不良地質(zhì)條件隧道施工

1、不良地質(zhì)條件隧道施工,主講人項(xiàng)目副總工,不良地質(zhì)中隧道施工的一般原則： 充分利用各種手段和方法，盡可能準(zhǔn)確掌握不良地質(zhì)的情況； 根據(jù)掌握的不良地質(zhì)情況，制定相應(yīng)的施工方案和處理措施 ； 隨著施工揭露地質(zhì)，并根據(jù)施工安全性和支護(hù)措施的效果，及時(shí)修正，保證施工安全和隧道質(zhì)量。,,不良地質(zhì)條件施工一般原則,在隧道施工中，往往會(huì)遇到斷層破碎帶、富水軟巖及大量涌水地段，這些地段往往不是單獨(dú)出現(xiàn)，不少情況是同時(shí)存在的。因此三者之間既

2、有聯(lián)系，又各有特點(diǎn)，其施工措施也是既有共性，又各有側(cè)重。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,斷層破碎帶是常見的不良地質(zhì)段，斷層帶內(nèi)巖體破碎，呈塊石、破碎或角礫狀，甚至呈斷層泥，巖體強(qiáng)度低，圍巖自穩(wěn)能力差，施工困難。其施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動(dòng)性以及隧道軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系等因素。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（一）斷層破碎帶,隧道軸線接近于垂直構(gòu)造線方向時(shí)，斷層規(guī)模較小，破碎帶不寬，且含水量較

3、小時(shí)，條件比較有利可隨挖隨撐。當(dāng)隧道軸線斜交或者平行于構(gòu)造方向時(shí)，則隧道穿過破碎帶的長(zhǎng)度增大，施工難度大。見下頁(yè)圖。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（一）斷層破碎帶,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（一）斷層破碎帶,隧道中線與斷層帶的位置,富水軟巖是指各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重的風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層，在富含地下水的情況下，巖體強(qiáng)度很低，自穩(wěn)能力極差的圍巖。施工難度極大，俗稱“爛洞子”。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（二）富水軟巖

4、,大量涌水也是常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在雨量充沛和地下水豐富的地區(qū)，隧道穿過斷層破碎帶、裂隙密集帶、不同巖層接觸帶或巖溶發(fā)育地段時(shí)，施工中往往會(huì)發(fā)生地下水和承壓水大量涌出的現(xiàn)象。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（三）大量涌水,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況,（三）大量涌水,斜井洞內(nèi)涌水,對(duì)于富水軟弱破碎圍巖隧道，設(shè)計(jì)一般根據(jù)地表探測(cè)和少量的地質(zhì)鉆孔，來推斷地下深處的隧道地質(zhì)條件，往往與實(shí)際地質(zhì)條件存在差異。因此，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)施工掌子面前方的地質(zhì)條件就非常必要

5、，應(yīng)把地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作為一個(gè)工序納入生產(chǎn)過程。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào),地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：鉆孔超前探測(cè)；超前地質(zhì)導(dǎo)坑；地震波、聲波、地質(zhì)雷達(dá)等物理探測(cè)。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào),重點(diǎn)預(yù)報(bào)內(nèi)容：開挖面前方的地質(zhì)情況；圍巖整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對(duì)施工的影響；地下水活動(dòng)情況等。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào),地下水處理原則：以堵截為主，排引為輔。 堵截地

6、下水方法：一類是整個(gè)富水段注漿止水，加固圍巖，相當(dāng)于提高圍巖等級(jí)；如深孔劈裂、擠壓注漿。一類沿隧道開挖輪廓線以外進(jìn)行環(huán)形注漿，形成止水帷幕，防止或減少地下水進(jìn)入開挖面；如淺孔注漿、管棚注漿、小導(dǎo)管注漿等。 排水輔助措施：導(dǎo)坑、鉆孔；目的是排水降壓。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（二）注漿堵水并加固圍巖,雖地層經(jīng)注漿加固，為確保施工安全，一般在開挖前采用超前支護(hù)，如超前錨桿、超前小導(dǎo)管等； 地下水較大的隧道，開挖前

7、采取排水降壓措施，排水主要采用鉆孔，鉆孔深度應(yīng)超出注漿范圍。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（三）開挖及支護(hù),開挖方法視圍巖穩(wěn)定情況，有：臺(tái)階法、正臺(tái)階預(yù)留核心土開挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。 開挖手段有兩種：一是非爆破開挖，如十字鎬、風(fēng)鎬或小型挖裝機(jī)開挖；二是控制爆破，如松動(dòng)爆破、微振動(dòng)爆破。目的是盡可能減少開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)。,,富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工,（三）開挖及支護(hù),我國(guó)是碳酸鹽分布極廣泛的國(guó)家，覆蓋及出露的碳酸鹽總面積約占我國(guó)領(lǐng)土

8、面積的1/5。在巖溶地質(zhì)地區(qū)形成的各種溶蝕形式中，對(duì)隧道工程影響嚴(yán)重的主要是溶洞和暗河。介紹巖溶地質(zhì)最常見的溶蝕形式和對(duì)隧道工程影響最嚴(yán)重的溶洞問題。,,巖溶地質(zhì),溶洞（karst cave ）是以巖溶水的溶蝕作用為主，間有潛蝕和機(jī)械塌陷作用而造成的基本沿水平方向延伸的通道。 溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易處理，而活、濕、大的溶洞處理方法則較為復(fù)雜。,,溶洞的類型及對(duì)隧道施工的影響,（一）溶洞

9、的類型,當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時(shí)，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌； 有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，隧道基底難于處理； 有時(shí)遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥沙夾水大量涌入隧道。,,溶洞的類型及對(duì)隧道施工的影響,（二）溶洞對(duì)隧道施工的影響,有時(shí)遇到填滿飽含水分的充填物溶槽，坑道掘進(jìn)至邊緣時(shí)，充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至地表開裂下沉，山體壓力劇增；有的溶洞、暗河迂回交錯(cuò)、分支錯(cuò)綜復(fù)雜、范圍寬廣，處理十分困

10、難。,,溶洞的類型及對(duì)隧道施工的影響,（二）溶洞對(duì)隧道施工的影響,渝懷鐵路板桃隧道,巖溶對(duì)隧道工程的影響主要有四個(gè)方面： 洞害 水害 洞頂?shù)乇沓料?洞穴充填物及坍塌,,溶洞的類型及對(duì)隧道施工的影響,（二）溶洞對(duì)隧道施工的影響,隧道在溶洞地段施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件有關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，查明溶洞分布范圍、類型情況（如大小、有無水，溶洞是否在發(fā)育中，以及其充填物）、巖層的穩(wěn)定程度和地下

11、水流情況（有無長(zhǎng)期不計(jì)來源、雨季水量有無增長(zhǎng)）等，分別以引、堵、越、繞等措施進(jìn)行處理。,,隧道遇到巖溶的處理措施,當(dāng)暗河和溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵。在查明水源流向及其與隧道位置的關(guān)系后，用暗管、涵洞、小橋等設(shè)施，宣泄水流或開鑿泄水洞，將水排出洞外 。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（一）引排水,當(dāng)水流的位置在隧道上部或高于隧道時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)?shù)木嚯x外，開鑿引水斜洞（或引水槽）將水位降低到隧道底部位置以下再引排 。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（一

12、）引排水,對(duì)已停止發(fā)育、跨徑較小、無水的溶洞，可根據(jù)其與隧道的相交位置及其填充情況，采用混凝土、漿砌片石、或干砌片石予以回填封閉，根據(jù)地質(zhì)情況決定是否需要加深邊墻基礎(chǔ)。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,溶洞位于隧道底部,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,溶洞位于隧道側(cè)面,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,溶洞貫穿整個(gè)隧道,當(dāng)隧道拱部有空溶洞時(shí)，可視溶洞的巖石破碎程度在溶洞頂部采用錨桿或

13、噴錨網(wǎng)加固，必要時(shí)可考慮注漿加固并加設(shè)隧道護(hù)拱及對(duì)拱頂進(jìn)行回填處理。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,,隧道遇到巖溶的處理措施,（二）堵填,噴錨加固與漿砌（混凝土）護(hù)拱,當(dāng)溶洞較大、較深，可采用梁、拱跨越。但梁端或拱座應(yīng)置于穩(wěn)固可靠的基石上，必要時(shí)用圬工加固。隧道在不同部位遇到溶洞采取不同的跨越措施。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）跨越,當(dāng)隧道一側(cè)遇到狹長(zhǎng)而較深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）

14、跨越,加深邊墻基礎(chǔ),當(dāng)隧道底部遇有較大溶洞并無流水時(shí)，可在隧道底下砌筑漿砌片石支墻，支承隧道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）跨越,支墻內(nèi)套設(shè)涵管,當(dāng)隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎(chǔ)時(shí)，可在邊墻部位或在隧道底以下筑拱通過。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）跨越,筑拱跨過,當(dāng)隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時(shí)，可加強(qiáng)兩邊墻基礎(chǔ)，并根據(jù)情況設(shè)置橋臺(tái)架梁通過。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）

15、跨越,架梁跨過,溶洞上大下小，且有部分填充物時(shí)，可將隧道頂部的充填物清除，然后在隧道底部標(biāo)高以下設(shè)置鋼筋混凝土橫梁及縱梁，橫梁兩端嵌入巖層。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（三）跨越,鋼筋混凝土橫梁及縱梁,在巖溶區(qū)施工，個(gè)別溶洞處理耗時(shí)且困難時(shí)，可采取迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，繼續(xù)進(jìn)行隧道施工，并同時(shí)處理溶洞，以節(jié)省時(shí)間，加快施工進(jìn)度。繞行開挖時(shí)，應(yīng)防止洞壁失穩(wěn)。,,隧道遇到巖溶的處理措施,（四）繞行施工,埋深較深的隧道工程，在高應(yīng)力、脆性巖體中，

16、由于施工爆破擾動(dòng)原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體突然釋放出潛能，產(chǎn)生脆性破壞，這時(shí)圍巖表面發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來，這種現(xiàn)象稱之為巖爆。,,巖爆及其防治措施,（一）巖爆的概念,常見的巖爆以頂部或拱腰部位為多。圖中陰影部分表示即將暴落的巖片，斷續(xù)線條代表巖片在脫落之前巖體產(chǎn)生的裂縫。 “A”“B”，表示即將暴落的巖塊。,,巖爆及其防治措施,（一）巖爆的概念,巖爆在未發(fā)生前并無明顯的預(yù)兆。巖爆時(shí)，巖塊自洞壁圍

17、巖母體彈射出來，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀。巖爆發(fā)生的地點(diǎn)，多在新開挖工作面及其附近，個(gè)別的也有距新開挖面較遠(yuǎn)處。,,巖爆及其防治措施,（二）巖爆的特點(diǎn),地層的巖性條件和地應(yīng)力大小是產(chǎn)生巖爆與否的兩個(gè)決定性因素。能量的觀點(diǎn)：巖爆的形成過程是巖體中的能量從儲(chǔ)存在釋放直到最終使巖體破壞而脫離母巖的過程。巖爆是否發(fā)生的條件：巖體中是否儲(chǔ)存足夠能量、是否具有釋放能量的條件、及能量釋放的方式。,,巖爆及其防治措施,（三）巖爆產(chǎn)生的條件,防止

18、巖爆的措施： 一、強(qiáng)化圍巖。如噴射混凝土、錨桿加固、噴錨支護(hù)、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合、緊跟襯砌混凝土。 二、弱化圍巖。如注水、超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法。,,巖爆及其防治措施,（四）巖爆防治的措施,一般來說，地溫超過30度，稱為高地溫。 隧道越長(zhǎng)，埋深越大，高地溫越嚴(yán)重。 地溫隨隧道埋深而升高，埋深小于1000m時(shí)，地溫起伏不大；當(dāng)大于1500m時(shí)，埋深增加地溫急劇升高。 巖體溫度達(dá)到35度，濕度達(dá)80%時(shí)，

19、高地溫就非常嚴(yán)重。,,高地溫隧道,（一）高地溫的產(chǎn)生,惡化施工環(huán)境，嚴(yán)重威脅施工人員健康和安全； 影響施工材料的選取，如耐高溫炸藥、止水帶、排水盲管及防水板等； 產(chǎn)生的附加溫度應(yīng)力可能引起襯砌開裂，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性不利； 高溫導(dǎo)致隧道內(nèi)機(jī)械設(shè)備的工作條件惡化，效率降低，故障增多。,,高地溫隧道,（二）高地溫對(duì)隧道的不利影響,1、通風(fēng)降溫 增大通風(fēng)量，則氣流溫度大幅度下降，并且該溫度的下降程度在通風(fēng)量達(dá)到一定量時(shí)有急劇加快之勢(shì)，

20、如果風(fēng)量再增加則氣流溫度的下降又逐漸緩慢下來。 熱害不太嚴(yán)重的情況下，加大風(fēng)量降低作業(yè)區(qū)段環(huán)境溫度是有效的。,,高地溫隧道,（三）高地溫隧道施工應(yīng)對(duì)措施,2、個(gè)體防護(hù) 個(gè)體防護(hù)的主要措施是工人穿冷卻服，冷卻服的工作介質(zhì)有干冰、壓縮空氣、冷水等。 在分散的高溫作業(yè)地點(diǎn)，不便采取集中降溫措施時(shí)，可采用個(gè)體防護(hù)措施。,,高地溫隧道,（三）高地溫隧道施工應(yīng)對(duì)措施,3、減少熱源 隧道內(nèi)熱源包括：圍巖散熱、機(jī)電設(shè)備散熱、礦物氧化放熱等。對(duì)于

21、高地溫隧道，主要是圍巖散熱 可通過在隧道壁面涂敷一層隔熱材料或能降低隧道壁面與空氣熱傳導(dǎo)系數(shù)的物質(zhì)，來減少原巖對(duì)空氣的放熱量。,,高地溫隧道,（三）高地溫隧道施工應(yīng)對(duì)措施,4、人工制冷降溫 以上幾種措施不能消除熱害，或技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果不佳時(shí)，才采取人工制冷降溫。制冷有兩種： 獨(dú)立移動(dòng)式制冷機(jī)，在工作面局部制冷 大型制冷機(jī)安裝在洞口，集中固定制冷送進(jìn)隧道,,高地溫隧道,（三）高地溫隧道施工應(yīng)對(duì)措施,放射性物質(zhì)的特點(diǎn)就是不斷地釋放出射線

22、，產(chǎn)生輻射照射。當(dāng)人體接受的放射劑量超過一定值時(shí)，人體的機(jī)能就要受到損傷，它的危害程度與放射性質(zhì)、強(qiáng)度、距離和人體吸收輻射率、收照時(shí)間有關(guān)。,,放射性地段施工,（一）放射性物質(zhì)特點(diǎn),隧道開挖及爆破產(chǎn)生含礦粉塵對(duì)隧道內(nèi)空氣的污染 開挖后裸露的巖石及裂隙水中逸出的氡氣及氡子體對(duì)空氣的污染 圍巖中礦石γ射線對(duì)施工人員的外照射 放射性物質(zhì)造成的表面污染,,放射性地段施工,（二）放射性物質(zhì)的影響,對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)： 氡氣、氡子體濃度

23、 γ輻射劑量率測(cè)定 廢渣的放射性監(jiān)測(cè) 氡氣析出率監(jiān)測(cè),,放射性地段施工,（三）施工期間放射性地段的施工防護(hù),對(duì)施工中在隧道周邊發(fā)現(xiàn)的局部零星的小塊鈾礦石，立即進(jìn)行清除并采用素混凝土充填，及時(shí)噴射混凝土 對(duì)開挖出的少量鈾礦石，用非礦石石碴在棄碴場(chǎng)就地集中掩埋，并在棄碴場(chǎng)四周設(shè)排水溝,,放射性地段施工,（三）施工期間放射性地段的施工防護(hù),在施工中遇到的含有微量放射性物質(zhì)的地下水及時(shí)排出洞外，并教育職工不能用此水沖涼、洗衣服，更