【铁路实务】陈士甲 教材精讲班教案 26-第5章-5.6-特殊岩土及不良地质隧道施工

5.6特殊岩土及不良地质隧道施工5.6.1特殊岩土隧道施工一、风积沙和含水砂层1.隧道通过风积沙和含水砂层时，应采取超前支护措施止水和加固地层，可采用超前小导管、管棚、插板、预注浆、冻结等方法。2.风积沙和含水砂层隧道的开挖应符合下列要求：（1）风积沙层隧道开挖先支护后开挖；含水砂层隧道开挖先治水、后开挖。（2）根据隧道断面大小，宜采用中隔法或临时仰拱台阶法开挖。（3）风积沙层隧道应边挖边喷混凝土及时封闭，支护缝隙漏沙应及时封堵。（4）风积沙层隧道喷混凝土宜釆用挂设钢丝网等措施增加基面可喷性。二、黄土黄土隧道施工方法选择应根据隧道断面大小、围岩级别、土层含水量、监控量测情况综合考虑，一般情况下可采用台阶法施工，对浅埋、偏压及地表有沉降要求地段隧道可采取中隔法、交叉中隔法或双侧壁导坑法施工。1.黄土隧道洞口工程施工应符合下列要求：（1）洞口工程施工前，应先核查边、仰坡周围山体稳定情况，清除松散体及不稳定土体；对洞口附近黄土陷穴、人为坑洞和裂缝应提前夯填、灌注水泥浆、施作防渗水沟引排地表水等方式进行处理。（2）进洞前应按设计做好洞顶、洞门及洞口防排水系统，排水沟应进行防渗铺砌。洞门不宜在雨期施工。（3）洞口段加强初期支护，仰拱紧跟，及时形成封闭结构，二次衬砌应尽早施作。（4）当洞口受地形限制出现高陡坡、仰坡时，应尽早完成明洞工程。2.黄土隧道开挖应符合下列要求：（1）各分部宜采取弧形导坑并预留核心土，核心土长度宜3～5m，面积不宜小于开挖面的50%。（2）上台阶长3～5m，中台阶长5～8m；上台阶开挖高度3.0～4.0m，下台阶高度3.0～3.5m；仰拱距掌子面距离宜20~30m。（3）上台阶开挖循环进尺以一榀拱架间距为宜，小、中跨度间距为1.0～1.2m,大跨度间距为0.8～1.0m,特大跨度间距为0.5～0.8m；中、下台阶的开挖进尺、浅埋地段与上台阶进尺相同，深埋地段不大于上台阶一次进尺的2倍。（4）开挖方式宜采用机械开挖，墙脚、拱脚等隅角处应预留60～70cm厚土体，采用小型设备或人工开挖，且不应超挖。3.黄土隧道支护施工应符合下列要求：（1）开挖后应立即喷混凝土封闭开挖工作面，及时施作钢架、钢筋网、锚杆及复喷混凝土。（2）钢架基脚或分部开挖基脚等处应设置锁脚锚杆（锚管），并设置垫板。每侧锁脚锚杆不少2根，锁脚锚杆直径不小于22mm，长度不少于3.5m，外插角35°～40°。拱脚、墙脚宜采用大拱脚。垂直节理地段，应在拱脚设置测点，监控拱脚下沉状态。4.黄土隧道基底处理应符合下列要求：（1）明洞工程湿陷性黄土地基：换填法、挤密桩法或混凝土灌注桩法等进行处理。（2）当场地内有易形成集中入渗通道陷穴、坑洞：洞内换填、桩基处理等措施。（3）新近堆积黄土及饱和黄土地基不满足承载力要求时，可采取换填、树根桩（小直径的钻孔灌注桩）或混凝土桩等一种或多种相结合处理方法。5.黄土隧道二次衬砌施工应符合下列要求：仰拱应超前，并应一次灌注成型，仰拱距离掌子面宜控制在30m以内。拱墙衬砌应整体灌注，并及时施作。三、高原冻土高原冻土隧道洞口应根据季节温度变化，进行保温施工。供水设施宜布置在洞内，并通过增压泵、高压风等加压措施来保证施工需求。1.洞口施工应符合下列要求：（1）边、仰坡应快开挖、快防护、缩短暴露时间，并应分段、分层进行。施工中应对坡面稳定情况加强监测和检查。（2）开挖爆破应采取预留光爆层、间隔装药、减少同段起爆炸药量等措施，控制爆破对冻土的扰动。（3）明洞开挖应搭设遮阳棚，厚层地下冰暴露部分应采取保温措施，边坡应喷混凝土及时封闭，冻胀地基可采用粗颗粒土换填并封闭。2.二次衬砌施工应符合下列要求：（1）二次衬砌宜紧跟工作，采用低温早强混凝土，应连续、对称浇筑。（2）相邻接触面温度在-5℃以下浇筑低温早强混凝土，应采取措施加热接触面，并提高入模温度和加强覆盖保温。（3）低温早强混凝土拌和温度不应高于30℃，加气剂宜在混凝土拌和30s后加入，抗冻剂应溶于拌和水掺入。（4）混凝土养护应保持温度，防止冻害。5.6.2不良地质隧道施工一、富水软弱破碎围岩1.富水软弱破碎围岩隧道开挖应符合下列要求：（1）应采取超前支护措施，保障开挖工作面稳定。（2）涌水较大宜采用注浆堵水措施，隧道埋深在20m以内，可釆用地表注浆，隧道埋深超过20m,宜采用开挖工作面预注浆。（3）单线隧道宜采用预留核心土台阶法开挖，双线和多线隧道宜采用中隔壁法或双侧壁导坑法开挖。初期支护应尽早封闭成环。二、岩溶1.岩溶作用是指地下水或地表水对可溶岩石进行以溶蚀为主，机械侵蚀和重力作用为辅，引起岩石的破坏及物质带出、转移和再沉积的综合地质作用。由岩溶作用形成的地形及堆积物称为岩溶地貌及岩溶堆积物。2.防排水应以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理。岩溶处理可采用疏导、堵填、注浆加固、跨越（桥梁、涵洞）、宣泄（泄水洞）等措施。3.岩溶隧道施工要求：（1）岩溶发育隧道，地质预报应建立以长距离物探和钻探为主其他物探方式为辅，红外线探测连续施测的综合预报体系。（2）开挖宜采取台阶法，必要时采用中隔壁法。在II、Ⅲ级围岩条件下，且溶洞仅穿过隧道底部小部分断面时，可采用全断面法。（3）溶洞位于隧道一侧时，应先开挖该侧，等支护完成后再开挖另一侧。（4）暗河段施工，以排为主，不得进行封堵，造成排水受阻，增大对正洞衬砌压力。（5）二次衬砌施工前，应采用物探手段检查隧道周边环形加固层及层外围岩情况，重点检查拱部、底板、边墙5m内是否存在有害空洞，隧道底部是否密实。三、瓦斯1.一般规定（1）开工前，施工单位应对施工作业人员及管理人员进行专项安全技术培训。瓦斯检测、爆破作业、安全员、领工员等管理作业人员均应通过专项技术培训，并持证上岗。（2）瓦斯隧道煤系地层宜采用台阶法施工，上下断面距离应根据围岩稳定和通风需要确定。2.瓦斯工区钻孔作业应符合的要求（1）瓦斯工区钻孔作业必须采用湿式钻孔；（2）炮眼深度不宜小于0.6m。（3）必须采用煤矿许用炸药，瓦斯突出地段必须使用安全等级不低于三级煤矿许用含水炸药。（降低瓦斯引爆的风险）（4）瓦斯工区必须采用电力起爆，必须采用煤矿许用电雷管（保证起爆的精准性和安全性）。使用毫秒延期电雷管时末段延期时间不得大于130ms（这个时间瓦斯浓度不足以引发爆炸），严禁使用秒或半秒级电雷管。（5）瓦斯区段严禁反向装药起爆。反向装药缺点：但反向爆破不仅需要较长的脚线而且不够安全反向起爆时，容易引爆瓦斯，所以高瓦斯矿不允许反向起爆。（6）爆破网路必须采用串联连接方式，严禁将瞬发电雷管与毫秒电雷管在同串联网路中使用。（7）必须使用防爆型起爆作为起爆电源，一个开挖面不得同时使用两台及以上起爆器起爆。串联连接可以确保所有雷管在同一时间被激发，从而提高爆破效果。瞬发电雷管和毫秒电雷管的激发特性不同，同时使用可能导致爆破效果不稳定，甚至可能引发安全事故。（8）在非瓦斯突出工区进行爆破作业时，爆破15min后应巡视爆破点，检查通风瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，如有危险必须立即处理。（9）在瓦斯突出工区，揭煤爆破15min后，应由救护队员佩戴防毒面具或自救器到工作面对爆破效果、瓦斯浓度等进行检查，确认安全后方可通知送电、开动局部通风机；通风30min后，由瓦斯检测人员检测工作面、回风流瓦斯浓度；在瓦斯浓度小于1%，二氧化碳浓度小于1.5%后，方可解除警戒，允许工作人员进人开挖工作面。3）瓦斯突出隧道施工，应采用的防突技术措施（1）接近突出煤层前，必须对设计标示的各突出煤层位置进行超前探测，标定各突出煤层准确位置，掌握其储存情况及瓦斯状况。（2）施工时，应至少选用瓦斯压力法、综合指标法、钻屑指标法、钻孔瓦斯涌出初速度法和“R”值指标法5种方法的两种方法对突出危险性进行预测，并相互验证。4）瓦斯隧道施工通风应符合的要求（1）低瓦斯工区可用便携式瓦检仪，高瓦斯工区和瓦斯突出工区除便携式瓦检仪外，尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置。（2）瓦斯隧道各掘进工作面应独立通风，通风方式均应选择压人式，严禁任何两个工作面之间串联通风。（3）瓦斯隧道压入式通风主风机风管末端距离开挖工作面宜为30m左右，主风机网管末端位置应设局扇，局扇工作时风管口距离开挖工作面不宜大于5m。（4）瓦斯工区的通风机应设两路电源，并装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，使风机正常运转。四、岩爆岩爆是地下工程在开挖过程中，脆性岩体在高应力的条件下，由于施工爆破扰动原岩，使其内部存储的弹性应变能急剧释放出来，造成开挖空间周围部分岩石产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动态力学现象。1.不同强度等级岩爆可采取下列技术措施：（1）轻微岩爆地段开挖可正常掘进，并采用局部锚杆、应力释放等措施。（2）中等岩爆地段，除可采用轻微岩爆地段措施外，还可采用超前注水、防岩爆锚杆等措施。（3）强烈岩爆地段，除可采用中等岩爆地段措施外，还可采用超前应力解除爆破、小导洞超前、超前锚杆、钢架支撑等措施。2.岩爆隧道的施工应符合下列要求：（1）应做好发生岩爆时间、位置、强度、类型及数量等记录，总结岩爆规律。（2）应采用光面爆破技术，使隧道周边圆顺，减少应力集中；严格控制装药量，减少对围岩扰动。（3）控制循环进尺，循环进尺不宜大于3m。（4）中等强度以上岩爆地段宜采用凿岩台车及喷混凝土台车施工。台车及装渣机械、运输车辆上宜加装防护钢板，避免岩爆弹射块体伤及操作人员和砸坏施工设备。（5）超前注水孔宜布置在隧道边墙及拱部开挖断面轮廓线外10～15cm范围内，并向孔内灌高压水，软化围岩，加快围岩内部应力释放。（6）开挖后应及时喷纤维混凝土封闭，厚度宜为5~8cm。（7）应力释放孔直径不宜小于70mm。（8）防岩爆锚杆可采用楔管式、缝管式、水胀式等能及时受力锚杆，以调整围岩应力分布及加固围岩。锚杆长度宜2m左右，间距宜为0.5～1.0m。水胀式：通过高压水使其膨胀，在膨胀过程中产生永久变形，与锚杆孔壁完全贴合，从而产生摩擦力和自锁力。五、挤压性围岩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。挤压性围岩隧道开挖应根据断面大小采用微台阶法、中隔壁法、双侧壁导坑法和交叉中隔法等分部开挖法施工。1.挤压性围岩隧道二次衬砌应符合下列要求：（1）二次衬砌应采用仰拱超前、墙拱一次成型方法灌注。（2）在稳定性很差或地应力复杂地段，应加强初期支护，初期支护可分几次施作，二次衬砌施作时间待变形趋于稳定