第4章-特殊地质地段的隧道施工-《隧道工程施工》教学课件

第4章特殊地质地段的隧道施工4.3黄土地段隧道施工4.1特殊地质地段隧道施工概述4.2膨胀土围岩地段隧道施工4.6岩爆地段隧道施工4.7高地温地段隧道施工4.8瓦斯地层隧道施工4.4溶洞地段隧道施工4.5松散地层和流沙地段隧道施工4.9隧道施工塌方处理初步认识特殊地质地段隧道的施工方法。具备确定黄土、溶洞、岩爆等地段隧道施工方案的能力。具备对隧道塌方进行预防与及时处理的能力。

知识目标第4章特殊地质地段的隧道施工4.1特殊地质地段隧道施工概述在修建隧道的过程中常会遇到一些不利于施工的特殊地质地段。在开挖、支护和衬砌过程中，受到各种因素的影响都可能发生土石坍塌、坑道支撑变形、衬砌结构断裂，这些都将严重影响施工的进度、安全和质量。4.2膨胀土围岩地段隧道施工4.2.1膨胀土围岩的特性基本特性1.塑性流变特性2.高强度特性3.胀缩特性4.2膨胀土围岩地段隧道施工4.2.2膨胀土围岩对隧道施工的危害1.围岩裂缝2.坑道下沉3.围岩膨胀突出和坍塌4.底鼓5.衬砌变形和破坏4.2膨胀土围岩地段隧道施工4.2.3膨胀土围岩隧道的施工要点1.加强调查、量测围岩的压力和流变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4.3黄土地段隧道施工4.3.1黄土地层对隧道施工的影响1.黄土节理的影响如果这种地层位于坑道顶部，则极易产生“塌顶”；若位于侧壁，则会普遍出现侧壁掉土；若施工时处理不当，则常会引起较大的坍塌。4.3黄土地段隧道施工2.黄土冲沟地段对施工的影响在黄土冲沟、塘边地段隧道施工，易发生较大的坍塌或滑坡现象。3.黄土溶洞与陷穴的影响隧道若修建在其上方，则会有基础下沉的危险；若修建在其下方，常有发生冒顶的危险；若修建在其邻侧，则有可能承受偏压。4.3黄土地段隧道施工4.水对黄土隧道施工的影响当其受水浸湿、呈不同程度的湿陷后，会发生突然下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如果支护措施满足不了变化后的情况，则极易造成坍塌。若施工中洞内排水不良，则洞内道路会因泥泞而难行，不论是无轨还是有轨运输都会给道路的维护、机械的使用与保养、隧道的铺底或仰拱施工作业等带来很大的困难。4.3黄土地段隧道施工1.黄土隧道的施工方法（1）黄土隧道施工时，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。（2）施工中应遵循短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测的施工原则。4.3.2黄土隧道的施工方法及注意事项4.3黄土地段隧道施工1.黄土隧道的施工方法（3）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。（4）采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，形成严密的支护体系。（5）做好洞顶、洞门以及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝。4.3黄土地段隧道施工2.黄土隧道施工的注意事项（1）施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。（2）施工时应特别注意拱脚与墙脚处的断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填。（3）黄土隧道施工时宜先作仰拱，如果不能先作仰拱，可在开挖与灌注仰拱前加设横撑。（4）施工中如发现不安全因素，应暂停开挖，加强临时支护。4.4溶洞地段隧道施工4.4.1溶洞的类型及对隧道施工的影响1.溶洞的类型溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。2.溶洞对隧道施工的影响（1）隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，易发生坍塌。（2）溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难处理。（3）遇饱含水分的充填物溶槽，坑道掘至其边缘时，含水充填物会涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。（4）当遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥沙夹水大量涌入隧道。4.4溶洞地段隧道施工4.4.2隧道遇到溶洞的处理措施（1）隧道通过岩溶区时，应查明溶洞分布的范围和类型，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）隧道穿过岩溶区，可采用探孔或物探等方法探明地质情况。（3）岩溶地段隧道通常用到的处理溶洞的方法有“引”“堵”“越”“绕”四种。4.4溶洞地段隧道施工4.4.3溶洞地段隧道的施工要点（1）当施工达到溶洞边缘时，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。（2）施工中应注意检查溶洞顶部，及时处理危石。（3）在溶洞地段的爆破作业应多打眼、打浅眼，并控制爆破药量且减少对围岩的扰动。4.4溶洞地段隧道施工（4）在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工；如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状黏土及砂黏土等，可在开挖前采用地表注浆、洞内注浆或地表和洞内注浆相结合的方法进行加固；如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤，则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）在未对溶洞做出处理方案之前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。4.5松散地层和流沙地段隧道施工4.5.1松散地层隧道施工1）超前锚杆或超前小导管2）超前管棚法1.超前支护3.降水、堵水2.超前小导管预注浆4.5松散地层和流沙地段隧道施工4.5.2流沙地段隧道施工1.加强调查，制定方案2.因地制宜，综合治水3.先护后挖，加强支护4.尽早衬砌，封闭成环4.6岩爆地段隧道施工4.6.1岩爆的特点及产生的主要条件1.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，块度大小多为几厘米长宽的薄片，个别达几十厘米长宽。（3）岩爆发生的地点多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖工作面较远。岩爆发生的频率随暴露后的时间延长而降低。一般岩爆发生在16d之内。4.6岩爆地段隧道施工2.岩爆产生的主要条件地层的岩性条件和地应力的大小是岩爆产生与否的两个决定性因素。从能量的观点来看，岩爆的形成过程是岩体中的能量从储存到释放直至最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。因此，岩爆是否发生及其表现形式主要取决于岩体中是否储存了足够的能量，是否具有释放能量的条件及能量释放的方式等。4.6.2岩爆的防治措施2.弱化围岩弱化围岩主要措施是注水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。1.强化支护强化支护的措施很多，如喷射混凝土或喷钢纤维混凝土、锚杆加固、锚喷支护、钢支撑网喷联合，紧跟混凝土衬砌等。4.6岩爆地段隧道施工4.6.3岩爆地段隧道的施工要点4.6岩爆地段隧道施工（1）平行导坑应掘进超前正洞一定距离。（2）爆破应选预先释放部分能量的方法。爆破时应严格控制用药量。（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）岩爆引起塌方时，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；采用钢纤维喷射混凝土；挂钢筋网或用钢支撑加固。4.7.1高地温的热源4.7高地温地段隧道施工1.火山岩浆集中处的热能2.放射性元素的裂变热源4.7高地温地段隧道施工4.7.2高地温地段隧道的施工要点（1）为保证隧道施工人员进行正常的安全生产，我国有关部门对隧道施工作业环境的卫生标准进行了规定。（2）为达到规定的标准，在施工中一般采取通风、洒水及通风与洒水相结合的措施。4.7高地温地段隧道施工（3）为防止二次混凝土衬砌出现裂缝，应采取下列措施。①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，宜采用高炉矿渣水泥（分离粉碎型水泥）。②在防水板和混凝土衬砌之间设隔热材料。③把一般衬砌混凝土的浇筑长度适当缩短。④用防水板和无纺布组合成缓冲材料。⑤在两拱角的延长方向适当设裂缝诱发缝。4.8瓦斯地层隧道施工4.8.1瓦斯的基本知识1.瓦斯的基本性质（1）瓦斯（沼气）为无色、无臭、无味气体，当其与碳化氢或硫化氢混合在一起时，会释放出类似苹果的香味。（2）瓦斯的比重为0.554，仅占空气的一半。（3）瓦斯不能自燃，但极易燃烧，其燃烧的火焰颜色随瓦斯浓度的增大而变浅。当空气中含有少量瓦斯时，火焰呈蓝色；当其浓度达到5%左右时，火焰呈淡青色。4.8瓦斯地层隧道施工2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯燃烧时，遇到障碍而受压缩，即能转燃烧为爆炸。爆炸时能发生高温、封闭状态的爆炸（即容积为常数），温度可达2150℃～2650℃；能向四周自由扩张时的爆炸（即压力为常数），温度可达1850°C。坑道中发生瓦斯爆炸后，坑道中完全无氧，而充满氮气、二氧化碳及一氧化碳气体。这些有害气体将很快传布到邻近的坑道和工作面，凡是来不及躲避的人，都会中毒而窒息，甚至死亡。4.8瓦斯地层隧道施工4.8瓦斯地层隧道施工（1）瓦斯的渗出（2）瓦斯的喷出（3）瓦斯的突出3.瓦斯放出的类型4.8瓦斯地层隧道施工4.8.2瓦斯地层隧道的施工要点1.防止瓦斯事故发生的措施（1）若隧道穿过瓦斯溢出地段，则应预先确定瓦斯探测方法，并制定瓦斯稀释措施、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。（3）加强通风是防止瓦斯爆炸最有效方法。4.8瓦斯地层隧道施工1.防止瓦斯事故发生的措施（4）洞内空气中允许的瓦斯浓度应按以下规定进行控制。①洞内总回风风流中允许的瓦斯浓度小于0.75%。②从其他工作面进来的风流中允许瓦斯浓度小于0.5%。③掘进工作面允许的瓦斯浓度在2%以下。④工作面装药爆破前允许的瓦斯浓度在1%以下。如瓦斯浓度超过上述规定，则工作人员必须立即撤到符合规定的地段，并切断电源。4.8瓦斯地层隧道施工1.防止瓦斯事故发生的措施（5）当开挖工作面风流中和电动机附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5%时，须停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理。（6）瓦斯隧道必须加强通风，防止瓦斯积聚。（7）当开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，使用一般的通风手段难以将空气稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。（8）采用防爆设施。4.8瓦斯地层隧道施工2.严格执行相关制度（1）瓦斯检查制度。（2）洞内严禁使用明火，严禁将如火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内。（3）进洞人员必须经过瓦斯知识和防止瓦斯爆炸的安全教育。抢救人员未经专门培训不准在瓦斯爆炸后进洞抢救。（4）必须挑选工作认真负责、有一定业务能力、经过专业培训、考试合格的瓦斯检查人员进行监测工作。4.9.1发生塌方的主要原因4.9隧道施工塌方处理

1.不良地质及水文地质条件

2.隧道设计考虑不周

3.施工方法和措施不当4.9.2预防塌方的施工措施4.9隧道施工塌方处理1.选择安全合理的施工方法和措施2.加强塌方的预测3.加强初期支护，控制塌方4.9.3隧道塌方的处理措施4.9隧道施工塌方处理（1）隧道塌方时应及时、迅速地进行处理。（2）处理塌方时应先加固未坍塌地段，防止继续发展，并按下列方法进行处理。①对于小塌方（纵向延伸不长、坍穴不高），先加固坍体两端洞身，并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