软岩隧道施工技术

1、0软岩隧道事故案例分析软岩隧道事故案例分析及安全施工技术及安全施工技术1目目 录录1 1 软岩隧道变形、坍方灾害案例软岩隧道变形、坍方灾害案例2 2 软岩隧道灾害分析软岩隧道灾害分析3 3 软岩隧道施工技术软岩隧道施工技术2一、软岩隧道变形、坍方灾害案例一、软岩隧道变形、坍方灾害案例31.1.宜万铁路石院子隧道洞口段大坍方宜万铁路石院子隧道洞口段大坍方 0505年年5 5月月2424日，石院子隧道出口边仰坡日，石院子隧道出口边仰坡防护后采取上台阶进洞。防护后采取上台阶进洞。8 8月月9 9日，上台阶开日，上台阶开挖挖8686米，变形速率达到米，变形速率达到52mm/d52mm/d，初期支护开，

2、初期支护开裂、变形。裂、变形。6 6天后发生大坍方，洞口段已施天后发生大坍方，洞口段已施工的工的8686米全部坍满。坍方段为强风化页岩，米全部坍满。坍方段为强风化页岩，岩体破碎，埋深岩体破碎，埋深5 52020米。坍方主要原因为米。坍方主要原因为洞口段处理措施不当、上台阶开挖距离过长洞口段处理措施不当、上台阶开挖距离过长初期支护未及时闭合、初期支护强度和刚度初期支护未及时闭合、初期支护强度和刚度不足等。不足等。4隧道变形坍方过程隧道变形坍方过程坍方前坍方前坍方中坍方中坍方后坍方后52.2.郑西客专南山口隧道大坍方郑西客专南山口隧道大坍方 20072007年年7 7月月1515日，郑西客专南山口

3、隧道日，郑西客专南山口隧道采取长台阶法施工，掌子面初期支护出现采取长台阶法施工，掌子面初期支护出现掉块、开裂，掉块、开裂，3 3天后，隧道发生大坍方，坍天后，隧道发生大坍方，坍方长度方长度146146米，地表房屋开裂，经济损失较米，地表房屋开裂，经济损失较大。坍方段为强风化粉砂岩，隧道埋深大。坍方段为强风化粉砂岩，隧道埋深8686米。坍方原因属施工方法不当，初期支护米。坍方原因属施工方法不当，初期支护长时间不闭合，二次衬砌距掌子面距离太长时间不闭合，二次衬砌距掌子面距离太长。（上台阶开挖长。（上台阶开挖8383米，仰拱距掌子面米，仰拱距掌子面126126米，二衬距掌子面米，二衬距掌子面1461

4、46米）米）6南山口隧道大坍方照片南山口隧道大坍方照片73.3.贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方 20102010年年1 1月月1919日，东科岭隧道进口日，东科岭隧道进口开挖开挖398398米，掌子面施作超前小导管时，米，掌子面施作超前小导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约突然发生涌砂坍方，涌砂量约800800立方，立方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约随后地面出现坍陷，坍坑直径约3535米。米。坍方段地层为向斜构造全风化花岗岩，坍方段地层为向斜构造全风化花岗岩，隧道埋深隧道埋深21m21m，地表为水田和常年流水，地表为水田和常年流水水沟。涌砂坍方原因为超前预测预报不水沟。涌砂

5、坍方原因为超前预测预报不到位，未发现不良地质。到位，未发现不良地质。目前施工受困，目前施工受困，变形仍在处理中。变形仍在处理中。8东科岭隧道涌砂坍方照片东科岭隧道涌砂坍方照片9东科岭隧道地面坍坑照片东科岭隧道地面坍坑照片104.4.张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形 20102010年年2 2月月2626日，旧堡隧道进口开挖到日，旧堡隧道进口开挖到41364136米，初期支护米，初期支护I25bI25b钢架发生变形，变钢架发生变形，变形速率达到形速率达到151mm/d151mm/d，随后掌子面后方，随后掌子面后方3030米米范围内初期支护扭曲变形，喷射混凝土开范围

6、内初期支护扭曲变形，喷射混凝土开裂、掉块，渗水量增大。变形段为麻粒岩裂、掉块，渗水量增大。变形段为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于夹辉绿岩脉，处于F3F3断层影响带，构造节断层影响带，构造节理发育，岩体破碎，隧道埋深约理发育，岩体破碎，隧道埋深约300300米。该米。该段变形主要原因是对工程地质特性认识不段变形主要原因是对工程地质特性认识不足，施工方法和支护措施与地质条件不匹足，施工方法和支护措施与地质条件不匹配。目前施工受困，变形仍在处理中。配。目前施工受困，变形仍在处理中。11旧堡隧道初期支护变形开裂照片旧堡隧道初期支护变形开裂照片12二、软岩隧道灾害分析二、软岩隧道灾害分析 13 将将200620

7、06年至今软岩隧道发生灾害年至今软岩隧道发生灾害进行统计，结果如下：进行统计，结果如下： 20062006年年3 3月月2121日，武康二线王家沟日，武康二线王家沟隧道发生坍方，隧道发生坍方，8 8人受困。人受困。 20062006年年5 5月月1616日，大丽铁路南场岭日，大丽铁路南场岭隧道洞口发生坍方，隧道洞口发生坍方，6 6人受困。人受困。 20062006年年5 5月月2121日，洛湛铁路双牌二日，洛湛铁路双牌二号隧道洞口发生坍方，造成号隧道洞口发生坍方，造成1 1死死3 3伤。伤。14 2006 2006年年8 8月月1212日，郑西客专秦东隧日，郑西客专秦东隧道发生坍方，造成道发生

8、坍方，造成2 2人死亡。人死亡。 20062006年年9 9月月1313日，武康二线系家山日，武康二线系家山一号隧道发生坍方，造成一号隧道发生坍方，造成2 2人死亡。人死亡。 20072007年年4 4月月3030日，太中银铁路吴堡日，太中银铁路吴堡隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成4 4死死1 1伤。伤。 20072007年年7 7月月1515日，郑西客专南山口日，郑西客专南山口隧道发生大坍方，坍方隧道发生大坍方，坍方146146米，造成巨米，造成巨大经济损失。大经济损失。 15 2007 2007年年8 8月月6 6日，石太客专南庄隧道日，石太客专南庄隧道发生坍方，造成发生坍方，造成2

9、2人死亡。人死亡。 20072007年年8 8月月6 6日，广深港客专水田隧日，广深港客专水田隧道洞口发生坍方，造成道洞口发生坍方，造成2 2人死亡。人死亡。 20072007年年9 9月月2 2日，合宁铁路亭子山二日，合宁铁路亭子山二号隧道发生坍方，造成号隧道发生坍方，造成5 5人死亡。人死亡。 20072007年年9 9月月3030日，兰青二线八盘峡日，兰青二线八盘峡二号隧道坍方，二号隧道坍方，8 8人受困。人受困。 20072007年年1111月月2020日，宜万铁路高阳寨日，宜万铁路高阳寨隧道洞口发生坍方，造成隧道洞口发生坍方，造成3535死死1 1伤。伤。16 2008 2008年年

10、1 1月月9 9日，兰青二线杨家店日，兰青二线杨家店隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成2 2人死亡。人死亡。 20082008年年1 1月月2020日，郑西客专盘东隧日，郑西客专盘东隧道发生坍方，造成道发生坍方，造成3 3人死亡。人死亡。 20082008年年3 3月月2121日，田德铁路百安隧日，田德铁路百安隧道发生坍方，造成道发生坍方，造成2 2死死3 3伤。伤。 20082008年年3 3月月2525日，包西铁路活沙兔日，包西铁路活沙兔隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成4 4人死亡。人死亡。 20082008年年7 7月月1515日，洛湛铁路古榄隧日，洛湛铁路古榄隧道发生坍方，造成道

11、发生坍方，造成1 1人死亡。人死亡。17 2008 2008年年8 8月月2929日，西格二线克土隧日，西格二线克土隧道发生坍方，造成道发生坍方，造成4 4死死7 7伤。伤。 20092009年年2 2月月1717日，包西铁路寨山村日，包西铁路寨山村隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成2 2人死亡。人死亡。 20092009年年3 3月月8 8日，石武客专木兰隧日，石武客专木兰隧道发生坍方，造成道发生坍方，造成2 2死死2 2伤。伤。 20092009年年3 3月月1616日，向莆铁路宝台山日，向莆铁路宝台山隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成3 3死死1 1伤。伤。 20092009年年7

12、7月月1919日，襄渝二线杨家沟日，襄渝二线杨家沟隧道发生坍方，造成隧道发生坍方，造成2 2人死亡。人死亡。18 2009 2009年年8 8月月1 1日，湘桂铁路梅子坳日，湘桂铁路梅子坳隧道洞口发生坍方，造成隧道洞口发生坍方，造成3 3人死亡。人死亡。 20092009年年1010月月2929日，包西铁路新响日，包西铁路新响沙湾隧道发生坍方，人员逃脱。沙湾隧道发生坍方，人员逃脱。 20092009年年1212月月1919日，包西铁路邓家日，包西铁路邓家楼一号隧道发生坍方，楼一号隧道发生坍方， 6 6人受困。人受困。 20102010年年1 1月月1414日，南广铁路白云隧日，南广铁路白云隧道

13、发生突水突泥，造成道发生突水突泥，造成5 5人死亡。人死亡。 20102010年年3 3月月1919日，集包铁路新旗下日，集包铁路新旗下营隧道发生坍方，造成营隧道发生坍方，造成1010人死亡。人死亡。19 据不完全统计，据不完全统计，20062006年至今年至今4 4年时年时间，以上隧道施工共发生灾害间，以上隧道施工共发生灾害2828起，死起，死亡亡9696人，折合每年人，折合每年7 7起，每年死亡起，每年死亡2424人，人，灾害发生次数之多，死亡率之高，令人灾害发生次数之多，死亡率之高，令人震惊和心寒。究其原因，除客观地质条震惊和心寒。究其原因，除客观地质条件外，在施工方法、设计刚度、仰拱及

14、件外，在施工方法、设计刚度、仰拱及时跟进闭合成环等方面，也存在着一定时跟进闭合成环等方面，也存在着一定的不足，因此，加强软岩隧道的设计与的不足，因此，加强软岩隧道的设计与施工，减少灾害的发生十分急迫。施工，减少灾害的发生十分急迫。20 对统计数据进行分析，软岩对统计数据进行分析，软岩隧道灾害主要表现在三个方面：隧道灾害主要表现在三个方面：一是洞口坍方，二是掌子面变形一是洞口坍方，二是掌子面变形坍方，三是掌子面后方坍方关门。坍方，三是掌子面后方坍方关门。统计表明：洞口坍方占统计表明：洞口坍方占20%20%，掌，掌子面变形坍方占子面变形坍方占33%33%，掌子面后，掌子面后方坍方关门占方坍方关门占

15、47%47%。21三、软岩隧道施工技术三、软岩隧道施工技术 22 软岩隧道施工，应在超前软岩隧道施工，应在超前预报、超前注浆、超前支护、预报、超前注浆、超前支护、开挖工法、初期支护、监控量开挖工法、初期支护、监控量测、二次衬砌、洞口处理八个测、二次衬砌、洞口处理八个方面予以重视，实现标准化管方面予以重视，实现标准化管理与施工，从而最大程度地避理与施工，从而最大程度地避免变形和坍方灾害的发生。免变形和坍方灾害的发生。231.1.超前地质预报超前地质预报 目前，一些隧道实际开挖地质与目前，一些隧道实际开挖地质与设计地质存在较大出入，这就给现场设计地质存在较大出入，这就给现场的安全施工带来影响。因此

16、，除设计的安全施工带来影响。因此，除设计单位加强地勘外，施工单位必须加强单位加强地勘外，施工单位必须加强超前地质预报工作，探测隧道前方是超前地质预报工作，探测隧道前方是否发育断层、破碎带，是否有地下水否发育断层、破碎带，是否有地下水存在。特别是接近断层时，必须加强存在。特别是接近断层时，必须加强长短钻孔，杜绝在未探明情况下发生长短钻孔，杜绝在未探明情况下发生突水突泥和变形坍方灾害。突水突泥和变形坍方灾害。242.2.注浆加固注浆加固 在断层破碎带或软弱地层，特别是富在断层破碎带或软弱地层，特别是富含水时，对不良地层进行注浆加固，改良含水时，对不良地层进行注浆加固，改良地层，这是一种很有效的安全

17、施工方法。地层，这是一种很有效的安全施工方法。但目前很多单位做不到，最主要的原因有但目前很多单位做不到，最主要的原因有两个方面，一是无专业设备，二是无专业两个方面，一是无专业设备，二是无专业队伍。这样即保证不了注浆质量，也保证队伍。这样即保证不了注浆质量，也保证不了注浆进度。不了注浆进度。 目前，注浆方法有全断面帷幕注浆和目前，注浆方法有全断面帷幕注浆和信息化注浆，这两种方法都取得了很好的信息化注浆，这两种方法都取得了很好的注浆效果。注浆效果。25别岩槽隧道别岩槽隧道F1F1断层全断面帷幕注浆照片断层全断面帷幕注浆照片26齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层信息化注浆照片断层信息化注浆照片27

18、齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层注浆后开挖照片断层注浆后开挖照片283.3.超前预支护超前预支护 常用的超前预支护方式有超前大管棚、超常用的超前预支护方式有超前大管棚、超前小导管和超前锚杆三种。前小导管和超前锚杆三种。 超前大管棚：大管棚一般采用超前大管棚：大管棚一般采用70mm70mm150mm150mm的钢管，沿隧道开挖轮廓线外的钢管，沿隧道开挖轮廓线外120120150150范围布置，环向间距范围布置，环向间距303050cm50cm。纵向长。纵向长度度1010100m100m根据工程需要设置。管棚内注满水根据工程需要设置。管棚内注满水泥砂浆或水泥浆，以提高管棚刚度，减少开挖泥砂浆或

19、水泥浆，以提高管棚刚度，减少开挖时土体沉降、坍塌。长管棚在堆积体、砂土质时土体沉降、坍塌。长管棚在堆积体、砂土质地层、断层破碎带及下穿公路、铁路、地表建地层、断层破碎带及下穿公路、铁路、地表建筑物等条件下广泛采用。筑物等条件下广泛采用。29洞内大管棚施工照片洞内大管棚施工照片30 超前小导管：小导管一般采用超前小导管：小导管一般采用32mm32mm60mm60mm的钢管，沿隧道开挖的钢管，沿隧道开挖轮廓线外轮廓线外9090120120范围布置，环向范围布置，环向间距间距202040cm40cm。纵向长度。纵向长度2.52.56m6m根据根据工程需要设置。小导管布设后应注浆，工程需要设置。小导管

20、布设后应注浆，加固周边地层，减少开挖时土体沉降、加固周边地层，减少开挖时土体沉降、坍塌。小导管在破碎围岩、堆积体、坍塌。小导管在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。31洞内超前小导管施工照片洞内超前小导管施工照片32 超前锚杆：超前锚杆一般采用超前锚杆：超前锚杆一般采用20mm20mm25mm25mm的钢筋，沿隧道开挖的钢筋，沿隧道开挖轮廓线外轮廓线外9090120120范围布置，环向范围布置，环向间距间距202040cm40cm。纵向长度。纵向长度3 35m5m根据工根据工程需要设置。超前锚杆起到棚架作用，程需要设置。超前锚杆起到棚架作用，减

21、少开挖时破碎岩体局部坍塌。超前锚减少开挖时破碎岩体局部坍塌。超前锚杆一般在破碎围岩下采用。不好成孔时，杆一般在破碎围岩下采用。不好成孔时，也可采用自进式锚杆超前支护。也可采用自进式锚杆超前支护。33超前小导管破裂面 超前支护的核心问题是，超前支护长度超前支护的核心问题是，超前支护长度必须超过开挖断面形成的破裂面，否则，根必须超过开挖断面形成的破裂面，否则，根本就起不到超前支护作用，隧道开挖时会发本就起不到超前支护作用，隧道开挖时会发生掌子面滑坍。生掌子面滑坍。344.4.开挖工法开挖工法 目前常用的开挖工法有台阶法、环目前常用的开挖工法有台阶法、环形导坑预留核心土法、形导坑预留核心土法、CDC

22、D法、法、CRDCRD法、双法、双侧壁导坑法六种。侧壁导坑法六种。 开挖工法选择时，应本着由易到繁开挖工法选择时，应本着由易到繁的顺序，现场实施中应加强监测，根据的顺序，现场实施中应加强监测，根据监测数据及时调整开挖工法。监测数据及时调整开挖工法。 现场施工中应严格按设计开挖工法现场施工中应严格按设计开挖工法进行。如需要调整，应履行变更程序，进行。如需要调整，应履行变更程序，现场不得擅自更改施工方法。现场不得擅自更改施工方法。 35 台阶法：台阶法台阶法：台阶法一般适合于一般适合于级围岩，级围岩，要求台阶长度不大于要求台阶长度不大于1 1倍洞径，台阶高度根据倍洞径，台阶高度根据机械设备确定。目

23、前很机械设备确定。目前很多单位采取长台阶施工多单位采取长台阶施工（远大于（远大于1 1倍洞径）倍洞径） ，造成初期支护不能及时造成初期支护不能及时闭合，仰拱不能紧跟，闭合，仰拱不能紧跟，二衬不能及时施作，出二衬不能及时施作，出现大量坍方灾害。现大量坍方灾害。36 环形导坑预留核心土法：该方法利用核环形导坑预留核心土法：该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙和中部核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙和中部核心土，最后开挖仰拱。目前该方法应用较多，心土，最后开挖仰拱。目前该方法应用较多，但也有不少隧道出现了变形、坍方问题。主要但也有不少隧道出现了变形、坍方问题。主要集中在三个方面需要进一步研究

24、解决。集中在三个方面需要进一步研究解决。37 一是拱部开挖高度过低，造成拱脚处为小角度扁一是拱部开挖高度过低，造成拱脚处为小角度扁平结构，受力不好，易产生变形。二是各台阶拉的过平结构，受力不好，易产生变形。二是各台阶拉的过长，仰拱不能及时施作。因此，要求采取这种方法时，长，仰拱不能及时施作。因此，要求采取这种方法时，全断面封闭成环长度不能超过全断面封闭成环长度不能超过2 2倍洞径。三是现场不倍洞径。三是现场不能及时根据监测数据加强初期支护、增设横向支撑或能及时根据监测数据加强初期支护、增设横向支撑或临时仰拱形成闭合成环，从而导致变形、坍方。临时仰拱形成闭合成环，从而导致变形、坍方。38环形导坑

25、预留核心土法照片环形导坑预留核心土法照片39CDCD法（中隔壁法）：该方法是将隧道分为左法（中隔壁法）：该方法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。该方法在特开挖及支护，再开挖隧道另一侧。该方法在特殊条件下采用，施工安全度高，但进度较慢。殊条件下采用，施工安全度高，但进度较慢。一般在浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，一般在浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，减少沉降，防止坍方。减少沉降，防止坍方。40CRDCRD法（交叉中隔壁法）：该方法是将大断法（交叉中隔壁法）：该方法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并

26、施作初期面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时支撑，步步封闭成环。该方法在特支护和临时支撑，步步封闭成环。该方法在特殊条件下采用。殊条件下采用。 35 m35 m35 m35 m35 m35 m41CRDCRD工法开挖照片工法开挖照片42双侧壁导坑法：该方法是采用先开挖隧道两双侧壁导坑法：该方法是采用先开挖隧道两侧导坑，进行初期支护和临时支护，再进行中侧导坑，进行初期支护和临时支护，再进行中部开挖支护的施工方法，该方法在特殊条件下部开挖支护的施工方法，该方法在特殊条件下采用。采用。 43双侧壁导坑工法开挖照片双侧壁导坑工法开挖照片445.5.初期支护初期支护 隧道开挖后短时隧道开挖

27、后短时间或变形量小时，间或变形量小时，初期支护与地层共初期支护与地层共同承受形变压力。同承受形变压力。时间长时或变形量时间长时或变形量大时，由初期支护大时，由初期支护完全承受松散压力。完全承受松散压力。松 散 压力形 变 压力t1t2T（ 开 挖 后 时 间 ）Q （ 荷 载 ）U （ 变 形 量 ）u1在 短 时 间 内 或 变 形 量 小 的 情 况 下 初 期 支护 与 地 层 共 同 作 用 承 受 形 变 压 力 ， 时 间较 长 或 变 形 量 达 到 一 定 程 度 初 期 支 护 承受 松 散 压 力松 散 压力形 变 压力t1t2T（ 开 挖 后 时 间 ）Q （ 荷 载 ）

28、U （ 变 形 量 ）u1在 短 时 间 内 或 变 形 量 小 的 情 况 下 初 期 支护 与 地 层 共 同 作 用 承 受 形 变 压 力 ， 时 间较 长 或 变 形 量 达 到 一 定 程 度 初 期 支 护 承受 松 散 压 力45 初期支护要考虑隧道施工具有初期支护要考虑隧道施工具有时空效应的特性，要有合理的强度和时空效应的特性，要有合理的强度和刚度。原则上宁强勿弱，一次到位。刚度。原则上宁强勿弱，一次到位。 在高地应力条件下，可考虑采在高地应力条件下，可考虑采用双层支护，或用双层支护，或H H型钢架，及时施作长型钢架，及时施作长锚杆。采用喷射钢纤维混凝土以达到锚杆。采用喷射钢

29、纤维混凝土以达到早强、高强目的。早强、高强目的。 466.6.监控量测监控量测 监控量测是指导监控量测是指导软岩隧道安全施工的软岩隧道安全施工的一种重要的信息化手一种重要的信息化手段。特别是目前隧道段。特别是目前隧道开挖断面大，监测更开挖断面大，监测更为重要。为重要。 目前常采用全目前常采用全站仪进行非接触式量站仪进行非接触式量测。测。47 级围岩每级围岩每10103030米布设一个监测断米布设一个监测断面，面，级、级、级每级每5 51010米布设一个监测断米布设一个监测断面。浅埋地段应布置地表沉降监测点，纵向面。浅埋地段应布置地表沉降监测点，纵向间距间距5 51010米，横向间距米，横向间距

30、2 25 5米，布置范围米，布置范围为为2 2倍的倍的“隧道埋深隧道埋深+ +隧道宽度隧道宽度”。 根据隧道变形速率和累计变形量制定根据隧道变形速率和累计变形量制定变形控制基准值。确定变形量和变形速率在变形控制基准值。确定变形量和变形速率在什么样条件下可以正常开挖，什么样情况下什么样条件下可以正常开挖，什么样情况下加强支护，什么样条件下应停止掌子面掘进，加强支护，什么样条件下应停止掌子面掘进，立即加设横撑或临时仰拱。这些在目前工程立即加设横撑或临时仰拱。这些在目前工程施工中普遍存在差距。施工中普遍存在差距。487.7.二次衬砌二次衬砌 及时进行二次衬砌对安全施工十及时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据部有关要求：分重要，根据部有关要求：级围岩级围岩二衬距掌子面距离不大于二衬距掌子面距离不大于9090米，米，级、级、级不大于级不大于7070米，这些经验数据是十米，这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。分重要的，现场必须严格执行。 衬砌结构设计时，对于变形量大衬砌结构设计时，对于变形量大的段落、地下水发育段落，衬砌应适的段落、地下水发育段落，衬砌应适当加强，以防止出现衬砌开裂。当加强