第八章不良地质隧道施工

1、隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 第八章 不良地质隧道施工 8.1 概述 8.2 富水断层破碎围岩 8.3 膨胀性和挤压性围岩 8.4 黄土地质 8.5 岩溶地质 8.6 高地应力硬岩（岩爆）地质 8.7 煤系地层 8.8 隧道施工坍方处理措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8.1 概述不良地质中隧道施工的一般原则： 充分利用各种手段和方法，尽可能准确掌握不良地质的情况； 根据掌握的不良地质情况，制定相应的施工方案和处理措施 ； 随着施工揭露地质，并根据施工安全性和支护措施的效果，及时修正设计，保

2、证施工安全和隧道质量。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 在隧道施工中，往往会遇到断层破碎带、富水软岩及大量涌水地段，这些地段往往不是单独出现，不少情况是同时存在的。因此三者之间既有联系，又各有特点，其施工措施也是既有共性，又各有侧重。 8.2 富水断层破碎围岩隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 断层破碎带是常见的不良地质段，断层带内岩体破碎，呈块石、破碎或角砾状，甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩自稳能力差，施工困难。其施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层本身的活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系等因素。 隧道轴线接近于垂直

3、构造线方向时，断层规模较小，破碎带不宽，且含水量较小时，条件比较有利可随挖随撑。当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时，则隧道穿过破碎带的长度增大，施工难度大。见下页图。（一）断层破碎带（一）断层破碎带隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道中线与断层带的位置隧道中线与断层带的位置隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 富水软岩是指各类土质、软岩、极严重的风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层，在富含地下水的情况下，岩体强度很低，自稳能力极差的围岩。施工难度极大，俗称“烂洞子”。（二）富水软岩（二）富水软岩隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHE

4、NG 大量涌水也是常见的不良地质现象。在雨量充沛和地下水丰富的地区，隧道穿过断层破碎带、裂隙密集带、不同岩层接触带或岩溶发育地段时，施工中往往会发生地下水和承压水大量涌出的现象。典型隧道：渝怀线圆梁山隧道、兰武线乌鞘岭隧道。 （三）大量涌水（三）大量涌水隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG （三）大量涌水（三）大量涌水乌鞘岭隧道乌鞘岭隧道7号斜井洞内涌水号斜井洞内涌水 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 对于富水软弱破碎围岩隧道，设计一般根据地表探测和少量的地质钻孔，来推断地下深处的隧道地质条件，往往与实际地质条件存在差异。因此，准确预报施工掌子面前方的地质条

5、件就非常必要，应把地质超前预报作为一个工序纳入生产过程。 富水断层破碎围岩施工富水断层破碎围岩施工（一）超前地质预报（一）超前地质预报隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地质预报方法主要有：钻孔超前探测；超前地质导坑；地震波、声波、地质雷达等物理探测。重点预报内容：开挖面前方的地质情况；围岩整体性、断层、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响；地下水活动情况等。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 地下水处理原则：以堵截为主，排引为辅。 堵截地下水方法：一类是整个富水段注浆止水，加固围岩，相当于提高围岩等级；如深孔劈裂、挤压注浆。一类沿隧道开挖轮廓线以外进行环形

6、注浆，形成止水帷幕，防止或减少地下水进入开挖面；如浅孔注浆、管棚注浆、小导管注浆等。 排水辅助措施：导坑、钻孔；目的是排水降压。（二）注浆堵水并加固围岩（二）注浆堵水并加固围岩隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 虽地层经注浆加固，为确保施工安全，一般在开挖前采用超前支护，如超前锚杆、超前小导管等； 地下水较大的隧道，开挖前采取排水降压措施，排水主要采用钻孔，钻孔深度应超出注浆范围。（三）开挖及支护（三）开挖及支护 开挖方法视围岩稳定情况，有：台阶法、正台阶预留核心土开挖法、双侧壁导坑法。 开挖手段有两种：一是非爆破开挖，如十字镐、风镐或小型挖装机开挖；二是控制爆破，如松动爆破

7、、微振动爆破。目的是尽可能减少开挖对围岩的扰动。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 8.2 膨胀性和挤压性围岩（一）膨胀岩概念（一）膨胀岩概念 概 念：膨胀岩是指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性且具有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。决定膨胀性的亲水矿物质主要是蒙脱石粘土矿物。 膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，都将破坏围岩的稳定性。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CH

8、ENG （二）膨胀岩基本特征（二）膨胀岩基本特征 质软，强度低。抗压强度低于10MPa。 自由膨胀率高。一般高于30%。 空隙率大。一般大于20%，方便水的渗入。 易风化，崩解性强。 膨胀压力大。1.0MPa以上。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 膨胀岩判别标准：一是间接反应岩石膨胀指标；二是定量反应岩石膨胀力学指标。项目指标极限膨胀力（Pmax）100kPa极限膨胀率（max）3%干燥饱和吸水率（Rdw）10%自由膨胀率（Fs）30%矿物质成分（蒙脱石、伊利石含量）15%隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 膨胀岩分级：按膨胀性的大小进行分级。项目极限膨胀

9、力(kPa)极限膨胀率(%)干燥饱和吸水率(%)自由膨胀率(%)弱膨胀岩10030031510303050中膨胀岩300500153030505070强膨胀岩500305070隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 由于膨胀性岩层所具有的特征，在隧道开挖后不久即产生膨胀性压力，往往发生如下一些现象：风化迅速，挖出的土石块很快酥散；坑道顶部及两侧常被挤压，底部隆起；随着时间的增长，支撑、衬砌往往发生严重的变形或破坏。 （三）膨胀岩对隧道施工的危害（三）膨胀岩对隧道施工的危害 围岩普遍开裂 洞室下沉 围岩膨胀突出和坍塌 隧道底部隆起 衬砌变形和破坏隧 道 工 程 SUI DAO GO

10、NG CHENG 挤压性围岩是高地应力作用下的软岩。挤压性软弱围岩在高地应力作用下发生挤压大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响，还与初始应力场状况及工程因素有关 。 挤压性围岩挤压性围岩（一）概念（一）概念（一）挤压岩概念（一）挤压岩概念（二）挤压性围岩隧道变形特征（二）挤压性围岩隧道变形特征 变形量大 变形速率快 变形持续时间长 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 认真实施设计文件提出的技术要求 对围岩压力及变形情况认真量测，分析其规律 探明地下水分布规律，确定水对施工的影响 根据现场情况，采取相应的施工措施，实施动态管理。 膨胀岩和挤压性围岩隧道施工膨胀岩和挤压

11、性围岩隧道施工（一）加强调查，量测围岩的压力和流变特性（一）加强调查，量测围岩的压力和流变特性（二）合理选择施工方法（二）合理选择施工方法 尽量减少对围岩扰动和防止水的浸湿为原则 宜采用非爆破开挖，如风镐、小型挖装机 尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护 开挖方法宜不分部或少分部 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩 有地下水渗流隧道，采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩浸湿 局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水（三）防止围岩湿度变化（三）防止围岩湿度变化（四）合理进行围岩支护（四）合理进行围岩支护 喷锚支护，稳定围岩。

12、衬砌结构及早封闭。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 先行导坑法。通过围岩释放部分初始应力。 多重支护法。 可缩式支护方法。先刚性支护。可缩式锚杆、钢架。 分阶段综合控制。大刚度支护和衬砌；大范围围岩加固。膨胀岩和挤压性围岩隧道设计膨胀岩和挤压性围岩隧道设计柔性结构设计柔性结构设计刚性结构设计刚性结构设计大刚度支护和衬砌。大范围围岩加固。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 喷锚支护，稳定围岩。 衬砌结构及早封闭。（四）合理进行围岩支护（四）合理进行围岩支护隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 概概 念：念：在在干燥气候条件下干燥气候条件下形成

13、的一种具有形成的一种具有褐黄、灰黄或褐黄、灰黄或黄褐黄褐等颜色并具有等颜色并具有针状大孔、垂直节理发育针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。的特殊性土。黄土隧道黄土隧道（一）黄土及其分类（一）黄土及其分类分分 类类：黄土按形成年代分：黄土按形成年代分：时代符号时代符号地层时代地层时代常用名称常用名称Q4全新世全新世新黄土新黄土Q3晚更新世晚更新世新黄土新黄土Q22 、Q21中更新世中更新世老黄土老黄土Q1早更新世早更新世老黄土老黄土隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 黄土按其物理性质分：黄土按其物理性质分：分类名称分类名称塑性指数塑性指数黄土质粘砂土黄土质粘砂土1IP7黄土质砂粘

14、土黄土质砂粘土7IP17黄土质粘土黄土质粘土17IP隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 影响因素特征潜在危险黄土节理在红棕色或深褐色古土壤黄土层，有一定延续性土体易顺着节理张松或剪断。位于坑道顶部极易产生“塌顶”；位于侧壁出现侧壁掉土，处理不当会引起较大坍塌黄土冲沟地段较大范围内平行走向，且埋深较小当隧道在较长范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大时，易发生较大的坍塌或滑坡。（二）黄土地层对隧道施工的影响（二）黄土地层对隧道施工的影响 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 影响因素影响因素特征特征潜在危险潜在危险黄土黄土溶洞溶洞陷穴陷穴常见的一种不

15、常见的一种不良地质现象良地质现象隧道在其上方，基础有隧道在其上方，基础有下沉下沉的危的危害；隧道在其下方，常发生害；隧道在其下方，常发生冒顶冒顶；隧道在其邻侧，则有可能隧道在其邻侧，则有可能承受偏承受偏压压。地下水地下水干燥时黄土很干燥时黄土很坚固；有水时坚固；有水时则有湿陷性则有湿陷性突然发生下沉现象，使开挖后的突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力。围岩迅速丧失自稳能力。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 做好黄土构造节理的产状与分布的调查，对因节理切割形成的不稳定部位，加强支护； 遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的原则； 采用短台阶法或分

16、部开挖法（预留核心土），初支紧跟开挖面。 复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初支，形成严密的体系；必要时设超前支护加固围岩； 做好洞顶、洞门及洞口的防排水工程；处理陷穴、裂缝； 在有地下水的黄土地层中，洞内做好排水设施。（三）施工（三）施工隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 非湿陷性黄土地基上的洞门设计应考虑地表水冲刷防护考虑地表水冲刷防护； 湿陷性黄土地基上的洞门，应根据黄土的物理性质，对端、翼墙地基采取适当的换填夯实换填夯实措施； 黄土隧道洞门墙背上的压力可按库仑理论计算，同时应考虑土壤粘聚力的作用，根据地质条件选择合理的洞门形式，同时要对洞门的稳定性

17、进行相关演算。 7.8.37.8.3 溶洞（四）施工黄土隧道的洞门设计应遵循的原则（四）施工黄土隧道的洞门设计应遵循的原则隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1. 1. 溶洞的类型溶洞的类型 溶洞一般有死、活、干、湿、大、小死、活、干、湿、大、小几种类型。 当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞位于隧道顶部，洞穴大且岩质破碎，容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时溶洞或溶槽位于隧道掌子面前方且有大量淤泥质充填物，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或地下暗河，岩溶水或泥砂夹水

18、大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。 2. 2. 隧道溶洞处理措施隧道溶洞处理措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。在岩溶地段，隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、引、堵、越、绕绕”四种。 (1) (1) 引引 遇到地下暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵管或小桥等设施渲泄水流，或开凿泄水洞将水排除洞外(如图6-24)。水流浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-24 桥涵宣泄水流隧 道 工 程

19、SUI DAO GONG CHENG (2) (2) 堵堵 对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据具体情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部(如图6-25)。当隧道拱顶有溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或网锚喷加固，必要时可考虑注浆，并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理(如图6-26)。图6-25 溶洞堵填图6-26 锚杆加固与护拱干砌片石混凝土填实浆砌片石浆砌片石锚杆浆砌片石或混凝土护拱片石、碎石回填密实隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (3) (3) 越越 当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过(图6

20、-27)。隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，支承隧道结构，跨越而过，在承重墙内应套设涵管引排溶洞水(图6-28)。隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过(图6-29)。混凝土墙基浆砌片石水流浆砌片石涵管浆砌片石承重墙溶洞拱基础混凝土拱图6-27 加深边墙基础图6-28 在承重墙内设涵管图6-29 筑拱跨越溶洞隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (4) (4) 绕绕 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，继续进行隧道前方的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。绕行开挖迂回

21、导坑时，应与溶洞保持一定的间距，以防止洞壁失稳。 3. 3. 溶洞地段施工的注意事项溶洞地段施工的注意事项 1) 1) 当施工到达溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护当施工到达溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。 2)2) 施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。当溶洞较大、较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应设置施工防护架或钢筋防护网。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHEN

22、G 3) 3) 爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，控制爆破药量，减少对围岩的扰动量，减少对围岩的扰动，防止一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然袭击隧道，造成严重损失。 4)4)在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。施工。如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状粘土及砂粘土等，可于开挖前采用地表注浆、洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤，可采用劈裂注浆技术，注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。 5)5)溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填

23、于溶洞溶洞末做出处理方案前，不要将弃碴随意倾填于溶洞中。中。因弃碴覆盖了溶洞，不但不能了解其真实情况，反而会造成更多困难。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 7.8.47.8.4 塌方 1. 1. 发生塌方的主要原因发生塌方的主要原因 (1) (1) 不良地质及水文地质条件不良地质及水文地质条件 1 1）隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲摺、错动发育地段，一经开挖，潜在应力迅速释放、围岩失稳，轻则引起围岩掉块、坍落，重则引起坍方。 2 2）当通过各种堆积体时，由于围岩结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。 3 3）在软弱结构面发育或泥质充填物过多的地层中，均

24、易产生较大的坍塌。 4 4）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生坍方。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 5 5）岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑坍。 6 6）地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧了岩体的失隐和坍落。 (2) (2) 隧道设计考虑不周隧道设计考虑不周 1 1）隧道选定位置时，地质勘查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素。没有绕开可以绕避的不良地质地段，使得隧道选址不合理。 2 2） 设计本身可能存在不合理的地方。 (3) (3) 施工方法和措施不当

25、施工方法和措施不当 1 1）施工方法与地质条件不相适应；地质条件发生变化时，没有及时改变施工万法；工序间距安排不当，致使支护应该尽快闭合而没有闭合。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2 2）喷锚支护不及时，围岩暴露时间过久。喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。 3 3）按新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息处理失误、或反馈不及时，导致决策失误，丧失了对围岩的有效控制。 4 4）没有科学地进行控制爆破，围岩爆破用药量过多，因而扰动过度，引起坍塌。 5 5）对危石检查不重视、不及时，或处理危石措施不当，引起岩层坍塌。 2. 2. 塌方前的预兆塌方前的预兆 1 1）量测信息

26、所反应的变形速度或数值超过允许值。 2 2）喷射混凝土产生纵横向裂纹或龟裂。 3 3）在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑。 4 4）岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开。 5）隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 预防塌方的施工措施预防塌方的施工措施选择安全合选择安全合理施工方法理施工方法加强塌方预测加强塌方预测预防预防塌方塌方施工施工措施措施先排水短开挖弱爆破强支护快衬砌勤检查、勤量测观察法一般量测法微地震学测量法和声学测量法加强初期支护加强初期支护隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4

27、. 4. 隧道塌方的处理措施隧道塌方的处理措施 隧道发生坍方后，应及时迅速的处理，切忌拖延。处理时必须详细观测坍方的范围、形状及坍穴的地质构造，查明坍方发生的原因和地下水活动情况，制定切实可行的处理方案。可按下列方法进行处理： (1)(1)小坍方小坍方 坍穴不高，且纵向延伸不长，首先加固坍体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭坍穴顶部和侧部，再进行清碴。在确保安全的前提下，也可在坍碴上架设临时支架，稳定顶部，然后清碴。临时支架的拆除须待灌筑衬砌混凝土达到要求强度后方可进行。最后要用浆砌片石或干砌片石将坍穴填满。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (2)(2)大坍方

28、大坍方 坍穴高、坍碴数量大，且坍碴体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。在查清坍穴规模大小和穴顶位置后，可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩和碴体，待其基本稳定后，按先上部后下部的顺序清除碴体，并尽快完成模注混凝土衬砌(加强型)。对衬砌背后的空穴，可先用浆砌片石回填一定厚度，再以弃碴填实。当坍穴很大，全部填满有困难时，也可考虑采用喷锚支护等方法稳定坍穴洞壁，或请设计单位共同做出处理。 (3)(3)坍方冒顶坍方冒顶 指一直坍到了地表。在清碴前应先支护陷穴口，地层极差时，可在陷穴口附近地面布置地表锚杆对地层予以加固，洞内坍体可采用管棚等方法穿越。同时，地表陷穴要用雨布遮盖，周围开挖临时排水沟，以防雨

29、水流入洞内。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG (4)(4)洞口坍方洞口坍方 指进洞方法不当导致洞口地表塌方，需采取明洞的方法(现场也称之为“暗洞明作暗洞明作”)进洞。一般来说，接了明洞以后都可以解决问题，但增加了工程造价。 (5)(5)防排水的处理措施防排水的处理措施 隧道坍方往往与地下水的活动密切相关，故“治坍应先治水”是隧道施工的基本常识。一旦发生坍方，首先应积极采取措施，截断地表水渗入坍体范围，在洞内防止地下水渗入坍方地段，以免坍方继续扩大。具体措施有： 1)1)地表沉陷和裂缝，用粘土紧密夯实，周围开挖截水沟，防止地表水渗入。 2)2)坍方冒顶时，在陷穴口地表四周挖沟

30、排水，设雨棚遮盖穴顶。陷穴口的回填应高出地面，用粘土或圬工封口。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3)3)坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排出，以防止水对坍体的继续破坏。 7.8.57.8.5 岩爆 是岩体中聚集的高弹性应变能，因隧道开挖而发生的一种应力释放现象。 地层岩地层岩性条件性条件地应力地应力条件条件岩爆岩爆形成形成条件条件只发生于结构完整或基本完整的脆性硬岩地层中。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、花斑状大理岩、片麻岩等岩体；岩爆多发生于埋深大的隧道中，因只有埋深大才足以形成高地应力。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHE

31、NG 岩爆的工程现象岩爆的工程现象：当隧道开挖时，岩体受到急剧破坏，岩片由围岩壁面上突发性地飞出，发出爆裂声，而且大都发生在隧道掌子面附近及侧壁上，有时频繁出现，有时甚至会延续一段时间后才逐渐消失。 1. 1. 隧道内岩爆的特点隧道内岩爆的特点 1)1)岩爆在未发生前并无明显的预兆无明显的预兆，虽然经过仔细找顶，但并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠落。在没有支撑的情况下，对施工安全威胁甚大。 2)2)岩爆时，岩块自洞壁围岩母体迸射而出，一般呈中间厚边缘薄的不规则片状，块度大小多呈几厘米长宽的薄片，个别达几十厘米长宽。严重时，上吨重的岩

32、石从拱部弹落，造成岩爆坍方。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3)3)岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也发生在距新开挖工作面较远处，岩爆多发生在爆破后23小时。 4)4)在溶孔较多的岩层里，则不会发生岩爆。 2. 2. 岩爆的防治措施岩爆的防治措施喷射混凝土或喷钢纤维混凝土、锚杆加固、喷锚支护、网锚喷联合、钢支撑网喷联合等。目的是给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态较快地从平面转向三维应力状态，达到延缓或抑制岩爆发生的目的。强化强化围岩围岩弱化弱化围岩围岩岩爆岩爆防治防治措施措施往岩层中注水，注水能改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。解

33、除围岩中的高地应力，方法有超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。目的是消减围岩中的能量，便能量平和地转化或释放。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 岩爆地段隧道施工的注意事项岩爆地段隧道施工的注意事项 1) 1) 如设有平行导坑，则平导应超前于正洞一定距离，以了解地质，判断是否会发生岩爆，为正洞施工达到相应地段时加强防治提供依据。如有条件，可采用声波探测预报岩爆工作。 2) 2) 爆破应选用预先释放部分能量的方法，如超前预裂超前预裂爆破法爆破法、切缝法切缝法和排孔法排孔法等。爆破应严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的扰动。 3) 3) 根据岩爆发生的频率和规模情况，

34、必要时应考虑缩短爆破循环进尺。初期支护和衬砌要紧跟开挖面，以尽可能减少岩层的暴露面和暴露时间，防止岩爆的发生。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4) 4) 岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段；采用摩擦型锚杆进行支护，增大初始锚固力；喷射钢钎维混凝土，抑制开挖面围岩的剥落；采用钢支撑加固。 5)5)充分作好岩爆现象观察记录，以备分析。 7.8.67.8.6 高地温 一般在火山地区修建隧道会遇到高温高热的情况，如日本某地的发电厂工程的隧道，其围岩温度高达175175。在高温隧道中发生过施工人员被地层中喷出的热水或硫化氢等有害气体烫伤或中毒的事例。 1. 1. 高地

35、温的热源高地温的热源 地球的地幔对流；地球的地幔对流；火山岩浆集中处的地热；火山岩浆集中处的地热；放放射性元素的裂变热成为热源。射性元素的裂变热成为热源。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 对隧道工程造成施工影响的，主要是火山的热源和放射性元素的裂变热源。 (1) (1) 火山的热源火山的热源 由火山供给的热使地下岩浆附近的地下水成为热水，这种热水(泉水)成为热源又将热供给周围的岩层。隧道穿过这种岩层时，就会发生高温高热的现象。 (2) (2) 放射性元素裂变热的热源放射性元素裂变热的热源 根据日本文献介绍，由于地壳内岩石中含有放射性物质，其裂变热产生地温，地下温度随深度的增

36、加而增加，其平均增温率为3/100m。这说明如果覆盖层很厚，即使没有火山热源供给，也可能形成高温、高热。 2. 2. 隧道在高地温地区的施工措施隧道在高地温地区的施工措施隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 1) 1) 为保证隧道施工人员进行正常的安全生产，我国有关部对隧道施工作业环境的卫生标准专门有规定。如铁道部规定，隧道内气温不得超过2828；交通部规定，隧道内气温不宜高于3030。国外的资料介绍，日本规定隧道内温度低于3737。 2) 2) 为达到规定的标准，在施工中一般采取通风通风和洒水洒水的措施降温。 3) 3) 应密切注意高温地段的衬砌混凝土施作。在高温(如70)的

37、岩体及喷射混凝土上浇筑二次混凝土衬砌时，即使厚度再薄，水化热也不易逸出，由于混凝土里面和表面的温差，在早龄期有可能存在裂缝早龄期有可能存在裂缝。因此，对二次混凝土衬砌应采取防止裂缝的措施:隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG a. a. 为了防止高温时的强度降低，应选定合适的水灰比，并考虑到对温泉水的耐久性，宜采用高炉矿碴水泥。混凝土配合比和掺合剂应作试验优选。 b. b. 在防水板和混凝士衬砌之间设置隔热材料，可在一定程度上隔断由围岩传播过来的热量，使混凝土内的温度应力降低。 c.c.适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。 d.d.用防水板和无纺布组合成缓冲材料，将二次混凝土衬砌与喷

38、混凝土隔离，可使混凝土衬砌的收缩不受约束。 4)4)根据隧道内的高温程度、劳动强度和劳动效率，合理确定劳动工时，以保证施工人员的健康，同时也保证了进度的顺利开展。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 7.8.77.8.7 瓦斯地层 瓦斯是地下隧道内有害气体的总称，其成分以沼气沼气（甲烷CH4）为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。 当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近围岩破碎、节理发育的地层中穿过时，可能会遇到瓦斯。如果隧道内空气中瓦斯浓度达到爆炸限度，一旦与火源接触，就会引起爆炸，给隧道施工安全带来很大的危害。 1. 1. 瓦斯的性质瓦斯的性质 1)1)瓦斯(沼气)为无色

39、无色、无臭无臭、无味无味的气体，与碳化氢或硫化氢混合在一起，发生类似苹果的香味，由于空气中瓦斯浓度增加，氧气相应减少，很容易使人窒息或发生死亡事故。 隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2) 2) 瓦斯比重为0.544，仅为空气的一半，所以瓦斯容易积聚在隧道顶部，其扩散速度比空气大1.6倍，很容易透过裂隙发育、结构松散的岩层。 3)3)瓦斯不能自燃，但极易燃烧。 2. 2. 瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯的燃烧和爆炸性 当隧道中的瓦斯浓度小于5%遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸。瓦斯浓度在瓦斯浓度在5%5%6%6%到到14%14%16%16%时，遇到火源具有爆炸性。时，遇

40、到火源具有爆炸性。瓦斯浓度大于14%16%时，一般不爆炸，但遇火能平静地燃烧。 瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。爆炸时能发生高温。发生瓦斯爆炸后的隧道内完全无氧，而充满氮气，二氧化碳及一氧化碳气。这些有害气体很快传到邻近的隧道和工作面，来不及躲避的人员，都会中毒窒息，甚至死亡。隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 3. 3. 瓦斯释放的方式瓦斯释放的方式比渗出强烈，从煤层或岩层裂缝或孔洞中放出，喷出时间有长有短，通常有较大的响声和压力。 渗出渗出缓慢、均匀、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出，延续时间很久，有时带有一种嘶音。此种方式释放的瓦斯量为最大且不易被

41、人发觉。此种方式释放的瓦斯量为最大且不易被人发觉。喷出喷出突出突出在短时间内，从煤层或岩层中，突然猛烈地喷出大量瓦斯，喷出的时间能从几分钟到几小时，喷出时常有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。 地层中瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。瓦斯渗入量不仅与煤层中瓦斯含量、压差有关，而且与衬砌材料、接缝材料的渗透性质有关，也与隧道内空气的流动速度等因素有关。施施工工阶阶段段运营运营阶段阶段瓦瓦斯斯释释放放方方式式隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 4. 4. 防止瓦斯事故的措施防止瓦斯事故的措施 1) 1) 隧道穿过瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制订瓦斯稀释

42、措施、防爆措施和紧急救援等措施。 2) 2) 在选择瓦斯地区的施工方法时，要求各工序间距尽量短尽快对瓦斯地段进行衬砌封闭，并保证混凝土的密实性，以防瓦斯溢出。故尽量选择分部少的施工方法，只要条件许可，应尽可能采用全断面开挖全断面开挖，或采用台阶法台阶法。 3) 3) 加强通风加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法。把空气中瓦斯浓度吹淡到爆炸浓度以下的1/51/10，排出洞外。 4) 4) 洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制在下述规定以内: 在洞内总回风风流中小于0.75%； 从其他工作面进来的风流中小于0.5%； 在掘进工作面为2%以下； 工作面隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 装药爆破时在1%以下； 当开挖工作面风流中和电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理。开挖工作面内，局部积聚的瓦斯浓度达到2%时，在附近20m内，也必须停止工作，切断电源，进行处理。因瓦斯浓度超过规定而切断电源的电气设备，都必须在瓦斯浓度降到1%以下时，方可重新开动。 5)5)如开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，使用一般的通风手段难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预超前周边全封闭预注浆