软岩隧道施工

软岩隧道施工工程软岩软岩分类软岩隧道破坏机理软岩隧道特点软岩隧道变形破坏的主要特征软岩隧道病害的原因简述软岩隧道设计与施工建议软岩隧道支护对策防止软岩隧道病害方法软岩隧道开挖方式工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。隧道工程软岩亦称松软岩层，不仅是指围岩岩体松软，而且指围岩不稳定或极不稳定。软岩是一种特殊的岩类，从岩石固有的特性来说，它具有软的形态，而从工程应用的观点来看，它又是“弱”的，进入软岩状态的隧道，其强度特性、泥质含量、结构面特点及其塑性变形力学特点差异很大。软岩分类软岩可分为4大类：1、膨胀性软岩2、高应力软岩3、节理化软岩4、复合型软岩软岩隧道破坏机理在隧道开挖过程中，由于岩体的天然应力平衡状态遭到破坏，引起隧道周围岩体的卸荷回弹和应力重分布，当这种回弹应力和重分布应力超过围岩强度所能承受的范围时，将造成岩体的失稳破坏。软岩隧道特点（1）承载力低、变形大（2）围岩不稳定（3）安全隐患大（4）变形速率大，收敛时间长，变形控制难（5）运营病害严重（6）投资增加软岩隧道开挖方法中隔壁（CD）法交叉中隔壁（CRD法）双侧壁导坑法中隔壁法（CD法）左、右侧各工作面每循环进尺不得超过设计一榀拱架距离，左、右侧开挖完成后应及时施作初期支护和中隔壁临时支护。左右部上中台阶高度不大于3.5m，左右各台阶长度3-5m，左右两侧纵向距离小于1-2倍隧道直径，且不大于15m。周边轮廓应尽量圆顺，减少应力集中。当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。根据监控量测信息，初期支护稳定后拆除中隔壁临时支护，中隔壁的拆除应滞后于仰拱，一次拆除长度不宜大于15m，并加强监控量测，拆除后应立即施作二次衬砌。应配备适合导坑开挖的小型机械设备、机具，提高导坑开挖效率。交叉叉中中隔隔壁壁法法（（CRD法法））上台台阶阶开开挖挖循循环环进进尺尺控控制制在在1榀榀拱拱架架距距离离内内，，中中下下台台阶阶控控制制在在1-2榀榀拱拱架架距距离离。。上、、中中台台阶阶高高度度控控制制为为2.5m台台阶阶长长度度为为3-5m，，左左右右两两侧侧纵纵向向距距离离宜宜小小于于1倍倍隧隧道道洞洞泾泾。。周周边边轮轮廓廓应应尽尽量量圆圆顺顺，，减减小小应应力力集集中中。。当当开开挖挖形形成成全全断断面面时时，，应应及及时时完完成成全全断断面面初初期期支支护护闭闭合合。。中隔隔壁壁临临时时支支护护的的拆拆除除参参照照CD法法。。采用用CRD法法施施工工宜宜设设置置临临时时仰仰拱拱，，步步步步成成环环，，开开挖挖自自上上而而下下，，交交叉叉进进行行。。双侧侧壁壁导导坑坑法法两侧侧壁壁导导坑坑和和中中部部上上台台阶阶每每循循环环进进尺尺控控制制在在1榀榀拱拱架架距距离离（（0.5-0.75m））内内，，下下台台阶阶可可控控制制在在两两榀榀拱拱架架距距离离内内（（1-1.5m））。。侧壁导坑形形状应近于于椭圆形断断面，导坑坑断面宜为为正个断面面的1／3，导坑跨跨度不应大大于0.3倍隧道宽宽度；左右右导坑施工工时，前后后错开距离离为10-15m，，中间土体体滞后侧壁壁10-15m；左左右部的台台阶开挖高高度不应超超过3.5m，台阶阶长度控制制在2-3m，周边边轮廓应尽尽量圆顺，，减小应力力集中。中隔壁临时时支护的拆拆除参照CD法相关关要求。软岩隧道变变形破坏的的主要特征征（1）软岩岩隧道变形形具有蠕变变变形三阶阶段的规律律，并具有有明显的时时间效应（2）软岩岩隧道多为为环向受压压，且非对对称（3）软岩岩隧道变形形随深度增增加而增大大（4）软岩岩的失水和和吸水均可可造成软岩岩发生膨胀胀变形破坏坏或泥化破破坏（5）底板板围岩承载载力不足造造成隧道结结构整体沉沉降（6）支护护时间不适适宜，从而而破坏隧道道支护结构构软岩隧道病病害的原因因简述内在的地质质因素认识识不全面（1）工程程地质对于软岩大大多数时候候对其强度度、刚度、、结构面发发育状况和和胶结程度度比较重视视，开挖方方法和支护护结构多从从这方面考考虑，只顾顾及短期稳稳定，往往往忽视胶结结物的性能能、膨胀性性矿物的含含量等，这这些均是软软岩隧道后后期变形和和造成隧道道支护荷载载剧增的内内在因素。。（2）水文文地质水的影响包包括围岩固固有含水、、地下径流流水及工程程用水，水水是软岩隧隧道变形、、破坏之源源，尤其是是对膨胀岩岩。水不仅仅造成粘土土质岩的膨膨胀，同时时降低岩石石强度。外部因素素考虑不不周全隧道施工工是连续续不间断断持续推推进、邻邻近隧道道（左、、右洞））大多同同期施工工等产生生的扰动动应力、、应力重重分布多多次且持持续时间间较长、、相互叠叠加等外外部因素素与围岩岩固有的的垂直应应力、构构造残余余应力共共同叠加加对隧道道变形影影响更大大。施工排水水处理不不当水是软岩岩隧道变变形、破破坏之源源，尤其其是对膨膨胀岩。。水不仅仅造成粘粘土质岩岩的膨胀胀，同时时降低岩岩石强度度。施工时往往往只是是简单的的疏排，，造成地地下水通通过围岩岩裂隙流流径通道道浸泡围围岩，同同时施工工水（如如锚杆钻钻孔水、、其他排排放水））和隧道道底板、、拱墙脚脚积水浸浸泡围岩岩，使得得围岩膨膨胀、软软化、泥泥化。时空效应应作用时间因素素流变是是软岩特特性之一一，隧道道变形和和时间密密切相关关。二衬衬开裂隧隧道均在在初支未未收敛时时开始二二衬，甚甚至在初初支完成成不足1周即施施做二衬衬。步距：二二衬与掌掌子面保保持一定定距离，，一是给给围岩预预留变形形时间，，二是减减小掌子子面爆破破震动对对二衬的的不利影影响，三三是作业业掌子面面开挖、、支护作作业空间间的需要要。超前预支支护效果果不好超前管棚间距距过大或外插插角控制不好好，开挖时割割除，造成围围岩变形、坍坍塌；超前小小导管长度与与开挖高度不不匹配，岩土土破裂线超出出小导管支护护长度，引起起围岩滑移变变形；注浆固固结围岩未达达到效果，开开挖时围岩变变形或坍塌。。初支背后空隙隙未注浆回填填初期支护背后后脱空，围岩岩与支护不密密贴，不能共共同承载，违违背新奥法原原理（围岩与与支护共同形形成支护体、、共同承载）），造成围岩岩无约束变形形，使得松动动圈（荷载体体）加大，围围岩及支护变变形破坏。初期支护未及及时封闭无论是台阶法法开挖还是CD法开挖或或者双侧壁导导坑法开挖，，初期支护都都应封闭成环环，约束变形形，提高承载载能力。若开开口支护，支支护脚必须有有效锁定，防防止沉降或水水平移动（内内移），从而而约束变形。。不重视仰拱仰拱未设置与与拱墙等强的的初期支护及及二次衬砌，，在构造应力力和边墙重力力应力作用下下隆起或破坏坏；仰拱与拱拱墙随意连接接，不能侧墙墙剪应力作用用下位移、破破坏二衬；仰仰拱分幅施工工，纵向施工工缝未处理好好，消弱承载载力；仰拱基基底应力不满满足荷载要求求，引起沉降降。软岩隧隧道设设计与与施工工建议议软岩隧隧道支支护原原理根据软软岩的的特性性，考考虑目目前通通行的的新奥奥法施施工原原理，，软岩岩隧道道支护护依然然应充充分利利用和和发挥挥自承承能力力。支支护结结构应应考虑虑以下下一些些因素素：刚性支支护与与适度度泄压压相结结合必须改改变传传统的的单纯纯提高高支护护刚度度的思思想，，支护护结构构及强强度应应与加加固围围岩、、提高高围自自承能能力相相结合合，与与围岩岩变形形及强强度相相匹配配，单单纯提提高支支护刚刚度既既不经经济也也难以以抵抗抗强大大的地地应力力荷载载。卸压、加加固与支支护相结结合根据地质质结构与与构造分分析围岩岩应力的的作用形形态，找找出主要要影响应应力，统统筹考虑虑.对高高地应力力区，要要卸得充充分；对对大变形形区，要要让得适适度；对对松散破破碎区，，要注意意整体加加固；及及时支护护并非即即刻支护护，但对对隧道围围岩整体体要支护护住坚持信信息化化指导导必须进进行围围岩变变形量量测、、支护护内力力监测测、围围岩应应力监监测，，准确确掌握握围岩岩及支支护变变形的的活动动状态态、受受力状状态和和稳定定情况况，根根据监监测结结果确确定二二次支支护结结构的的参数数，确确定补补强时时间，，二衬衬时间间和仰仰拱封封闭时时间软岩隧隧道支支护对对策根据现现代岩岩石力力学理理论：：隧道道围岩岩既是是支护护压力力的根根源，，又是是抵抗抗平衡衡原岩岩应力力的承承载体体，而而且是是主要要的承承载结结构体体。支支护的的作用用在于于维护护和提提高松松动围围岩的的残余余强度度，充充分发发挥围围岩的的承载载能力力。因因此，，在软软岩隧隧道支支护中中，要要遵循循以下下几方方面原原则：：封闭岩岩面，，维护护和保保持围围岩残残余强强度隧道开挖后后及时喷混混凝土封闭闭岩面，防防止水蚀、、风化，减减少围岩强强度损失；；采用利于于保持围岩岩强度的方方法，如：：光面爆破破或非爆破破开挖。采取技术措措施，提高高围岩残余余强度（1）快速速支护，促促成围岩二二维应力尽尽快转换成成三维应力力状态，可可有效提高高围岩残余余强度。（2）采用用密布长锚锚杆将破碎碎围岩锚固固起来，恢恢复和提高高破裂围岩岩的残余强强度，形成成具有较高高承载能力力和可塑性性的锚固层层。（3）隧道道开挖后，，洞内径向向注浆加固固围岩，提提高松动圈圈围岩强度度。（4）预注注浆加固地地层岩石强强度，是浅浅埋和断层层破碎带及及未固结松松散岩土提提高强度及及承载力最最为有效的的途径。优化化技技术术方方案案，，充充分分发发挥挥围围岩岩承承载载能能力力（1）优化隧隧道断面。软软岩隧道中，，圆形隧道支支护结构的承承裁能力最大大(均匀应力力场)，软岩岩隧道断面尽尽可能采用圆圆形断面或近近似圆形断面面，杜绝直墙墙断面和无仰仰拱断面。（2）支护结结构全断面等等强。软岩隧隧道支护所承承受的荷载主主要是围岩的的变形压力，，它来自于隧隧道的四周，，包括隧道底底扳。支护结结构必须全周周等强，否则则任意薄弱环环节（包括底底板）都可能能造成支护整整体失败。（3）初期支支护适度柔性性。软岩隧道道中，围岩变变形压力是支支护结构的主主要荷载，一一般刚性支护护难以抵抗强强大的围岩压压力而破坏，，使围岩处于于事实上的无无支护状态。。采用适度柔柔性的支护（（如：锚网喷喷混凝土和可可伸缩型钢支支架），可实实现收缩让压压，减少支护护受力，让围围岩发挥更大大承载能力。。(4)刚性二二次衬砌提供供最终支护体体系，稳定围围岩。软岩隧隧道采用一次次强阻力刚性性支护来维护护围岩是不能能成功的，应应在围岩变形形趋于稳定后后适时施做二二次衬砌，给给隧道围岩提提供最终支护护强度和刚度度，以保持隧隧道校长时间间的稳定性和和安全储备。。（5）提高地地基承载力，，防止整体沉沉降。隧道及及围岩既是承承载体也是荷荷载体，软弱弱、可压缩的的软弱地基（（包括仰拱及及墙脚）应进进行改良处理理（如：注浆浆、管桩及其其他改良方法法），提高底底板围岩承载载力，有效抑抑制整体沉降降。防止软岩隧道道病害方法软岩隧道施工工方法选择十十分重要，甚甚至是隧道建建设成败的关关键。软岩隧隧道的施工技技术方案、施施工方法和施施工组织管理理应遵循“保围岩、严控控水、强基脚脚、稳岩壁、、早封闭、刚刚二衬、勤量量测”的原则。施工方案必须须从维护围岩岩稳定出发（（保围岩）维护围岩稳定定，保护围岩岩残余应力和和提高围岩自自身承载能力力是新奥法的的基本原理。。具体可采取取以下措施：：（1）超前预预支护（管超超前）。根据据围岩的稳定定情况，采用用管棚（洞口口浅埋破碎段段及断层破碎碎带）或小导导管（一般软软岩段）或钢钢插板（流沙沙、淤泥质土土或特别软弱弱土层、沙层层、黄土层、、坍方处理））等手段对围围岩进行超前前支护，可有有效抑制开挖挖过程中围岩岩的变形或坍坍塌，防止围围岩松动而降降低强度及稳稳定性。（2）注浆固固结（严注浆浆）。大多数数软弱围岩的的结构面间隙隙大，沙土、、砾石土、角角砾岩、强风风化岩粒和破破碎带孔隙率率大、密实度度差，这类围围岩自身强度度和稳定性极极差，通过注注浆充填和粘粘结，有利于于围岩整体化化，可极大提提高围岩强度度和承载力。。浅埋段可从从地表向下整整体注浆固结结；埋深较大大段落可从洞洞内采用帷幕幕注浆加固一一定范围围岩岩（一般不宜宜小于洞身轮轮廓外5m））；开挖时可可基本稳定段段落可在初支支后进行径向向注浆加固（（一般不宜小小于洞身轮廓廓外3m）；；一般软岩段段应对支护背背后进行回填填注浆，保证证初支与围岩岩密贴，共同同受力。注浆浆材料可采用用水泥砂浆（（孔隙率较大大）、水泥浆浆（孔隙率一一般）、超细细水泥浆（孔孔隙率很小））、水泥—水水玻璃双液浆浆（地下水丰丰富地段）。。（3））弱爆爆破或或非爆爆破开开挖（（少扰扰动））。采采用光光面爆爆破、、微震震松动动爆破破，有有条件件时采采用机机械挖挖掘，，不得得已时时可采采用人人工挖挖掘，，尽可可能减减少人人为扰扰动围围岩。。提高支支护基基脚牢牢固性性是防防止支支护失失效的的基础础（强强基脚脚）支护破破坏往往往是是因为为基脚脚不牢牢固在在围岩岩侧压压力作作用下下内移移，在在围岩岩重力力应力力作用用下沉沉降，，使得得支护护整体体变形形降效效，甚甚至破破坏失失效，，造成成围岩岩大变变形或或失稳稳坍塌塌。必必须对对支护护金属属构件件或其其他构构件的的基脚脚锁定定，常常用水水平锁锁脚锚锚杆或或树桩桩锁脚脚锚杆杆将围围岩与与支护护牢固固连接接；基基脚必必须放放置于于未破破坏或或浸蚀蚀的原原岩上上，并并防止止水浸浸泡；；将基基脚喷喷混凝凝土扩扩大（（一般般50cm）或或大块块木板板（混混凝土土板））塞垫垫是必必要的的；特特别软软弱的的土质质、流流沙质质、断断层泥泥带、、饱和和高液液限全全风化化岩土土、采采空区区、下下伏岩岩溶等等仰拱拱基底底应预预先进进行基基底处处理（（可改改良土土、可可设置置管桩桩、换换填等等）。。开挖方法法有利于于墙壁及及掌子面面稳定（（稳岩壁壁）软岩失稳稳很多时时候是因因为侧壁壁及掌子子面围岩岩剪切滑滑移造成成拱部及及整体失失稳坍塌塌，不得得忽视。。对于大大断面可可以采用用微台阶阶法、台台阶法、、CD法法、CRD法降降低边墙墙高度和和洞室跨跨度，增增加边墙墙约束；；掌子面面台阶长长度与高高度匹配配（长度度大于破破裂面2～3m）；掌掌子面喷喷混凝土土（5～～10cm）临临时支护护；边墙墙支护强强度与拱拱部等强强。支护尽早早封闭成成环有利利于结构构承载（（早封闭闭）由于软岩岩易风化化、变形形快、来来压快，，开挖后后及时支支护，仰仰拱尽早早封闭成成环；分分部开挖挖应设临临时仰拱拱封闭。。拱墙初初期支护护及临时时仰拱应应与开挖挖同步，，每循环环封闭。。仰拱及及可略滞滞后开挖挖，但不不宜大于于30m，同时时考虑变变形情况况必要时时紧跟开开挖面。。二衬强度度及刚度度必须考考虑承载载（刚二二衬）规范规定定的软弱弱围岩不不收敛时时及早二二衬，针针对围岩岩的地质质情况应应甄别对对待———二衬后后变形能能稳定、、二衬后后继续变变形。软岩仅靠靠初期支支护是不不能满足足抗压要要求，同同时软岩岩初支需需要一定定柔性满满足变形形需求，，加之软软岩的流流变压力力，必须须考虑二二衬承受受一定压压力，其其强度和和刚度应应满足这这种需求求，一般般应考虑虑钢筋混混凝土，，且全断断面等强强（含仰仰拱）。。二衬时时间应根根据变形形量测信信息确定定，正常常收敛变变形时，，应在基基本趋于于稳定时时二衬，，减少二二衬压力力；变形形不收敛敛或异常常突变时时，应立立即进行行加强的的二衬，，防止围围岩及初初支过大大变形破破坏或失失稳坍塌塌加强量测测，保证证信息化化建设管管理（勤勤量测））监控量测测是新奥奥法的支支柱之一一，也是是软岩隧隧道施工工管理的的必须手手段。通通过监控控量测及及其数据据分析，，对隧道道的变形形及稳定定进行可可靠判断断，根据据量测结结果确定定支护参参数，既既保证安安全又节节省投资资；根据据变形