不良地质和特殊地质地段隧道处理技术及案例课件

1不良地质段隧道施工

富水断层破碎围岩

膨胀性和挤压性围岩

黄土地质

岩溶地质

煤系地层

高地应力硬岩(岩爆)地质

隧道施工坍方处理措施

1富水断层破碎围岩膨胀性和挤压性围岩黄土地质2第一节概述一、不良和特殊地质地段的概念(一)不良地质地段

不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。2第一节概述一、不良和特殊地质地段的概念(一)不良3(二)特殊地质地段：特殊地质地段是指膨胀岩地层、断层破碎带、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等二、开挖和支护过程中可能造成的危害土石坍塌3(二)特殊地质地段：特殊地质地段是指膨胀岩地层、断4隧道支撑严重变形衬砌结构断裂严重影响施工进度4隧道支撑严重变形衬砌结构断裂严重影响施工进度5三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定制定完整预案，做好技术、物资、机械储备制定地质预测、预报方案根据预报结果及时调整施工方案必须加强量测工作，并及时反馈量测结果5三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定制定完整预案，做好6四、不良地质地段隧道施工注意事项1.选择施工方法注意事项施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则：选择施工方法(包括开挖及支护)时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。6四、不良地质地段隧道施工注意事项1.选择施工方法注意事项72.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项

(1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。

(2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。72.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项(184.采用临时支护时注意事项

(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。

(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁

(3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；

(4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑

(5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。84.采用临时支护时注意事项(1)支撑要有足够的强度95.选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面开挖。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。6.掘进时遇有围岩压力过大注意事项拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。95.选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时，107.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项8.衬砌出现开裂或下沉时注意事项采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以提高其自稳性。当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。107.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项8.衬砌出现开裂11五、我国不良地质隧道施工现状我国已接近或达到世界先进行列大瑶山隧道9号断层大瑶山隧道处在京广铁路衡广复线的坪石至乐昌间，全长14.3km，是当时国内最长的双线电气化隧道。隧道采用“三斜一竖”的施工方案,隧道中部穿过的465m长的9#断层地段，最大涌水量每昼夜高达40000m3,是整座隧道的控制地段。隧道全面运用新奥法原理施工,最高单口独头月成洞217双线米。1981年11月开工，1989年12月建成。11五、我国不良地质隧道施工现状我国已接近或达到世界先进行列12山隧道山隧道位于侯(马)月(山)铁路线山西沁水县和翼城县相邻处，穿越中条山主峰。Ⅰ线隧道长8145m，Ⅱ线隧道长8178m，双线分修，电气化单线断面。主要地质问题：Ⅰ线隧道进口通过192m古河槽地段，为土夹碎石层；洞身穿越煤系地层1740m，揭煤13次，有瓦斯；穿越较大的断裂带4条，膨胀性围岩地段占全隧总长的96%。全隧昼夜涌水量约9850m3。12山隧道山隧道位于侯(马)月(山)铁路线山西沁水县和翼城县13隧道隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。隧道全长4975米。隧道洞身有1085m是煤系地层，主要煤层共14层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过0.6MPa，最高的达到1.34MPa。据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时349立方米。因此，隧道属高瓦斯有突出危险的隧道，其施工难度和危险性，在我国铁路隧道建设史中还没有先例。13隧道隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威14第二节富水断层破碎围岩一、概述

断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质地段，断层带内岩体挤压破碎，常呈块石、碎石或角砾状有的甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩压力增大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。14第二节富水断层破碎围岩一、概述断层破碎带是隧道施工15

富水软岩是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层中，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。二、开挖施工要求

(一)充分应用超前地质预报1.预报方法地质预报方法主要有：钻孔超前探测；对超前导坑进行地质、水文观测素描；地震波、声波、地质雷达等物理探测。15富水软岩是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种162.预报的重点内容预测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。3.预报方式①长期预报总体预报，预报断层规模、分布、性质、构造分带，富水性等，并分段作出工程地质评价。162.预报的重点内容预测开挖面前方的地质情况，17②中期预报岩石微观构造研究工程地质类比地震反射波法（TSP原理、TSP现场）地质雷达法瞬变电磁法长距离地质超前钻孔17②中期预报岩石微观构造研究工程地质类比地震反射波法（TS18③短期预报利用超前炮孔预报掌子面超前地质钻孔预报(二)注浆堵水并加固围岩富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是：以堵截为主，排引为辅。采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水特大涌水采用辅助导坑排水18③短期预报利用超前炮孔预报掌子面超前地质钻孔预报(二)注19堵截地下水的办法主要有两类：整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，形成止水帐幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。当地下水与地表水连通时，埋深小于20m采用地表注浆，埋深大于20m时采用洞内注浆19堵截地下水的办法主要有两类：整个富水段进行注浆止水，并加20马鹿箐隧道突水录像20马鹿箐隧道突水录像21xx隧道高压水21xx隧道高压水22正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆22正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)23(三)开挖及支护单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法，双线和多线隧道采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法，循环进尺0.5~1.0m开挖手段上，采取两种方法，一是在特别软弱的围岩段，采用非钻爆开挖，如利用十字镐、风镐开挖或利用小型挖装机开挖。另一种是采用控制爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。开挖施工要求23(三)开挖及支护单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法24根据量测结果及时调整支护参数支护施工要求根据量测结果确定施作时机衬砌施工要求仰拱必须及早施作，形成封闭结构24根据量测结果及时调整支护参数支护施工要求根据量测结果25三、工程实例——xx线xx隧道

1、工程概况xx隧道位于xx铁路赣龙段，长2536m，为双线电化断面。进口280m处于剥蚀低山的坡角地带，山坡平缓，有2~9m厚的崩塌堆积物。埋深2~63m，为浅埋地段，地势低洼，地表汇水集中，山坡树木茂盛，沿隧道两侧30m范围内有多处水塘，两旁坡面有泉水渗流。25三、工程实例——xx线xx隧道1、工程概况x26三、工程实例——xx线xx隧道

1、工程概况进口280m主要通过中粗粒黑云母花岗岩体。由于侵入体古老，受历次构造运动影响，岩体破碎；岩石中石英较少，长石含量居多，风化年代久远，深度达30~50m，为极严重风化花岗岩，属特软岩。遇地下水，易产生潜蚀而破坏原岩结构，呈流塑状，自稳能力极低，开挖扰动后极易液化，呈泥浆状涌出。26三、工程实例——xx线xx隧道1、工程概况进272、初期施工情况

xx隧道自1993年4月至1994年1月，9个月完成42m(其中含明洞33m)，平均月成洞4.7m，按总体施工计划安排和当时的施工进度估算，工期将被迫延长一年左右。因此，问题非常突出，引起了部领导和各部门极大重视与关注，被喻为xx线“天字第一号工点”。

272、初期施工情况xx隧道自1993年4月至199428围岩自稳及自承能力极差富水3、地质原因分析方案比选4、施工方案桩柱法28围岩自稳及自承能力极差3、地质原因分析方案比选4、施工方29双侧壁导坑法29双侧壁导坑法30综合排水技术5、具体施工方法封堵疏排地表水，杜绝地表水和降水的补给截水沟地表混凝土封闭平导与泄水洞截、排水深井点降水洞内降排水负压抽水开挖中的疏排水30综合排水技术5、具体施工方法封堵疏排地表水，杜绝地表水和31支护体系设计与施工5、具体施工方法超前预加固侧壁导坑、泄水洞及平导上弧导初期支护二次衬砌第一次60cm第二次30cm31支护体系设计与施工5、具体施工方法超前预加固侧壁导坑、泄32深孔长套管劈裂注浆5、具体施工方法注浆方法分段长套管前进式注浆挤压注浆渗透注浆32深孔长套管劈裂注浆5、具体施工方法注浆方法分段长套管前进33注浆材料水泥—水玻璃双浆液注浆施工拱部大管棚注浆施工突水涌泥段注浆施工极软致密原状地层中的注浆施工6、施工效果提前1.5个月贯通33注浆材料水泥—水玻璃双浆液注浆施工拱部大管棚注浆施工6、34第三节

膨胀性和挤压性围岩一、基本概念膨胀岩矿物成分：亲水性矿物，蒙托石、伊利石特性：吸水膨胀软化，失水收缩硬裂挤压性围岩强度低，在高地应力作用下产生“剪胀”34第三节膨胀性和挤压性围岩一、基本概念膨胀岩矿物成分：亲35二、膨胀性围岩的基本特征与分级

(一)膨胀岩基本特征

(1)质软，强度低

(2)自由膨胀率高

(3)空隙率大

(4)易风化、崩解性强

(5)膨胀压力大35二、膨胀性围岩的基本特征与分级(一)膨胀岩基本特征36(二)膨胀岩的判别与分级判别依据间接反应岩石膨胀指标直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标36(二)膨胀岩的判别与分级判别依据间接反应岩石膨胀指标直接37膨胀岩的判别标准37膨胀岩的判别标准38膨胀岩的分级膨胀岩的物理力学指标38膨胀岩的分级膨胀岩的物理力学指标39三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普遍开裂坑道下沉围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起衬砌严重变形和破坏39三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普遍开裂坑道下沉围岩膨40四、高地应力作用下的软岩

1.高地应力软岩的概念

当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。围岩强度应力比=40四、高地应力作用下的软岩1.高地应力软岩的概念41(1)围岩大变形量的划分铁路隧道大变形的变形量划分

(2)乌鞘岭隧道高地应力软岩隧道大变形分级挤压性隧道的大变形分级标准41(1)围岩大变形量的划分铁路隧道大变形的变形量划分422.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形量大最大变形可达数10cm至100cm以上。隧道初期支护周边位移曾达210cm，一般80~100cm，拱顶下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm，边墙向下挤进30~40cm。关角隧道底鼓约100cm，边墙向内挤很大。乌鞘岭隧道岭脊段最大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm。平均累计变形按F4、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别为90~120mm、200~400mm、150~550mm。422.高地应力挤压性围岩的变形特点变形量大432.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形速度高隧道初期支护变形速度达3~4cm/d。奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达20cm/d，一般也达5~10cm/d。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开始阶段变形速率最高达167mm/d，最大变形速率按F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。432.高地应力挤压性围岩的变形特点变形速度高442.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形持续时间长由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间也较长。短者数十天，长者数百天，一般也需百多天。隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时间大于300天，阿尔贝格隧道收敛时间为100~150d。乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d，一般要40~50d。442.高地应力挤压性围岩的变形特点变形持续时间长452.高地应力挤压性围岩的变形特点

支护破坏形式多样喷层开裂、剥落；型钢拱架或格栅发生扭曲；底部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时围岩破坏范围可达5倍洞径。围岩破坏范围大452.高地应力挤压性围岩的变形特点支护破坏形式多样46五、挤压性围岩的隧道设计理念

1.柔性结构设计膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类：一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的方法(柔性结构设计)，另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法(刚性结构设计)。(1)先行导坑法(2)多重支护方法46五、挤压性围岩的隧道设计理念1.柔性结构设计472.刚性结构设计(1)大刚度支护和衬砌结构(2)大范围围岩加固法(3)可缩式支护方法(4)分阶段综合控制法472.刚性结构设计(1)大刚度支护和衬砌结构(2)大48六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工

1.加强调查、量测围岩的压力和流变特性2.合理选择施工方法3.防止围岩湿度变化

4.合理进行围岩支护

5.适时衬砌控制变形

(1)喷锚支护，稳定围岩(2)衬砌结构及早闭合48六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工1.加强调查、量测围岩的49典型的大变形隧道奥地利的陶恩隧道阿尔贝格隧道日本的惠那山隧道我国的隧道49典型的大变形隧道奥地利的陶恩隧道50七、工程实例——乌鞘岭隧道

(1)工程概况xx至xx段是中国铁路“八纵八横”中欧亚大陆桥的重要组成部分，是内地通往新疆等西部地区的重要通道。该线东起xx站，经河口南、永登至打柴沟，翻越乌鞘岭至xx南站，全长二百九十八公里，随着西部大开发客货运输量的急剧增加，目前的单线能力远远不能满足需求，只能靠增建二线铁路来解决。

50七、工程实例——乌鞘岭隧道(1)工程概况x51设计为两座单线隧道，隧道长20050m，隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上，右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直线上，线间距40m，两隧道线路纵坡相同，主要为11‰的单面下坡,右线隧道较左线隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工，右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计15座，其中斜井13座，竖井1座，横洞1座。51设计为两座单线隧道，隧道长20050m，隧道出口525253(2)工程特点地质构造发育地应力高、分布复杂围岩软弱，开挖变形量显著围岩流变性能显著隧道规模大，工期紧，任务重施工环境复杂，工程质量要求高53(2)工程特点地质构造发育54(3)施工变形情况左线隧道最大拱顶下沉1053mm(DK177+495)，一般在500～600mm左右，平均下沉30～35mm/d；右线隧道最大拱顶下沉227mm(YDK177+610)，一般在100～200mm左右。左线隧道内轨上1.5m收敛值最大1034mm(DK177+590)，一般为700mm左右，拱脚最大978mm，一般为300～700mm右线隧道内轨上4m收敛值最大548mm(YDK177+590)，一般为300～400mm左右。54(3)施工变形情况左线隧道最大拱顶下沉1053mm(DK55(4)设计情况F7断层原设计方案55(4)设计情况F7断层原设计方案56(4)设计情况二次衬砌

预留变形量

喷混凝土

预留变形量

喷混凝土

系统锚杆

补强系统锚杆

F7断层变更设计方案一56(4)设计情况二次衬砌预留变形量喷混凝57(4)设计情况F7断层变更设计方案二57(4)设计情况F7断层变更设计方案二58岭脊高地应力软岩区段系统锚杆

二次衬砌

预留变形量

喷混凝土

58岭脊高地应力软岩区段系统锚杆二次衬砌预59推荐支护参数59推荐支护参数60(5)施工方案适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术核心土1131153558420200719.52007507505000拱墙衬砌仰拱①②③④预留核心土20060(5)施工方案适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术核61(5)施工方案超前注浆小导管围岩加固技术系统中长锚杆（管）围岩加固技术拱脚小直径锚索加固技术多重支护、分次施作技术提高二次衬砌刚度、适时施作二次衬砌技术活动性断层带隧道结构处理技术61(5)施工方案超前注浆小导管围岩加固技术62第四节黄土地质按塑性指数(Ip)的大小可分为：一、黄土分类及对隧道工程的影响(一)黄土分类老黄土新黄土黄土质粘砂土(1＜Ip≤7）黄土质砂粘土(7＜Ip≤17)黄土质粘土(17＜Ip)按形成年代分为：62第四节黄土地质按塑性指数(Ip)的大小可分为：一、黄63(二)黄土地层对隧道工程的影响

(1)黄土节理影响在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。63(二)黄土地层对隧道工程的影响(1)黄土节理影响在隧64(二)黄土地层对隧道工程的影响

(2)黄土冲沟地段对施工的影响当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。64(二)黄土地层对隧道工程的影响(2)黄土冲沟地段对施工65

(3)黄土溶洞与陷穴影响隧道若建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌处于不利的受力状态。65(3)黄土溶洞与陷穴影响隧道若建在其上方，则有基础下66

(3)黄土溶洞与陷穴影响66(3)黄土溶洞与陷穴影响67

(4)水对黄土隧道施工的影响湿陷性运输困难67(4)水对黄土隧道施工的影响湿陷性68三、黄土隧道施工的注意事项

(1)黄土隧道的施工应采用机械挖掘，不宜采用钻爆法施工。

(3)施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应立即采取喷混凝土或采取其它措施进行加固。

(2)开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法)，初期支护应紧跟开挖面施作。68三、黄土隧道施工的注意事项(1)黄土隧道的施工应采用机69黄土隧道软弱地基处理的方法比较多，施工中根据实际情况选择。换填69黄土隧道软弱地基处理的方法比较多，施工中根据实际情况选70灰土挤密桩70灰土挤密桩71树根桩注浆及其它措施71树根桩注浆及其它措施72

(4)避免黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。

(5)做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

(6)喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜超过0.2MPa。

(7)锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔。72(4)避免黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内73第五节岩溶地质一、溶洞的类型及对隧道施工的影响溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：洞害水害洞穴充填物坍塌、洞顶地表沉陷73第五节岩溶地质一、溶洞的类型及对隧道施工的影响溶洞74可按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件，采取引流、跨越、加固、清除、注浆等不同措施或综合治理。二、隧道遇到溶洞的处理措施

(1)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。

(2)如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况。

(3)常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”。74可按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件，采取引流、跨越75①引排水暗管、涵洞或小桥浆砌片石桥涵渲泄水流遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。可用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流将水排出洞外75①引排水暗管、涵洞或小桥浆砌片石桥涵渲泄水流遇到暗76道隧开凿泄水洞引水开凿专门的泄水洞将水排出洞外。76道隧开凿泄水洞引水开凿专门的泄水洞将水排出洞外。77——开凿泄水洞将水排出洞外。贵昆线梅花山隧道77——开凿泄水洞将水排出洞外。贵昆线梅花山隧道78当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离外，开凿引水斜洞(或引水槽)将水位降低到隧底标高以下，再行引排。78当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应79引水槽涵管或小桥混凝土厚0.5~1.0m浆砌石片引水槽(洞)引出或横向引入消水洞79引水槽涵管或小桥混凝土厚0.5~1.0m浆砌石片引水槽(80截水沟排水贵昆线岩脚寨隧道80截水沟排水贵昆线岩脚寨隧道81②堵填溶洞堵填方法之一浆砌片石混凝土填实对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭。81②堵填溶洞堵填方法之一浆砌片石混凝土填实对已停止发育82溶洞堵填方法之二浆砌片石混凝土填实溶洞堵填方法之三浆砌片石82溶洞堵填方法之二浆砌片石混凝土填实溶洞堵填方法之三浆砌片83必要时加设锚杆干砌片石压浆浆砌片石厚1.0m片石、碎石回填密实喷锚加固与浆砌护拱之一③拱顶防护：83必要时加设锚杆干砌片石压浆浆砌片石厚1.0m片石、碎石回84必要时加锚杆干砌片石压浆混凝土套拱喷锚加固与浆砌护拱之二84必要时加锚杆干砌片石压浆混凝土套拱喷锚加固与浆砌护拱之二85④跨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。浆砌片石混凝土墙基加深边墙基础85④跨越当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边86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支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。支墙内套设涵管浆砌片石浆砌片石支墙86隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下87隧道边墙部位遇到较大、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。筑拱跨过隧道中线隧底混凝土隧底溶洞填充溶洞87隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基88当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过。

架梁跨过88当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基89黔桂线观音阁隧道89黔桂线观音阁隧道90黔桂线观音阁隧道左侧边墙处理90黔桂线观音阁隧道左侧边墙处理91湘黔线马旺2号隧道91湘黔线马旺2号隧道92⑤绕行施工在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。92⑤绕行施工在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难93⑥洞穴充填物处理桩基当溶洞内堆积物不易清除且不流失时，可采用端承桩或摩擦桩加固地基南岭隧道93⑥洞穴充填物处理桩基当溶洞内堆积物不易清除94⑥洞穴充填物处理枝柳线祥秘隧道94⑥洞穴充填物处理枝柳线祥秘隧道95⑥洞穴充填物处理注浆换填95⑥洞穴充填物处理注浆96三、溶洞地段隧道施工的注意事项

(1)施工前应了解山顶地表水、出水地点的情况，并首先对地表进行必要的处理。

(2)在下坡地段遇到溶洞时，应准备足够数量的排水设备。

(3)建立综合预报体系

(4)开挖方法宜采用台阶法、双侧壁导坑法。

(5)当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。96三、溶洞地段隧道施工的注意事项(1)施工前应了解山顶地97四、工程实例——xx隧道

(一)工程概况xx隧道号称“铁路修建史上的地质博物馆”，工程地质、水文地质条件十分复杂。

溶洞规模巨大

此前国内外最大溶腔长度仅为89m，本隧道溶腔长度210m。如此大规模的暗河溶洞群在隧道建设史上是前所未有的。97四、工程实例——xx隧道(一)工程概况xx隧道号称“铁98210m溶腔2#3#98210m溶腔2#3#99涌水量大

此前国内外隧道最大涌水量仅为129万m3/d，xx隧道最大涌水量达718万m3/d，如此大的涌水量在国内外隧道建设史上未见报道。99涌水量大100(二)岩溶治理总体思路100(二)岩溶治理总体思路101首先利用TSP-202超前地质预报系统进行长距离预报；在此基础上，在掌子面距异常区域15m范围内，用SIR-20型地质雷达对异常区域进行准确探测，确定岩溶、暗河及裂隙的大小范围及充水情况；在岩溶地质揭露之后采用ZGS1610智能工程探测声波仪进行近距离的地质预报。确定了‘先长后短，先局部后碎部’的基本原则，充分利用地质预报技术资源，进一步合理调整施工方案。三种预测方法相互验证补充，为施工提供了准确的地质资料，保证了安全和快速施工。(三)岩溶系统综合探测技术101首先利用TSP-202超前地质预报系统进行长距离预报；102岩溶系统综合探测技术

为了解决岩溶系统探测难题，采用三种预报方法相互补充，智能化综合评判，确定岩溶系统的分布及形式。长距预报采用TSP子系统，预测隧道前方150m的地质情况；102岩溶系统综合探测技术103切面预报用声波仪对岩溶空腔范围进行探测。103104近距预报用地质雷达进行精确探测。104近距预报用地质雷达进行精确探测。105(四)暗河地段涌水预测及治理方案涌水量预测

对隧道标高附近及其以上庞大空间范围内的岩溶水系统识别与划分，根据水力学特征，采用系统辨识方法进行预测，理论涌水量为650万m3/d(实际涌水量为718万m3/d)。105(四)暗河地段涌水预测及治理方案106暗河地段涌水的治理方案

乌江集水廊道行洪道泄水洞隧道2#暗河3#溶腔106暗河地段涌水的治理方案乌江集水廊道行洪道107溶洞段隧道施工技术探测前加固方案：衬砌防护、地基加固、换填、拱桥跨越等。107溶洞段隧道施工技术108溶洞段隧道施工技术探测前加固方案：衬砌防护、地基加固、换填、拱桥跨越等。108溶洞段隧道施工技术109溶洞段隧道施工技术探测后优化方案：由于拱桥方案无法克服岩溶水涌入隧道影响运营安全的弊端，且无法满足基础承载力要求。优化为桩基托梁跨越。托梁桩基109溶洞段隧道施工技术托梁桩基110110111111112宜万线——龙鳞宫隧道112宜万线——龙鳞宫隧道113113114废轮胎114废轮胎115115116116117117118第六节高地应力(岩爆)硬岩地质埋深较大的隧道工程，在高应力、脆性岩体中，由于施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，这时围岩表面发生爆裂声，随之有大小不等的片状岩块弹射剥落出来，这种现象称之岩爆。一、岩爆的概念118第六节高地应力(岩爆)硬岩地质埋深较大的119二、隧道内岩爆的特点

(1)岩爆在未发生前并无明显的预兆(虽然经过仔细找顶并无空响声)。

(2)岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边薄的不规则片状。

(3)岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近。119二、隧道内岩爆的特点(1)岩爆在未发生前并无明120三、岩爆产生的机理岩石的全应力——应变曲线

O

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N

S2

εσ

S1f1f2120三、岩爆产生的机理岩石的全应力——应变曲线OE121三、岩爆产生的机理应力重新分布必然会使围岩中产生应力集中围岩产生拉——剪破坏岩爆产生机理内因——决定因素地层的岩性条件地应力外因——诱导因素爆破震动岩爆产生条件121三、岩爆产生的机理应力重新分布必然会使围岩中产生应力122四、岩爆预测岩爆预测的主要判据Russenes判据无岩爆弱岩爆中岩爆强岩爆122四、岩爆预测岩爆预测的主要判据Russenes判据无岩123四、岩爆预测岩爆预测的主要判据能量判据无岩爆中、低烈度岩爆严重岩爆

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Φstf1f2Φsp(0.7~0.8)Rb0.05Rb123四、岩爆预测岩爆预测的主要判据能量判据无岩爆中、低烈度124四、岩爆预测岩爆预测的主要判据岩性判据临界深度判据124四、岩爆预测岩爆预测的主要判据岩性判据临界深度判据125四、岩爆预测岩爆的现场预测微震法(A-E法)

Acoustic—Emission方法，又称为亚声频探测法或声发射法。当岩石临近破坏之际，A—E(微震)噪音读数迅速增加，如果地音探测器平均噪音读数大于预定的目标，就意味着有岩爆来临。125四、岩爆预测岩爆的现场预测微震法(A-E法)Aco126岩爆的现场预测电磁辐射监测预报法：依据完整煤(岩)压缩变形破坏过程中，弹性范围内不产生电磁辐射，峰值强度附近的电磁辐射最强烈，软化后无电磁辐射的原理，采用特制的仪器，现场监测煤(岩)体变形破裂过程中发出的电磁辐射。脉冲信号，通过数据处理和分析研究，来预报煤(岩)爆。126岩爆的现场预测电磁辐射监测预报法：依据完整煤(岩)压缩127钻屑法

钻屑法是通过向岩体钻小直径钻孔，根据钻孔过程中单位孔深排粉量的变化规律和打钻过程中各种动力现象，了解岩体应力集中状态，达到预报岩爆的目的。127钻屑法钻屑法是通过向岩体钻小直径钻孔，根据钻孔过128强度较低的岩体在岩爆危险地段打钻时，钻孔排粉量剧增，最多可达正常值10倍以上，一般认为排粉量为正常值的2倍以上时，即有发生岩爆的危险。强度较高的岩体通过岩芯柄化现象判断。128强度较低的岩体在岩爆危险地段打钻时，钻孔排粉129五、岩爆的防治措施强化围岩，出发点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，以达到延缓或抑制岩爆发生的目的。弱化围岩的主要措施是注水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。弱化围岩，目的是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。或是解除能量，使能量向有利的方向转化和释放。基本方法129五、岩爆的防治措施强化围岩，出发点是给围岩一定的径向约130防治措施微弱型岩爆迹象：距掌子面约1～3倍洞径范围内，爆破后出现声小且频率低的爆裂声，随后片状岩块从拱部或侧墙坠落下来，岩片厚度1cm～3cm不等，大小在10cm～40cm左右，持续时问一般在20min以内。防治措施：可向工作面及隧道壁面喷水来促进围岩软化，从而消除或缓解岩爆程度。130防治措施微弱型岩爆迹象：距掌子面约1～3倍洞径范围内，131中等型岩爆迹象：距掌子面约1~3倍洞径范围内，爆破后10min~20min，将听到岩体外露面岩体爆裂的声音，声音与前者相比偏大且频率偏高。紧接着垂直于岩体节理面的方向将发生弹射的岩片。伴随着可听到类似打枪“啪、啪、啪”的响声，随后在1min~2min以内将发生岩块爆裂坠落现象，这时爆下来的岩块相对来说较厚较大，厚度一般达10cm以上，长×宽达40×10cm2以上，一般为长条片状型，这种现象有时持续几分钟,有时持续1h~2h。131中等型岩爆迹象：距掌子面约1~3倍洞径范围内，爆破后1132中等型岩爆防治措施：可停止施工作业，退后100m待避，可设法远距离向岩爆区岩面喷射水，待岩爆缓解，基本无岩爆迹象后进行找顶，撬除已松裂的岩片、岩块，进行喷混凝土。随后在岩爆区钻孔安装锚杆、挂网喷混凝土。132中等型岩爆防治措施：133较强型岩爆迹象：一般发生在距工作面8m~50m的范围内。除有中等强度的岩爆迹象外，主要特征：从岩爆开始，约lh-2h后，岩爆变剧，声音也较响，可听到岩体内部岩石因断裂而发出的“嘣、嘣、嘣”类似闷炮声响，爆裂下来的岩片也比较大，厚约10cm~15cm以上，长×宽约为60cm×25cm以上，最大的岩块将近1m，爆下来岩石量也较多。一般达到5~6m3以上，最大时达到10m3以上。个别片状岩块由于受挤压破坏掉下后呈微拱形状；有时岩块在脱离母岩的瞬间发生爆裂，呈粉碎状弹射下来；有时拌有“嘣嘣”的巨晌，表面上看起来岩体较完整，其实内部已爆裂，敲击岩面可听到空响声；在现场还可以看到在两节理面交接处岩石受挤压破坏成粉碎现象。133较强型岩爆迹象：一般发生在距工作面8m~50m的范134较强型岩爆防治措施：停止施工作业，退后200m待避待岩爆自然缓解后，用机械手找顶，撬除松裂岩石。及时喷钢纤维混凝土。在边墙及拱部成放射状倾斜向岩体内部钻孔．并向孔内灌高压水，使岩体有一定程度软化，加快围岩内部的应力释放随后安装锚杆、挂钢筋网，喷钢纤维混凝土。134较强型岩爆防治措施：停止施工作业，退后200m待避待135强烈型岩爆迹象：除较强型岩爆所述现象之外，岩爆发生将更频繁，岩爆下来的岩石量更多，施工开挖极不安全。防治措施：(1)必须配合钻孔爆破卸载法，尽可能使围岩内部的应力得以释放。135强烈型岩爆迹象：除较强型岩爆所述现象之外，岩爆发生将更136强烈型岩爆防治措施：(2)预钻孔法，在工作面周围(设计断面以外)成放射状倾斜向岩体内部钻孔，以排为好，主动给岩体提供变形空间，使其内部的高应力得到有效的释放。必要时可配合向孔内灌注高压水，此时释放应力的效果更好。(3)采用分部开挖的方案：先开挖导坑，待周围围岩应力释放岩爆自然缓解后再出碴，而后扩大开挖，循环渐进。施工不受工期控制时可采用此方法。(4)采用应力解除爆破。136强烈型岩爆防治措施：137六、岩爆地段隧道施工的注意事项

(1)如设有平行导坑，则平导应掘进超前正洞一定距离，以了解地质，分析可能发生岩爆的地段，为正洞施工达到相应地段时加强防治，采取必要措施。

(2)爆破应选用预先释放部分能量的方法，如超前预裂爆破法(应力解除爆破)、切缝法和排孔法等，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆的发生。137六、岩爆地段隧道施工的注意事项(1)如设有平行138六、岩爆地段隧道施工的注意事项

(3)根据岩爆发生的频率和规模情况，必要时应考虑缩短爆破循环进尺。

(4)岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段。138六、岩爆地段隧道施工的注意事项(3)根据岩爆发139一、瓦斯的性质

(1)瓦斯(沼气)为无色、无臭、无味的气体

(2)瓦斯比重为0.554仅占空气一半

(3)瓦斯不能自燃，但极易燃烧

碳质页岩存贮瓦斯第七节煤系地层139一、瓦斯的性质(1)瓦斯(沼气)为无色、无臭、140二、瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯爆炸界限140二、瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯爆炸界限141三、瓦斯放出的类型

(1)瓦斯的渗出：缓慢、均匀溢出，时有嘶嘶声

(2)瓦斯的喷出：量大、有压力，且有较大响声

(3)瓦斯的突出：大量猛烈喷出，带有煤块、岩块和大量粉尘。141三、瓦斯放出的类型(1)瓦斯的渗出：缓慢142四、瓦斯隧道的分类根据瓦斯涌出量分为低瓦斯隧道高瓦斯隧道瓦斯突出隧道142四、瓦斯隧道的分类根据瓦斯涌出量分为低瓦斯隧道143非瓦斯工区低瓦斯工区<0.5m3/min高瓦斯工区≥0.5m3/min瓦斯突出工区按绝对瓦斯涌出量隧道工区可分为143非瓦斯工区按绝对瓦斯涌出量隧道工区可分为144四、防止瓦斯事故的措施

(1)隧道穿过瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施等。

(2)隧道通过瓦斯地区的施工方法，宜采用全断面开挖，因其工序简单、面积大、通风好。

(3)施工前必须进行培训，爆破、电工、瓦斯检测等作业人员必须持证上岗。144四、防止瓦斯事故的措施(1)隧道穿过瓦斯溢出地145

(4)钻爆作业符合下列规定湿式凿岩炮眼深度不小于0.6m，必须堵塞采用煤矿许用炸药采用煤矿许用电雷管，最后一段延期时间小于130ms.严禁使用秒或半秒级电雷管严禁反向装药采用串联连接方式使用防爆型起爆器145(4)钻爆作业符合下列规定湿式凿岩146

(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施必须单独编制实施性施工组织设计必须进行超前探测必须对突出性进行预测瓦斯压力法综合指标法钻屑指标法钻孔瓦斯涌出初速度法“R”指标法146(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施必须单独编制实147

(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施钻孔排放效果检验

(6)石门揭煤施工注意事项必须留岩墙煤层压力大于1MPa时，先排放后爆破煤层压力小于1MPa时，采用震动放炮洞外起爆，洞内停电、停止一切作业，人员撤出隧道147(5)瓦斯突出隧道采用以下防突措施钻孔排放148

(7)支护、衬砌施工注意事项表1瓦斯地段等级地段等级吨煤瓦斯含量(m3/t)瓦斯压力(MPa)三＜0.5＜0.15二≥0.5≥0.15且＜0.74一-≥0.74注：当按吨煤瓦斯含量及瓦斯压力确定的地段等级不一致时，应取较高者148(7)支护、衬砌施工注意事项表1瓦斯地段等级149

(7)支护、衬砌施工注意事项表2瓦斯地段等级封闭措施瓦斯地段等级三二一围岩注浆--采用喷射混凝土中掺气密剂-选用采用设置瓦斯隔离层-采用采用模筑混凝土中掺气密剂采用采用采用模筑混凝土中掺钢纤维--采用施工缝气密处理采用采用采用149(7)支护、衬砌施工注意事项表2瓦斯地段等级150

(7)支护、衬砌施工注意事项使用超前周边全封闭预注浆。及时施做初期支护和二次衬砌仰拱超前施工二次衬砌预留注浆孔全包防水层气密性混凝土150(7)支护、衬砌施工注意事项使用超前周边全封闭预151加强监测通风方式

(8)通风要求非瓦斯工区采用压入式和混合式低瓦斯工区采用压入式或巷道式高瓦斯工区或瓦斯突出工区采用巷道式各工作面独立通风通风计算需考虑瓦斯绝对涌出量151加强监测(8)通风要求非瓦斯工区采用压入式和混152

(8)通风要求洞内空气中允许的瓦斯浓度及处理措施序号地点限值超限处理措施1低瓦斯工区任意处0.5%超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风2局部瓦斯积累(体积大于0.5m3)2.0%超限处附近20m停工，断电，撤人，进行处理，加强通风3开挖工作面风流中1.0%停止电钻钻孔1.5%超限处停工，撤人，切断电源，查明原因，加强通风等4回风巷或工作面回风流中1.0%停工，撤人，处理5放炮地点附近20m风流中1.0%严禁装药放炮6煤层放炮后工作面风流中1.0%继续通风、不得进入7局扇及电气开关10m范围内0.5%停机、通风、处理8电动机及开关附近20m范围内1.5%停工、撤人、断电、进行处理9竣工后洞内任意处0.5%查明漏点，进行整治152(8)通风要求洞内空气中允许的瓦斯浓度及处理措153采用防爆设施设两路电源，连续通风采用抗静电、阻燃的风管153采用防爆设施154第八节隧道施工坍方处理措施导致坍方的原因有多种，概括起来可归结为：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等。154第八节隧道施工坍方处理措施导致坍方的原因155

(1)不良地质及水文地质条件一、发生坍方的主要原因①隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段②隧道穿越地层覆盖过薄地段③水是造成坍方的重要原因之一155(1)不良地质及水文地质条件一、发生坍方的主要原因①156

(2)隧道设计考虑不周①隧道选定位置时，地质调查不细，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。

②缺乏详细的的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误。156(2)隧道设计考虑不周①隧道选定位置时，地质调查不细157

(3)施工方法和措施不当①施工方法与地质条件不相适应②喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。③新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误、措施不力。④围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。⑤对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。157(3)施工方法和措施不当①施工方法与地质条件不相适应158二、预防坍方的施工措施

(1)采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法。

(2)加强坍方的预测①观察法②一般量测法③微地震学测量法和声学测量法】

(3)加强初期支护，控制坍方158二、预防坍方的施工措施(1)采取“先排水、短开159三、隧道坍方的处理措施

(1)隧道发生坍方，应及时迅速处理。

(2)处理坍方应先加固未坍塌地段，防止继续发展。①小坍方，纵向延伸不长、坍穴不高②大坍方坍穴高、坍渣数量大，坍渣体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。159三、隧道坍方的处理措施(1)隧道发生坍方，应及时迅160③坍方冒顶，在清渣前应支护陷穴口④洞口坍方，一般易坍至地表，可采取暗洞明作的办法。(3)处理坍方的同时，应加强防排水工作。160③坍方冒顶，在清渣前应支护陷穴口④洞口坍方，一般易坍至161谢谢各位！161谢谢各位！162不良地质段隧道施工

富水断层破碎围岩

膨胀性和挤压性围岩

黄土地质

岩溶地质

煤系地层

高地应力硬岩(岩爆)地质

隧道施工坍方处理措施

1富水断层破碎围岩膨胀性和挤压性围岩黄土地质163第一节概述一、不良和特殊地质地段的概念(一)不良地质地段

不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。2第一节概述一、不良和特殊地质地段的概念(一)不良164(二)特殊地质地段：特殊地质地段是指膨胀岩地层、断层破碎带、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等二、开挖和支护过程中可能造成的危害土石坍塌3(二)特殊地质地段：特殊地质地段是指膨胀岩地层、断165隧道支撑严重变形衬砌结构断裂严重影响施工进度4隧道支撑严重变形衬砌结构断裂严重影响施工进度166三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定制定完整预案，做好技术、物资、机械储备制定地质预测、预报方案根据预报结果及时调整施工方案必须加强量测工作，并及时反馈量测结果5三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定制定完整预案，做好167四、不良地质地段隧道施工注意事项1.选择施工方法注意事项施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则：选择施工方法(包括开挖及支护)时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。6四、不良地质地段隧道施工注意事项1.选择施工方法注意事项1682.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项

(1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。

(2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。72.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项(11694.采用临时支护时注意事项

(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。

(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁

(3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；

(4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑

(5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。84.采用临时支护时注意事项(1)支撑要有足够的强度1705.选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面开挖。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。6.掘进时遇有围岩压力过大注意事项拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。95.选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时，1717.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项8.衬砌出现开裂或下沉时注意事项采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以提高其自稳性。当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。107.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项8.衬砌出现开裂172五、我国不良地质隧道施工现状我国已接近或达到世界先进行列大瑶山隧道9号断层大瑶山隧道处在京广铁路衡广复线的坪石至乐昌间，全长14.3km，是当时国内最长的双线电气化隧道。隧道采用“三斜一竖”的施工方案,隧道中部穿过的465m长的9#断层地段，最大涌水量每昼夜高达40000m3,是整座隧道的控制地段。隧道全面运用新奥法原理施工,最高单口独头月成洞217双线米。1981年11月开工，1989年12月建成。11五、我国不良地质隧道施工现状我国已接近或达到世界先进行列173山隧道山隧道位于侯(马)月(山)铁路线山西沁水县和翼城县相邻处，穿越中条山主峰。Ⅰ线隧道长8145m，Ⅱ线隧道长8178m，双线分修，电气化单线断面。主要地质问题：Ⅰ线隧道进口通过192m古河槽地段，为土夹碎石层；洞身穿越煤系地层1740m，揭煤13次，有瓦斯；穿越较大的断裂带4条，膨胀性围岩地段占全隧总长的96%。全隧昼夜涌水量约9850m3。12山隧道山隧道位于侯(马)月(山)铁路线山西沁水县和翼城县174隧道隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威（舍）红（果）段的鲁番站与上西铺站之间。隧道全长4975米。隧道洞身有1085m是煤系地层，主要煤层共14层，各煤层瓦斯压力测算值大多超过0.6MPa，最高的达到1.34MPa。据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时349立方米。因此，隧道属高瓦斯有突出危险的隧道，其施工难度和危险性，在我国铁路隧道建设史中还没有先例。13隧道隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道，位于南昆铁路威175第二节富水断层破碎围岩一、概述

断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质地段，断层带内岩体挤压破碎，常呈块石、碎石或角砾状有的甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩压力增大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。14第二节富水断层破碎围岩一、概述断层破碎带是隧道施工176

富水软岩是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层中，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。二、开挖施工要求

(一)充分应用超前地质预报1.预报方法地质预报方法主要有：钻孔超前探测；对超前导坑进行地质、水文观测素描；地震波、声波、地质雷达等物理探测。15富水软岩是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种1772.预报的重点内容预测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。3.预报方式①长期预报总体预报，预报断层规模、分布、性质、构造分带，富水性等，并分段作出工程地质评价。162.预报的重点内容预测开挖面前方的地质情况，178②中期预报岩石微观构造研究工程地质类比地震反射波法（TSP原理、TSP现场）地质雷达法瞬变电磁法长距离地质超前钻孔17②中期预报岩石微观构造研究工程地质类比地震反射波法（TS179③短期预报利用超前炮孔预报掌子面超前地质钻孔预报(二)注浆堵水并加固围岩富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是：以堵截为主，排引为辅。采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水特大涌水采用辅助导坑排水18③短期预报利用超前炮孔预报掌子面超前地质钻孔预报(二)注180堵截地下水的办法主要有两类：整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，形成止水帐幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。当地下水与地表水连通时，埋深小于20m采用地表注浆，埋深大于20m时采用洞内注浆19堵截地下水的办法主要有两类：整个富水段进行注浆止水，并加181马鹿箐隧道突水录像20马鹿箐隧道突水录像182xx隧道高压水21xx隧道高压水183正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆22正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)184(三)开挖及支护单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法，双线和多线隧道采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法，循环进尺0.5~1.0m开挖手段上，采取两种方法，一是在特别软弱的围岩段，采用非钻爆开挖，如利用十字镐、风镐开挖或利用小型挖装机开挖。另一种是采用控制爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。开挖施工要求23(三)开挖及支护单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法185根据量测结果及时调整支护参数支护施工要求根据量测结果确定施作时机衬砌施工要求仰拱必须及早施作，形成封闭结构24根据量测结果及时调整支护参数支护施工要求根据量测结果186三、工程实例——xx线xx隧道

1、工程概况xx隧道位于xx铁路赣龙段，长2536m，为双线电化断面。进口280m处于剥蚀低山的坡角地带，山坡平缓，有2~9m厚的崩塌堆积物。埋深2~63m，为浅埋地段，地势低洼，地表汇水集中，山坡树木茂盛，沿隧道两侧30m范围内有多处水塘，两旁坡面有泉水渗流。25三、工程实例——xx线xx隧道1、工程概况x187三、工程实例——xx线xx隧道

1、工程概况进口280m主要通过中粗粒黑云母花岗岩体。由于侵入体古老，受历次构造运动影响，岩体破碎；岩石中石英较少，长石含量居多，风化年代久远，深度达30~50m，为极严重风化花岗岩，属特软岩。遇地下水，易产生潜蚀而破坏原岩结构，呈流塑状，自稳能力极低，开挖扰动后极易液化，呈泥浆状涌出。26三、工程实例——xx线xx隧道1、工程概况进1882、初期施工情况

xx隧道自1993年4月至1994年1月，9个月完成42m(其中含明洞33m)，平均月成洞4.7m，按总体施工计划安排和当时的施工进度估算，工期将被迫延长一年左右。因此，问题非常突出，引起了部领导和各部门极大重视与关注，被喻为xx线“天字第一号工点”。

272、初期施工情况xx隧道自1993年4月至1994189围岩自稳及自承能力极差富水3、地质原因分析方案比选4、施工方案桩柱法28围岩自稳及自承能力极差3、地质原因分析方案比选4、施工方190双侧壁导坑法29双侧壁导坑法191综合排水技术5、具体施工方法封堵疏排地表水，杜绝地表水和降水的补给截水沟地表混凝土封闭平导与泄水洞截、排水深井点降水洞内降排水负压抽水开挖中的疏排水30综合排水技术5、具体施工方法封堵疏排地表水，杜绝地表水和192支护体系设计与施工5、具体施工方法超前预加固侧壁导坑、泄水洞及平导上弧导初期支护二次衬砌第一次60cm第二次30cm31支护体系设计与施工5、具体施工方法超前预加固侧壁导坑、泄193深孔长套管劈裂注浆5、具体施工方法注浆方法分段长套管前进式注浆挤压注浆渗透注浆32深孔长套管劈裂注浆5、具体施工方法注浆方法分段长套管前进194注浆材料水泥—水玻璃双浆液注浆施工拱部大管棚注浆施工突水涌泥段注浆施工极软致密原状地层中的注浆施工6、施工效果提前1.5个月贯通33注浆材料水泥—水玻璃双浆液注浆施工拱部大管棚注浆施工6、195第三节

膨胀性和挤压性围岩一、基本概念膨胀岩矿物成分：亲水性矿物，蒙托石、伊利石特性：吸水膨胀软化，失水收缩硬裂挤压性围岩强度低，在高地应力作用下产生“剪胀”34第三节膨胀性和挤压性围岩一、基本概念膨胀岩矿物成分：亲196二、膨胀性围岩的基本特征与分级

(一)膨胀岩基本特征

(1)质软，强度低

(2)自由膨胀率高

(3)空隙率大

(4)易风化、崩解性强

(5)膨胀压力大35二、膨胀性围岩的基本特征与分级(一)膨胀岩基本特征197(二)膨胀岩的判别与分级判别依据间接反应岩石膨胀指标直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标36(二)膨胀岩的判别与分级判别依据间接反应岩石膨胀指标直接198膨胀岩的判别标准37膨胀岩的判别标准199膨胀岩的分级膨胀岩的物理力学指标38膨胀岩的分级膨胀岩的物理力学指标200三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普遍开裂坑道下沉围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起衬砌严重变形和破坏39三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普遍开裂坑道下沉围岩膨201四、高地应力作用下的软岩

1.高地应力软岩的概念

当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。围岩强度应力比=40四、高地应力作用下的软岩1.高地应力软岩的概念202(1)围岩大变形量的划分铁路隧道大变形的变形量划分

(2)乌鞘岭隧道高地应力软岩隧道大变形分级挤压性隧道的大变形分级标准41(1)围岩大变形量的划分铁路隧道大变形的变形量划分2032.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形量大最大变形可达数10cm至100cm以上。隧道初期支护周边位移曾达210cm，一般80~100cm，拱顶下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm，边墙向下挤进30~40cm。关角隧道底鼓约100cm，边墙向内挤很大。乌鞘岭隧道岭脊段最大水平收敛达1209mm，最大拱顶下沉367mm。平均累计变形按F4、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别为90~120mm、200~400mm、150~550mm。422.高地应力挤压性围岩的变形特点变形量大2042.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形速度高隧道初期支护变形速度达3~4cm/d。奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达20cm/d，一般也达5~10cm/d。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开始阶段变形速率最高达167mm/d，最大变形速率按F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/d。432.高地应力挤压性围岩的变形特点变形速度高2052.高地应力挤压性围岩的变形特点

变形持续时间长由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间也较长。短者数十天，长者数百天，一般也需百多天。隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时间大于300天，阿尔贝格隧道收敛时间为100~150d。乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d，一般要40~50d。442.高地应力挤压性围岩的变形特点变形持续时间长2062.高地应力挤压性围岩的变形特点

支护破坏形式多样喷层开裂、剥落；型钢拱架或格栅发生扭曲；底部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时围岩破坏范围可达5倍洞径。围岩破坏范围大452.高地应力挤压性围岩的变形特点支护破坏形式多样207五、挤压性围岩的隧道设计理念

1.柔性结构设计膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类：一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的方法(柔性结构设计)，另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法(刚性结构设计)。(1)先行导坑法(2)多重支护方法46五、挤压性围岩的隧道设计理念1.柔性结构设计2082.刚性结构设计(1)大刚度支护和衬砌结构(2)大范围围岩加固法(3)可缩式支护方法(4)分阶段综合控制法472.刚性结构设计(1)大刚度支护和衬砌结构(2)大209六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工

1.加强调查、量测围岩的压力和流变特性2.合理选择施工方法3.防止围岩湿度变化

4.合理进行围岩支护

5.适时衬砌控制变形

(1)喷锚支护，稳定围岩(2)衬砌结构及早