6第六章特殊地质地段施工

1、第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工宜万铁路龙鳞宫隧道出口一号溶洞宜万铁路龙鳞宫隧道出口一号溶洞(高高180m垂直于隧道走向垂直于隧道走向) 第六章 特殊地质地段 施工 第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工宜万铁路龙鳞宫隧道出口一号溶洞宜万铁路龙鳞宫隧道出口一号溶洞(高高180m垂直于隧道走向垂直于隧道走向) 第六章 特殊地质地段 施工 第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工宜万铁路龙鳞宫隧道二号溶洞宜万铁路龙鳞宫隧道二号溶洞(长长172.2m宽宽90m轨下深轨下深72m) 第六章 特殊地质地段 施工 第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工世界首座特大断面富水黄土特

2、长铁路隧道世界首座特大断面富水黄土特长铁路隧道张茅隧道张茅隧道(断面断面164m2全长全长8483m) 第六章 特殊地质地段 施工 第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工郑郑(州州)西西(安安)铁路客运专线秦东隧道铁路客运专线秦东隧道(特大断面特大断面164m2湿陷性全黄土隧道湿陷性全黄土隧道) 第六章 特殊地质地段 施工 第六章第六章特殊地质地段施工特殊地质地段施工郑郑(州州)西西(安安)铁路客运专线秦东隧道铁路客运专线秦东隧道(特大断面特大断面164m2湿陷性全黄土隧道湿陷性全黄土隧道) 第六章 特殊地质地段 施工 第一节第一节概述概述膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、岩

3、爆膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、岩爆以及瓦斯地层等以及瓦斯地层等。施工前应对工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，施工前应对工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，制定相应的施工方法和措施。制定相应的施工方法和措施。施工指导原则为施工指导原则为“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进衬砌、勤检查、稳步前进” 。隧道开挖方式应视地质、环境、安全等条件合理选用。隧道开挖方式应视地质、环境、安全等条件合理选用。特殊地质地段隧道衬砌应防止围岩松弛，防止衬砌出现开特殊地质地段隧道衬砌应防止围岩松弛，防止衬砌出现开裂、下沉等不良现象。裂

4、、下沉等不良现象。充分考虑采用预支护与预加固措施。充分考虑采用预支护与预加固措施。 第六章 特殊地质地段 施工 第二节第二节膨胀土围岩膨胀土围岩膨胀土膨胀土土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有同时具有吸水显著膨胀软化吸水显著膨胀软化与与失水收缩硬裂失水收缩硬裂两种特性，两种特性，且具有且具有湿胀干缩往复变形湿胀干缩往复变形的的高塑性粘性土高塑性粘性土。亲水矿物主。亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。要是蒙脱石粘土矿物。一一 膨胀土围岩特性膨胀土围岩特性1.大多具有原始地层的大多具有原始地层的超固结特性超固结特性，使土体中储存有较高，使土体中储存有较高的

5、初始应力。具有明显的的初始应力。具有明显的塑性流变塑性流变特性，开挖后将产生特性，开挖后将产生较大塑性变形。较大塑性变形。2.发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。围岩初发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。围岩初期变形大，发展速度快。期变形大，发展速度快。3.吸水膨胀、失水收缩，干湿循环将产生胀缩效应，进而吸水膨胀、失水收缩，干湿循环将产生胀缩效应，进而破坏土体结构与围岩稳定性。破坏土体结构与围岩稳定性。 第六章 特殊地质地段 施工 第二节第二节膨胀土围岩膨胀土围岩二二 膨胀土围岩对隧道施工的危害膨胀土围岩对隧道施工的危害吸水膨胀软化与失水收缩硬裂导致原生裂吸水膨胀软化与失水收缩硬裂

6、导致原生裂隙扩张而产生裂缝。隙扩张而产生裂缝。下部土体承载力较低与上部围岩压力过大下部土体承载力较低与上部围岩压力过大导致隧道变形下沉。导致隧道变形下沉。围岩压力围岩压力与与膨胀压力膨胀压力导致土体导致土体局部破坏，由裂缝发展到溜塌在扩展到坍塌。局部破坏，由裂缝发展到溜塌在扩展到坍塌。洞底围岩洞底围岩卸荷膨胀卸荷膨胀与与浸水膨胀浸水膨胀造成洞底围岩变造成洞底围岩变形臌出。形臌出。拱脚内移；拱脚支撑扭曲、变形或拱脚内移；拱脚支撑扭曲、变形或折断；拱顶下沉或凸起；拱顶外缘纵向贯通拉裂缝；拱折断；拱顶下沉或凸起；拱顶外缘纵向贯通拉裂缝；拱顶内缘出现挤裂、脱皮、掉块；拱腰出现纵向裂缝导致顶内缘出现挤裂

7、、脱皮、掉块；拱腰出现纵向裂缝导致张开、错台。张开、错台。 第六章 特殊地质地段 施工 第二节第二节膨胀土围岩膨胀土围岩三三 施工要点施工要点调查量测围岩压力与流变情况，分析其变化规律。探明调查量测围岩压力与流变情况，分析其变化规律。探明地下水分布范围与规律，了解水对施工的影响程度。地下水分布范围与规律，了解水对施工的影响程度。围岩压力的施工效应是导致隧道变形病害的主要原因。围岩压力的施工效应是导致隧道变形病害的主要原因。应尽量减少扰动围岩、防止浸湿，宜采用无爆破掘进法。应尽量减少扰动围岩、防止浸湿，宜采用无爆破掘进法。尽可能缩短围岩暴露时间、及时衬砌。尽可能缩短围岩暴露时间、及时衬砌。应及时

8、喷射砼，封闭与支护围岩。应切断水源并加强洞应及时喷射砼，封闭与支护围岩。应切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水。壁与坑道防、排水措施，防止施工积水。喷锚支护，稳定围岩；衬砌结构及早闭合。喷锚支护，稳定围岩；衬砌结构及早闭合。 第六章 特殊地质地段 施工 第三节第三节黄黄 土土在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土特殊性土。1.按按形成年代形成年代分类分类老黄土老黄土下更新世下更新世q1午城黄土午城黄土和中更新世和中更新世q2离石黄土离石黄土新黄土新

9、黄土更新世更新世q3马兰黄土马兰黄土与全新世与全新世q4下部下部次生黄土次生黄土新近堆积黄土新近堆积黄土q4最新堆积物。最新堆积物。 第六章 特殊地质地段 施工 第三节第三节黄黄 土土3.黄土地层对黄土地层对隧道施工隧道施工的影响的影响黄土节理：黄土节理：开挖时土体容易顺着节理张松或剪断。开挖时土体容易顺着节理张松或剪断。黄土冲沟地段：黄土冲沟地段：易发生较大的坍塌或滑坡。易发生较大的坍塌或滑坡。黄土溶洞与陷穴：黄土溶洞与陷穴：基础下沉、冒顶或较大偏压。基础下沉、冒顶或较大偏压。水的影响：水的影响：地下水浸湿后表现出湿陷性，使围岩迅速失地下水浸湿后表现出湿陷性，使围岩迅速失稳下沉造成坍塌。施工

10、积水将使洞内道路泥泞难行稳下沉造成坍塌。施工积水将使洞内道路泥泞难行。2.遵循遵循“”的施工原则；的施工原则； 第六章 特殊地质地段 施工 第四节第四节溶溶 洞洞是以岩溶水的是以岩溶水的溶蚀作用溶蚀作用为主，间因为主，间因潜蚀与机械塌陷潜蚀与机械塌陷作用作用而造成的基本水平方向延伸的通道。而造成的基本水平方向延伸的通道。是指是指可溶性岩层可溶性岩层(石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等膏、岩盐等)受受水的化学与机械作用水的化学与机械作用而产生沟槽、裂缝和而产生沟槽、裂缝和空洞，以及由于空洞，以及由于空洞顶部塌落空洞顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等使地表产生陷穴、

11、洼地等类现象和作用。类现象和作用。死、死、活活、干、干、湿湿、大大、小型溶洞、小型溶洞溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；溶洞充填物松软且深，位于隧道底部时基底难于处理；溶洞充填物松软且深，位于隧道底部时基底难于处理；溶洞涌水、涌泥危及施工；溶洞涌水、涌泥危及施工；有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、分布范围宽有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、分布范围宽广，处理十分困难。广，处理十分困难。 第六章 特殊地质地段 施工 第四节第四节溶溶 洞洞 第六章 特殊地质地段 施工 第四节第四节溶溶 洞洞 第六章 特殊地质地段 施工 第四节第四节溶溶 洞洞遇到暗河或溶洞有水流时，遇

12、到暗河或溶洞有水流时，。用。用暗管、涵管暗管、涵管或小桥或小桥等设施渲泄水流，或开凿等设施渲泄水流，或开凿泄水洞泄水洞将水排出洞外。将水排出洞外。 第六章 特殊地质地段 施工 浆砌片石浆砌片石水流水流道隧第四节第四节溶溶 洞洞用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以封堵；用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以封堵； 第六章 特殊地质地段 施工 干砌片石干砌片石第四节第四节溶溶 洞洞用网锚喷加固溶洞顶部，必要时注浆加固并设护拱。用网锚喷加固溶洞顶部，必要时注浆加固并设护拱。 第六章 特殊地质地段 施工 第四节第四节溶溶 洞洞当隧道一侧遇狭长而较深的溶洞，可加深该侧边墙基当隧道一侧遇狭长而较深的溶洞，可加深该侧

13、边墙基础通过。础通过。隧道底部遇较大溶洞并有水流时，可在隧道底部以下隧道底部遇较大溶洞并有水流时，可在隧道底部以下砌承重墙支撑，并在承重墙内套设涵管引排溶洞水。砌承重墙支撑，并在承重墙内套设涵管引排溶洞水。隧道底部的溶洞可砌拱跨过。隧道底部的溶洞可砌拱跨过。 第六章 特殊地质地段 施工 加深边墙基础示意图加深边墙基础示意图在承重墙内套设涵管示意图在承重墙内套设涵管示意图筑拱跨过溶洞示意图筑拱跨过溶洞示意图第四节第四节溶溶 洞洞在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采用在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采用迂回导坑绕过溶洞迂回导坑绕过溶洞继续进行隧道前方的施工，以节省继续进行隧道前方

14、的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。时间，加快施工进度，同时处理溶洞。三三施工注意事項施工注意事項1.施工临近溶洞，应加强超前地质预报，各工序紧密施工临近溶洞，应加强超前地质预报，各工序紧密衔接，支护与衬砌赶前。衔接，支护与衬砌赶前。2.施工中应注意溶洞的稳定性，及时加固与处理危石。施工中应注意溶洞的稳定性，及时加固与处理危石。3.采用控制爆破减少扰动，防止突泥突水。采用控制爆破减少扰动，防止突泥突水。4.在溶洞充填体中掘进应采取合适的辅助施工措施。在溶洞充填体中掘进应采取合适的辅助施工措施。5.溶洞未处理之前，禁止弃渣其间。溶洞未处理之前，禁止弃渣其间。 第六章 特殊地质地段 施

15、工 第五节第五节坍坍 方方断层与破碎带；或薄层岩体小曲褶、错动发育地段；断层与破碎带；或薄层岩体小曲褶、错动发育地段；软弱结构面发育或泥质充填物过多地段。软弱结构面发育或泥质充填物过多地段。沿河傍山与偏压地段；沟谷凹地与丘陵浅埋地段。沿河傍山与偏压地段；沟谷凹地与丘陵浅埋地段。地下水作用。地下水作用。隧道选址时地质调查不细，未能绕避不良地质地段。隧道选址时地质调查不细，未能绕避不良地质地段。工程地质与水文地质资料不详，选择施工方案失误。工程地质与水文地质资料不详，选择施工方案失误。施工方法与地质条件不相适应施工方法与地质条件不相适应初期支护质量不符合要求。初期支护质量不符合要求。未进行监控量测

16、，信息反馈不及时，决策失误。未进行监控量测，信息反馈不及时，决策失误。未实施控制爆破。处理危石措施不当。未实施控制爆破。处理危石措施不当。 第六章 特殊地质地段 施工 第五节第五节坍坍 方方1.安全合理的安全合理的施工方法施工方法与与辅助施工措施辅助施工措施至关重要，应采至关重要，应采用的施工原则为：用的施工原则为：2.加强坍方预测，常用下列方法：加强坍方预测，常用下列方法：观察法观察法钻探、地质素描、超前地质预报；钻探、地质素描、超前地质预报；一般量测法一般量测法位移、应力监测；位移、应力监测；微地震学与声学测量法微地震学与声学测量法微震测量与超声波监测。微震测量与超声波监测。3.加强初期加

17、强初期 支护，控制坍方。支护，控制坍方。采用喷锚支护或喷锚网联合支护；考虑采用早强喷射采用喷锚支护或喷锚网联合支护；考虑采用早强喷射混凝土、早强锚杆和钢支撑支护等措施。混凝土、早强锚杆和钢支撑支护等措施。 第六章 特殊地质地段 施工 第五节第五节坍坍 方方详细调查坍方范围与形态；摸清地质构造；查明坍方详细调查坍方范围与形态；摸清地质构造；查明坍方原因与地下水活动情况；认真制定处理方案。原因与地下水活动情况；认真制定处理方案。具体办法有：具体办法有：先先加固加固坍体坍体两端洞身两端洞身，抓紧喷射混凝土或采用锚喷联，抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护合支护封闭坍穴顶部与侧部封闭坍穴顶部与侧部，再进行

18、清渣。，再进行清渣。也可在坍渣上也可在坍渣上架设临时支架架设临时支架，稳定顶部而后清渣稳定顶部而后清渣。临。临时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。时支架待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可拆除。先护后挖先护后挖：查明坍穴规模与穴顶位置后，采用：查明坍穴规模与穴顶位置后，采用管棚法管棚法与与注浆固结法注浆固结法稳固围岩体和渣体，待其基本稳定后按稳固围岩体和渣体，待其基本稳定后按先上部后下部的顺序清渣。采取先上部后下部的顺序清渣。采取的原则开挖坍体，尽快完成衬砌。的原则开挖坍体，尽快完成衬砌。(参见下页图参见下页图) 第六章 特殊地质地段 施工 第五节第五节坍坍 方方具体办法有：具体办法有

19、：坍方冒顶坍方冒顶。清渣前应。清渣前应支护陷穴口。地层极支护陷穴口。地层极差时，在陷穴口附近差时，在陷穴口附近地面打设地表锚杆，地面打设地表锚杆，洞内可采用管棚支护洞内可采用管棚支护和钢架支撑。和钢架支撑。洞口坍方洞口坍方。一般易坍。一般易坍至地表，可采取暗洞至地表，可采取暗洞明作的办法。明作的办法。 第六章 特殊地质地段 施工 大规模坍方处理实例示意图大规模坍方处理实例示意图第五节第五节坍坍 方方3.处理坍方的同时应处理坍方的同时应加强防排水加强防排水工作，工作，治坍先治水治坍先治水，具，具体措施：体措施：地表地表沉陷和裂缝沉陷和裂缝，用，用不透水土壤夯填紧密不透水土壤夯填紧密，开挖，开挖截

20、水截水沟沟，防止地表水渗入坍体。，防止地表水渗入坍体。坍方坍方通顶通顶时，应在陷穴口地表四周时，应在陷穴口地表四周挖沟排水挖沟排水，并设，并设雨雨棚遮盖穴顶棚遮盖穴顶。陷穴口回填应高出地面并用。陷穴口回填应高出地面并用粘土粘土或或圬工圬工封口封口，做好排水。，做好排水。 坍体内有地下水活动时，应用坍体内有地下水活动时，应用管槽管槽引至引至排水沟排水沟排出，排出，防止坍方扩大。防止坍方扩大。 第六章 特殊地质地段 施工 第五节第五节坍坍 方方4.加强衬砌支护加强衬砌支护：坍方地段坍方地段衬砌衬砌应视坍穴大小和地质情况应视坍穴大小和地质情况予以加强予以加强。衬。衬砌砌背后背后与坍穴洞孔与坍穴洞孔周

21、壁间必须紧密支撑周壁间必须紧密支撑。当坍穴。当坍穴较小较小时，可用时，可用浆砌片石浆砌片石或干砌片石将坍穴填满；当坍穴或干砌片石将坍穴填满；当坍穴较较大大时，可先用时，可先用浆砌片石浆砌片石回填一定厚度，其上空间采用回填一定厚度，其上空间采用钢支撑钢支撑等顶住稳定围岩；等顶住稳定围岩；特大坍穴应作特殊处理特大坍穴应作特殊处理。5.用用新奥法新奥法施工的隧道或有条件的隧道，坍方后要施工的隧道或有条件的隧道，坍方后要加设加设量测点量测点，增加量测频率增加量测频率，根据量测信息及时研究对策。，根据量测信息及时研究对策。浅埋隧道要进行地表下沉测量。浅埋隧道要进行地表下沉测量。 第六章 特殊地质地段 施

22、工 第六节第六节松散地层松散地层超前锚杆、小钢管、管棚等；超前锚杆、小钢管、管棚等；(适用于自稳时间很短的砂层、砂卵适用于自稳时间很短的砂层、砂卵( (砾砾) )石层等松散地层施工石层等松散地层施工)洞内或辅助坑道内井点降水；洞内或辅助坑道内井点降水；地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。 第六章 特殊地质地段 施工 第七节第七节流流 沙沙开挖时必须采取开挖时必须采取自上而下分部自上而下分部进行，进行，先护后挖，密闭先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭，遇缝必堵，支撑，边挖边封闭，遇缝必堵，严防沙粒从支撑缝隙严防沙粒从支撑缝隙中逸出。中逸出。 第六章 特殊地质地段 施工

23、 第八节第八节岩岩 爆爆 。u施工注意事项施工注意事项超前地质预报超前地质预报控制爆破；及时支护、加强支护。控制爆破；及时支护、加强支护。 第六章 特殊地质地段 施工 第九节第九节高地温高地温1.作业环境气温满足规定要求作业环境气温满足规定要求(铁道部铁道部28 30 )2.采用通风、洒水以及通风与洒水相结合的措施降温。采用通风、洒水以及通风与洒水相结合的措施降温。3.高温地段高温地段二衬防裂二衬防裂措施：措施：采用采用高炉矿渣水泥高炉矿渣水泥，选定合理，选定合理水灰比水灰比；防水板与二衬之间设置防水板与二衬之间设置隔热材料隔热材料；缩短一般缩短一般混凝土浇筑长度混凝土浇筑长度；用防水板与无纺

24、布组成用防水板与无纺布组成缓冲材料缓冲材料，使混凝土衬砌收缩不受影响；，使混凝土衬砌收缩不受影响；在拱角延长方向设置裂缝诱导缝。在拱角延长方向设置裂缝诱导缝。 第六章 特殊地质地段 施工 第九节第九节高地温高地温4.中暑中暑处置措施处置措施热痉挛症：充分摄取水与盐类；热痉挛症：充分摄取水与盐类；热虚脱症：增加补水，阴凉处静卧休息。循环器官有热虚脱症：增加补水，阴凉处静卧休息。循环器官有异常的人员严禁参加施工；异常的人员严禁参加施工；热射症：对高温不适应者避免在洞内作重体力劳动；热射症：对高温不适应者避免在洞内作重体力劳动；采用冷水喷雾等方法降温，必要时采取医疗急救。采用冷水喷雾等方法降温，必要

25、时采取医疗急救。5.合理安排高温作业时间合理安排高温作业时间6.加强加强健康管理健康管理高血压、心脏病患者以及疲劳、空腹、睡眠不足、酒高血压、心脏病患者以及疲劳、空腹、睡眠不足、酒醉等人员禁止参加作业。醉等人员禁止参加作业。充分补充维生素、水分与盐类充分补充维生素、水分与盐类。充分休息。充分休息。 第六章 特殊地质地段 施工 第十节第十节瓦斯地层瓦斯地层1.无色、无臭、无味气体无色、无臭、无味气体2.比重比重0.554(仅为空气一半仅为空气一半)，扩散速度比空气大，扩散速度比空气大1.6倍倍。3.不能自燃但极易燃烧。不能自燃但极易燃烧。三三 瓦斯燃烧与爆炸性瓦斯燃烧与爆炸性1.爆炸温度爆炸温度(定容时定容时21502650；定压时；定压时1850)；2.爆炸后爆炸后无氧无氧而充满而充满n2、co2、co等有毒气体；等有毒气体；3.爆炸冲击波在前压缩，火焰随后点燃，二次爆炸更剧烈爆炸冲击波在前压缩，火焰随后点燃，二次爆炸更剧烈 第六章 特殊地质地段 施工 瓦斯浓度瓦斯浓度 (%)爆炸界限爆炸界限瓦斯浓度瓦斯浓度