软弱围岩隧道预防坍塌安全施工技术附有丰富现场照片

软弱围岩隧道预防坍方

安全施工技术

铁道部工程管理中心

二○一○年八月

0前言目前在建隧道6600公里，已规划建设隧道7600公里，隧道呈现“三多”特点（隧道数量多、长大隧道多、风险隧道多）。其中软弱围岩隧道占有相当大的比例。软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，由于技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱等环节的诸多问题，造成了大量的隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。

1如何提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全，其核心是抓住软弱围岩隧道工程特点，落实好“三超前、四到位、一强化”施工技术关键环节。

●三超前：超前预报、超前加固、超前支护●四到位：工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位●一强化：强化量测

2目录1软弱围岩隧道变形、坍方事故案例2软弱围岩隧道地质特征和工程特点3软弱围岩隧道施工技术

31软弱围岩隧道变形、坍方事故案例

41.1事故案例郑西客专南山口隧道大坍方（2007年7月15日发生）。坍方段埋深86米，地质为强风化粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。掌子面初期支护首先出现掉块、开裂，3天后发生大坍方，坍方长度146米，洞内初期支护全部破坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。坍方原因：快速封闭不到位、衬砌跟进不到位、量测未到位。（上台阶开挖83米，仰拱距掌子面126米，二衬距掌子面146米）。

5南山口隧道大坍方照片

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7贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方（2010年1月19日发生）。坍方段埋深21m（属浅埋），地质为向斜构造全风化花岗岩，呈砂状，开挖扰动后呈流塑状，地表为水田和常年流水水沟。进口开挖到398米处，掌子面施作超前小导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约800立方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约35米。涌砂坍方原因：未进行超前预报、未进行超前加固、未进行超前支护

8东科岭隧道涌砂坍方照片

9东科岭隧道地面坍坑照片

10张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形（2010年2月26日发生）。变形段隧道埋深约300米，地质为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于F3断层影响带，构造节理发育，岩体破碎。进口开挖到4136米处，初期支护工25b钢架发生变形，变形速率151mm/d，随后掌子面后方30米范围内初期支护扭曲变形，喷射混凝土开裂、掉块，渗水量增大。该段变形原因：由于对工程地质特性认识不足，工法选择不到位、支护措施不到位。

11旧堡隧道初期支护变形开裂照片

12集包铁路新旗下营隧道坍方（2010年3月19日发生）。坍方段埋深约70米，地质为变质大理岩，前期施工时经常发生局部掉块。进口开挖到370米处。后方56米位置初期支护（格栅钢架）失稳破坏坍方，造成多名作业人员遇难。坍方原因：支护措施不到位、快速封闭不到位、量测不到位

13新旗下营隧道坍方照片

142006年3月21日:武康二线王家沟隧道坍方，8人受困。5月16日:大丽线南场岭隧道洞口坍方，6人受困。5月21日:洛湛线双牌二号隧道洞口坍方，1死3伤。8月12日:郑西客专秦东隧道坍方，2人死亡。9月13日:武康二线系家山一号隧道坍方，2人死亡。

2006年发生事故5起，造成5死3伤14人受困

1.2事故统计与分析统计2006年至今软弱围岩隧道发生事故

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2007年4月30日:太中银吴堡隧道坍方，4死1伤。7月15日:郑西客专南山口隧道大坍方146米。8月6日:石太客专南庄隧道坍方，2人死亡。8月6日:广深港客专水田隧道洞口坍方，2人死亡。9月2日:合宁线亭子山二号隧道坍方，5人死亡。9月30日:兰青二线八盘峡二号隧道坍方，8人受困。

2007年发生事故7起，造成13死2伤8人受困

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2008年1月9日:兰青二线杨家店隧道坍方，2人死亡。1月20日:郑西客专盘东隧道坍方，3人死亡。3月21日:田德线百安隧道坍方，2死3伤。3月25日:包西线活沙兔隧道坍方，4人死亡。7月15日:洛湛线古榄隧道坍方，1人死亡。8月29日:西格二线克土隧道坍方，4死7伤。

2008年发生事故6起，造成16死10伤

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2009年2月17日:包西线寨山村隧道坍方，2人死亡。3月8日:石武客专木兰隧道坍方，2死2伤。3月16日:向莆线宝台山隧道坍方，3死1伤。7月19日:襄渝二线杨家沟隧道坍方，2人死亡。8月1日:湘桂线梅子坳隧道洞口坍方，3人死亡。10月29日:包西线新响沙湾隧道坍方，人员逃脱。12月19日:包西线邓家楼一号隧道坍方，6人受困。2009年发生事故7起，造成12死3伤6人受困

18201遗0年1月14日:南广庸线白猛云隧较道突御水突宋泥，5人死暖亡。3月19日:集包赵线新墓旗下辈营隧东道坍跑方，10人死亡梦。7月11日:南黎线嫌那适2号隧道算坍方，10人死亡尤。截止目屋前，201歉0年发生完事故3起，喜已造排成25人死亡19对统计贤数据进叫行分析粮，软弱她围岩隧创道事故残主要表般现在三映个方面挥：一是剂洞口丘坍方喊，占20%。二是掌溪子面变翁形坍方摔，占33迈%。三是您掌子埋面后顾方坍谅方“超关门麦”，层占47%。20据以蚂上不军完全搅统计宫，从200崖6年到20寇10年目前裳为止，4年多已时间顷内，贪软弱娱围岩佩隧道顷发生吉事故28起，死港亡71人，事佣故发生旁之频繁电，死亡南人数之彼多，令筋人心痛失。究其耀原因，呜主要有叨两个方世面，一是客嚷观上地乎质和环董境的复能杂性，熔二是主摆观上技牛术措施取、施工兰方法及展工艺、乡丰现场管述理等原慨因。因此，衬提高对丹软弱破银碎围岩定的认识赞，提高嘉设计和吨施工水共平，做负到“三蕉超前揪、四通到位脱、一箱强化施”，对杜洒绝工程双事故的蠢发生十掏分重要散。212软弱围浙岩隧道塔地质特孟征和工贪程特点222.净1软弱围违岩隧道亮地质特猴征围岩涌强度软低，挎承载钉能力守低。如黏性测土、粉贪土、砂街类土、蔑黄土、螺全风化荐岩体等吃。节理发顾育、破网碎、自通稳能力而差。如岩叠体破贱碎的闪泥岩转、页贫岩、友砂岩啦、千便枚岩昏、板季岩等老。断层带搜散体结路构、自初稳能力粱极差。受构造错影响，罪断层带滑结构面海杂乱无梦序，呈傲角砾、腹縻棱状磁或碎裂丈结构，登充填泥惧质或泥奸夹岩屑铲。232.2软弱蛋围岩凯隧道滩工程疫特点软弱绪围岩物强度初低、自苗稳能胞力差态，隧道添开挖狼后地鲁应力拢重新分布，使隧地道周边饶产生较热大的松翻动圈。阻一旦工程脖措施（包凭括设曾计措痕施）住和施羽工方劣法不当侨，将极易发生企初期支护变形侵限和隧道做坍方等售工程事故蓝。因墙此，软弱侵围岩我隧道萝施工的核心是“控制变形、防止坍方”。243软弱古围岩音隧道规施工近技术25软弱节围岩兆隧道榆施工堆，应盲在以涉下七蜻个方距面予累以重练视，挨实现券标准服化施域工管文理，猛从而问避免擦变形爱和坍龟方事翠故的亲发生荒。◆超前笛预报◆超广前加估固◆超教前支闲护◆开挖唱工法◆初亏期支璃护◆二次劲衬砌◆监财控量虚测263.米1超前丢预报现场昏时常拦会遇修到实叹际开抹挖揭叛示的叨地质获与设膨计提国供的甚地质近存在倘较大捷差异酱，引庆起技暮术措董施和棉施工锋方法刻的变罚化。尸因此纱，除择设计脆阶段怕加强椒地质植勘察娘外，颂施工爪阶段碎也必宇须进巨行超殖前地船质预泰报工僚作，图这一凶点尤徒为重歪要。地质素田描、物旷探、超相前钻探境方法是能软弱围门岩超前驼预报的虾主要手者段。在破雪碎带折和断睡层地蕉段，撒加强迷超前担长、敲短钻碑孔，塌及时凑探明芦隧道龄前方霸地质测情况货，特共别是早地下祝水的炊发育时情况简，严感禁在甘未探控明情眼况下真盲目谱开挖厌。27参建各瘦方都应稿该重视筑施工阶拨段超前膊地质预岁报工作季，建立陪责任制敌，明确城责任和戏分工。枝高和极命高风险浮隧道，彼必须进叔行超前孝地质预舰报的专为项设计贫。283.2超前差加固在断往层破莲碎带流和软籍弱地尺层，悉特别似是富凤含水搜时，皆必须树对围困岩进捉行超句前加自固，疏改良直地层炭，确歌保隧钉道安挎全施征工。必须席配备凯专业兄队伍抵、专变业设办备，后进行丹专项泥设计斗，保鱼证加畜固效哲果。目前，诵常用的困围岩加主固方法携是注浆撑法。仿注魄浆法主脆要分全巧断面注漆浆和局朽部注浆场两种。谦在富水之断层地弄带，常昆采取全赞断面注汽浆。29全断面天注浆法渡钻孔数术量多，伤施作周抛期长；喷局部注绘浆是针麻对隧道影前方地肺层特点怪，对薄纱弱部位彩进行注扰浆，钻偿孔数量士少，施宴作周期足短。无论吩是全欠断面梁注浆萄，还促是局婚部注善浆，自都要衡求必姓须配擦备先汽进的崭钻孔软注浆那设备赛，必选须采扑取信露息化阅注浆答。30别岩槽廉隧道F1断层全某断面注柿浆照片31齐岳楼山隧岭道F1肢1断层半信息冲化注桶浆照宰片32注浆行加固描范围纵向加呢固长度顾应根据瓣钻机能洋力和地精层特点竿确定，事一般为20～30致m。特恼殊地莫层条纱件下条，应滑及时捎调整资纵向撇注浆排加固颈长度别，否川则既庆影响贤进度韵，又韵影响粗质量甜。环向失加固征厚度俊一般漂为3～5m，局恭部可扩增加乒到5～8m。33中国圾产MG胶J-疼50钻机中国产XY-央2PC影G钻机该类钻叹机最大身扭矩200虚0～300碑0N·争m钻进速量度3～5m明/h34中国产MZ诊20肯0钻机最大扭怪矩340突0N·口m钻进够速度5～15m军/h35日本产RDP估-15蹄0钻机最大扭勇矩80箭00赤N·碌m钻进速摸度15～20衫m/梦h36日本元矿岩RPD膊-18果0C多功能劣钻机最大败扭矩80携00岔N·理m，钻他进速蛙度15～20宿m/香h37意大欺利C6钻机最大现扭矩13比55图0N蹈·m钻进嘱速度20～30m蛙/h38意大互利产SM4踢00钻机最大扭书矩13匀63归0N墓·m钻进速仰度20～30m兵/h39德国KR8舰05钻机最大额扭矩27恭00米0N核·m钻进虚速度25～30猎m/摩h403.痛3超前支加护常用的尺超前支滥护方式看有超前跟大管棚岔和超前滩小导管律两种。●超前大漫管棚：搜超前大41洞内礼大管强棚照驻片42设管棚循工作间奖：一般施姨作管棚搜时都要揉设置管斩棚工作恋间，管有棚工作元间按钻车机特点肥设计，结比隧道忧断面加帐宽50～70浙cm，工作最间长度7～10仇m，如果火只进行暖一个循套环管棚爽施作，豆管棚工号作间比43齐岳山旅隧道F11断层前链期管棚摇工作间谋照片44一是阔为施衡作工着作间吐，隧格道断悦面加喝大后妈，开说挖难肠度加增大，撇开挖之安全尾风险者增加槐。二是若赚循环注装浆后未滩能按设肤计开挖径到位，域工作间糕尺寸将辰满足不割了要求音，将无法法进行桑正常管梁棚作业衬。三是由斧于管棚诵工作间蛙45无工作扔间管棚访施作技州术：在标准姐断面采避用顶进呀器将管男棚顶到46齐岳蝇山隧卖道F1尼1断层后舱期无管闷棚工作肥间照片47●超前小抽导管：赖超前小昨导管是公在对施棒工安全截要求较翻高的条测件下使守用。在的破碎围走岩、堆毒积体、借砂土质凶地层、肝断层破袍碎带中牙普遍采港用。当地层竞卡钻严讨重时，挤可采用筝自进式禽锚杆。小导迫管一绑般采赛用φ32狱mm～φ6萝0m兼m的钢管祖，纵向微长度2.5～6m根据工许程需要府设置。小导酬管布侵设后孩根据斜地层环稳定恼情况蛛，如味需要贝可进灿行注巩浆，支加固饶周边阵地层税。48洞内订超前览小导男管施虹工照评片49●水平旋休喷支护闲：软塑命土体、保含水砂汉层等可帖采用水闪平旋喷蛋进行超铅前加固奴与支护裤。50预切槽茧支护：用特积制的岗链式卡机械耍切刀佳沿断佳面周斥边连优续切扮割出潮一条荐厚约醉数十滤厘米藏，深缺数米市的窄委槽，销同时累应用层与切照刀一他体化荐的混北凝土蚂灌注唇设备慈注入帐混凝特土，果形成即一个午连续身的，居起预天先支弃护作圈用的屋混凝缠土拱返壳。遵然后服在“笨拱壳粗”支非护下缓进行膛工作决面的今全断升面机议械挖爱掘51预切槽辣法三维亲示意523.糕4开挖工躬法常用的楚开挖工拒法有台信阶法、秩环形导震坑（预睁留核心马土）法弊、CD法、CRD法、睬双侧床壁导踪蝶坑法荣等。开挖拍工法眠应根凑据地描质情刺况和少地层暂加固院情况吊确定旅。实嫩施中柴根据盯地质鸭情况蛾和量第测成酸果及距时调哑整工倒法。开挖工投法选择阵时，原郑则上在徐确保安序全条件跪下，应戚从简单强到复杂伟，尽量诉减少开鲁挖步骤郊。现场零施工隔应严煌格执把行设总计工腐法，狡不得肠擅自豪更改追。53●台阶碎法：该工百法一恼般适浇合于Ⅳ级围岩姑，要求省台阶长蒜度不大异于1倍洞梨径，急仰拱腿距掌迎子面帽距离塞不大灶于2倍洞读径。54●环乘形导赠坑(预留核锣心土)法：该方赶法利牧用核尺心土夕稳定便掌子腔面，苹然后筑开挖余两侧笔边墙款、中暑部核盒心土衰，最痛后开妻挖仰召拱。旱该工喷法步查骤多掠，工幸艺要伏求高兵。55目前，仆软弱围嘱岩大断胶面隧道受多采用醒环形导串坑法（搂三台阶望七步流狠水法）济，出现宁的问题沾也最多慰，对该赔工法技坐术要求饲如下（管双线隧垄道）：上台笛阶每导循环箭开挖穿进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩暮不大于1榀钢尘架，Ⅳ级不岂大于2榀。边墙开咏挖进尺芝不大于2榀。仰拱超开挖忌前必额须完饶成钢众架锁苦脚锚鸽杆（效管）呆，每箭循环从开挖臂进尺致不大暴于3m。初期谜支护族封闭杜成环夏位置尸距掌绿子面锣距离镇原则很上不鞭宜不杂大于2倍洞径要。根据赏地质退、量惑测情棍况，抚设置车临时束仰拱扒或横烧撑。56环形碎导坑(预留核宿心土法)照片57●CD法（中露隔壁法争）：该工内法适瘦合于血浅埋尾地段希或穿尖越建屯58●CRD法（交悄叉中隔龟壁法）闪：该工也法在蚁特殊侦条件暑下采钢用。斩该工画法是捞将大59CRD工法开宽挖照片60●双侧贵壁导坑森法：该工羊法在山特大巩断面奔等特蓄殊条扰件下挖采用惠。该结工法穿先开吓挖隧冷道两善侧导索坑，盆再进急行中纱部开下挖支蔽护。烦工法拦特点恼：控罪制沉役降变持形好泡，但码连接殃点多印，受胜力复枣杂，足对工两艺要剪求高纱。61双侧壁仁导坑工畏法开挖蚕照片62对于提岩石不强度叉低，纺环境轮要求咐高的晒隧道塑应采蛋用单扇臂掘粥进机才、铣竭挖机伴、机续械破低碎等衬开挖燃。633.5初期支断护初期载支护严方式帐：锚净网喷衫；锚级网喷+钢拱献架，发钢架北形式咏有格蛮栅钢训架、键工字赶钢、H型钢。院特殊地完质条件丽下使用颤喷钢纤冈维混凝馋土。初期甚支护狠受力开特征袖：隧百道开盛挖后由短时钓间或向变形挠量小至时，功初期糊支护姥与地粪层共朴同承帽受形后变压兄力。期支护另不及足时或锡支护风后变友形量报过大虫，岩存体松惯动后涨荷载照加大就，由参初期晴支护知完全讲被动妈地承镜受松纹动压膝力。虏因此梨，必意须保货证初境期支误护的封强度奇和刚窑度，疯及时获支护趋，控制普变形。64●初期支病护仰拱围（临时返仰拱）确及时闭殊合极其催重要，育闭合成纳环后，近提高了米结构的研承载能狸力，从森而有效胀地控制伙变形、僻避免坍历方。65技术孤要求双线隧杜道Ⅳ、Ⅴ级围界岩采盲用台付阶法断开挖窃时，库必须律设置贸锁脚协锚杆毯（管仆）等档控制惭拱（悔墙）猎脚位努移的盼措施坦。双线琴隧道Ⅴ级围帜岩应混设置证横向救临时毫支撑短或临再时仰览拱，速临时箱支撑翁采用伞型钢墓，纵车向每2榀设1处。钢拱架县宜采用咐八字节理格栅拱宝架。钢拱架亮应工厂怕化制造旧，出厂声前必须学进行检顾验、试鹅拼装。喷混亭凝土何原则勾上采达用湿腐喷工析艺，事特殊承地质环条件叉下可丧另行唤设计搏。663.剑6监控量辟测监控量技测是软广弱围岩冲隧道安愧全施工谣的“眼熄睛”，是暂判断炭结构件稳定贵性、药指导缩慧软弱闭围岩驳隧道冻安全骡施工“最盖重要引”的信息暴化手段渔。不进适行监控叮量测，秆将无法蚂保证软题弱围岩拍的安全格施工。寺很多隧简道的变辉形与坍虾方是因淋为没有兰进行量带测、或位没有使嘱用量测伪成果才状产生的欢，教训水深刻。67监控种量测哨主要渴包括丽拱顶常下沉镇和水护平收屑敛，困浅埋堡段应极进行谣地表国沉降滤量测伟。目懂前采阴用有兽尺量莫测的昼较多勾。由腰于隧廊道断胀面大唇，采角取有发尺量灶测时级，施不工干圈扰大袍、耗曾时长踢。应瓜大力肢推广抗采用念全站气仪利植用贴徒片反冲射进68技术要教求建立等掀级管理习、信息植反馈和衫报告制戚度。隧道监起控量测旬必须设水置专职吉人员，秤培训后理上岗，忌实行专头业化管芬理，城值市隧道榜要引入培第三方柴监测。量测进断面索布置泛间距Ⅳ级围蠢岩10m（规程10～30m）、Ⅴ级围岩5m（规厚程5～10m）。拱顶下喂沉或水半平收敛境速率达5m狠m/灯d或位移态累计达10壁0m捏m时，子要暂愚停施奇工，犹分析潮产生捕原因美，提牌出处珠理措贝施。采用有船尺量测仇时，测竿点挂钩竟要做成具闭合三余角形，堂保证不监变形、单点接触串。69拱顶下秒沉量测强照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