施工方法，該方法在特殊條件下采用。43共五十九頁雙側(cè)壁導(dǎo)坑(dǎokēng)工法開挖照片44共五十九頁5.初期支護(hù)隧道(suìdào)開挖后短時間或變形量小時，初期支護(hù)與地層共同承受形變壓力。時間長時或變形量大時，由初期支護(hù)完全承受松散壓力。45共五十九頁●初期支護(hù)要考慮隧道施工(shīgōng)具有時空效應(yīng)的特性，要有合理的強度和剛度。原則上寧強勿弱，一次到位?！裨诟叩貞?yīng)力條件下，可考慮采用雙層支護(hù)，或H型鋼架，及時施作長錨桿。采用噴射鋼纖維混凝土以達(dá)到早強、高強目的。46共五十九頁6.監(jiān)控量測監(jiān)控量測是指導(dǎo)軟巖隧道安全施工的一種重要的信息化手段。特別是目前隧道開挖斷面大，監(jiān)測(jiāncè)更為重要?！衲壳俺２捎萌緝x進(jìn)行非接觸式量測。47共五十九頁●Ⅳ級圍巖每10～30米布設(shè)一個監(jiān)測斷面，Ⅴ級、Ⅵ級每5～10米布設(shè)一個監(jiān)測斷面。淺埋地段應(yīng)布置地表沉降監(jiān)測點，縱向間距5～10米，橫向間距2～5米，布置范圍(fànwéi)為2倍的“隧道埋深+隧道寬度”。●根據(jù)隧道變形速率和累計變形量制定變形控制基準(zhǔn)值。確定變形量和變形速率在什么樣條件下可以正常開挖，什么樣情況下加強支護(hù)，什么樣條件下應(yīng)停止掌子面掘進(jìn)，立即加設(shè)橫撐或臨時仰拱。這些在目前工程施工中普遍存在差距。48共五十九頁7.二次襯砌及時進(jìn)行二次襯砌對安全施工十分重要，根據(jù)部有關(guān)要求：Ⅳ級圍巖二襯距掌子面距離不大于90米，Ⅴ級、Ⅵ級不大于70米，這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)是十分重要的，現(xiàn)場(xiànchǎng)必須嚴(yán)格執(zhí)行。襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于變形量大的段落、地下水發(fā)育段落，襯砌應(yīng)適當(dāng)加強，以防止出現(xiàn)襯砌開裂。49共五十九頁8.洞口處理避免淺埋隧道洞口發(fā)生大滑坍應(yīng)注意以下幾個問題?！褚淮嗡⑵碌轿?，不允許上半斷面刷坡后進(jìn)(hòujìn)洞，這樣，進(jìn)洞后再刷下半斷面時易引起洞口滑坍?！瘛霸邕M(jìn)晚出”，對洞口不良地質(zhì)可采取加長明洞、管棚法進(jìn)洞等措施。●盡早施作洞口工程。50共五十九頁洞口坍方(tānfāng)照片51共五十九頁9.特殊工法

在特殊地質(zhì)和環(huán)境(huánjìng)條件下，可采取特殊工法，以確保施工安全。●軟弱破碎地層中采用新意法對掌子面進(jìn)行超前加固后可進(jìn)行全斷面開挖，不但可加快施工進(jìn)度，而且施工安全度高。52共五十九頁●軟塑土體、含水砂層等可采用水平(shuǐpíng)旋噴進(jìn)行超前