隧道工程岳强（电子课件）教学课件7隧道特殊地质地段施工.ppt

7特殊地质地段的隧道施工特殊地质地段：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。施工注意:●制订针对性强的施工方案。●施工总原则：“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”。●充分考虑采用预支护、预加固措施。隧道施工方法 1.膨胀土围岩的特性膨胀土：土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。特点：⑴明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。⑵初期围岩变形大，且变形发展速度快。⑶膨胀压力将使得围岩压力显著增加。7.1膨胀土围岩 2.膨胀土围岩对隧道施工的危害⑴围岩裂缝⑵隧道下沉⑶围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌⑷衬砌变形和破坏 3.隧道在膨胀土围岩中的施工要点⑴加强观查与量测⑵合理选择施工方法：短台阶或超短台阶法单侧壁导坑法环形开挖留核心土法眼镜工法等(3)防止围岩湿度变化(4)合理进行围岩支护 4.隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则施工基本原则：应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。注意两点：①尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。②尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。 5.膨胀土隧道的支护结构初期支护：网、锚、喷联合支护喷射钢纤维混凝土(取消钢筋网)辅助施工措施：超前锚杆超前小导管注浆管棚、钢支撑等。衬砌：必须设仰拱。 7.2黄土黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。 1.黄土分类及其对隧道施工的影响⑴黄土节理◆在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。◆隧道顶部极易产生“塌顶”；◆侧壁普遍出现掉土。 ⑵黄土冲沟地段隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平的黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。⑶黄土溶洞与陷穴这是黄土地区经常见到的现象。◆隧道若在其上方，则有基础下沉的危害；◆隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险；◆隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。第6章隧道施工方法 ⑷水对黄土隧道施工的影响◆黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。◆当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。 2黄土隧道的施工方法★应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。★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，紧凑施工工序，精心组织施工。 ★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★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。 ★宜采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆、管棚支撑加固围岩。衬砌背后回填要密实，尤其是拱顶回填。 ★特别注意拱脚与墙脚处断面的回填。★宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时，可在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设横撑。★施工中如发现不安全因素，应暂停开挖，加强临时支护。3黄土隧道施工的注意事项 6.7.3溶洞岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。溶洞：溶洞是岩溶现象的一种。1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响◆溶洞类型：●死、干、小型溶洞：较容易处理●活、湿、大型溶洞：较难处理。 ◆对隧道施工影响：●溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；●溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理；●溶洞涌泥危及施工。2.隧道遇到溶洞时的工程对策处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种。 ⑴引◆注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。◆方法：暗管、涵管或小桥等，见图6-19。⑵堵◆对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。◆方法：●混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图6-20；●隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵水，并加设隧道护拱及拱顶回填，见图6-21。 ⑶越◆现象1：隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。●方法：加深该侧的边墙基础(图6-22)。◆现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。●方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水(图6-23)。◆现象3：隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。●方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过(图6-24)。第6章隧道施工方法 ⑷绕若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。3.溶洞地段施工的注意事项⑴多作物探超前预报，如地质雷达。⑵穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。⑶严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。 7.4岩爆◆岩爆：岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种应力突发现象。◆岩爆形成的两个条件：(1)地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、大理岩等。(2)地应力条件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地应力，埋深超过700m的隧道发生岩爆的情况居多。 坚硬的岩石 1.隧道内岩爆的特点⑴岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。⑵岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。⑶岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。危险性：伤害人员、损坏机械！ 2.岩爆的防治措施⑴强化围岩出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。◆方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。⑵弱化围岩◆方法：●往岩层中注水：可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。●解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。 3.施工注意事项⑴超前地质预报：平导超前、地质雷达等。⑵爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。⑶缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。 7.5高地温1.高地温的热源◆火山的热源◆放射性元素裂变热的热源2.隧道施工注意事项及措施◆事项1：洞内温度应满足相关规定，不要超过30℃。●措施：主要措施为通风和洒水。 ◆事项2：防止高温地段的二衬开裂。●措施：(1)宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。(2)用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。(3)在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。(4)适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。◆事项3：注意工人的劳动强度。●措施：根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。 7.6瓦斯地层瓦斯是地下坑道内有害气体的总称，其成分以沼气（甲烷CH4）为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近通过而围岩破碎、节理发育时，可能会遇到瓦斯。 碳质页岩存贮瓦斯 1.瓦斯的基本性质◆无色、无味的气体，极易使人窒息死亡。◆比重仅为空气的一半，扩散速度比空气大1.6倍，很容易透过围岩裂隙渗入隧道◆不能自燃，但极易燃烧。 2.瓦斯的燃烧和爆炸性◆浓度小于5%遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸；◆浓度在5%～6%到14%～16%时，遇到火源具有爆炸性；◆浓度大于14%～16%时，遇火能平静地燃烧,一般不爆炸；◆瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。 3.瓦斯释放的方式1)施工阶段(1)瓦斯的渗出：缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露面或裂隙中渗出。(2)瓦斯的喷出：比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。(3)瓦斯的突出：在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。以第(1)种放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。2)运营阶段地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。 4.隧道防止瓦斯事故的措施1)制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。2)应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。3)加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的措施。4)洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。5)当通风难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。6)必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材等。7)专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。 坍方隧道开挖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。 塌方后的强支护 塌方冒顶 拱顶塌方 （1）发生坍方的主要原因◎不良地质及水文地质条件◎隧道设计考虑不周◎施工方法和措施不当◎施工组织管理不到位 （2）预防坍方的施工措施◎隧道施工预防坍方，选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工原则。必须制订出切实可行的施工方案及安全措施。 ◎加强坍方的预测。预测坍方常用的几种方法：A．观察法B．一般量测法C．微地震学测量法和声学测量法◎加强初期支护，控制坍方 （3）隧道坍方的处理措施◎详细观测坍方范围、形状、坍穴的地质构造，查明坍方发生的原因和地下水活动情况，经认真分析，制定处理方案。 ◎处理坍方应先加固未坍塌地段，防止继续发展◎处理坍方的同时，应加强防排水工作。◎坍方地段的衬砌，应视坍穴大小和地质情况予以加强。 ◎隧道坍方后要加设量测点，增加量测频率，根据量测信息及时研究对策。浅埋隧道，要进行地表下沉测量。 大规模坍方处理实例：1—第一次注浆；2—第二次注浆；3—第三次注浆；4—管棚；5—坍线；6—坍体；7—初期支护；8—注浆孔；9—混凝土封堵墙