隧道开挖控制要点

4.施工不当
(1）施工方法、施工顺序和施工技术、工艺方面的因素
不适合围岩的施工方法与施工顺序： 开挖方式、开挖方法不适合实际围岩类别。 施工顺序不适合实际围岩类别。 支护方式与方法不适合实际围岩类别、支护闭合时间过长。 断面选择不当，如应选择小断面分部开挖，而不恰当地选择大断面开 挖。 二次衬砌施作时间选择不当，施作二次衬砌时间过迟，初期支护变形 过大或部分失效，而发生坍方。 施工作业安排不当，围岩暴露时间过长，而未能及时支护。 不恰当的施工技术与不良的操作： 钻爆法开挖不采用光面爆破方法，炸药用量过大。
采取NATM法施工，但对新奥法的认识不完整，甚至误解。 在实施过程中缺乏管理，致使即使采用了NATM法也未能 制止坍方。变形监测与控制就是NATM法重要的一环，但 往往缺乏系统监测，或者有监测无控制，结果虽然发现 了变形明显增大，或变形量大大超过管理值时，未能及 时进行补强，未能变更设计，最后控制不住变形，使初 期支护和围岩失稳而坍方。 施工操作质量差或操作违章不能达到施工工艺要求，往 往“因小失大”而造成坍方。如钻爆法过量装药则破坏 了光面爆破技术；对于网锚支撑，喷混凝土作业不能达 到工艺质量要求，存在露筋或喷混凝土不饱满，致使网 格支撑不能达到应有的作用，一旦受力，网格支撑发生 失稳，造成坍方。 在施工管理方面，未能贯彻以总工程师为首的技术责任 制，技术责任不清，技术管理脱节，不能从技术上发现 坍方预兆去主动制止坍方发生。
（8）中隔壁法施工应注意
开挖时，应沿断面一侧采用台阶法自上而下分为二部分或三部分 开挖，每开挖一部应及时施作喷锚支护与钢架架设，中隔壁除锚 杆不做外，其刚度、强度应尽量与侧壁等同。每部间距一般为5m； 施工完一侧分部后，再施工另一侧。左右侧洞间距拉开≮15m； 各部的底部标高应与钢架接头一致； 为增加抗弯能力中隔壁宜设置为弧形，中隔壁在二衬时须拆除应 考虑螺栓连接，并使用型钢支撑； 如支护变形过大，可在底加设临时支撑； 中隔壁法各部施工，应在超前支护保护下进行； 进行二衬须拆除中隔壁时其拆除长度应在隧道初支封闭成环后， 通过量测确定。
二 坍方机理
从坍方现象与原因分析，坍方本质即机理如下：
（1）隧道是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。 在施工过程中，而洞室周围部分岩石与支护组成共同承 载体。岩石开挖后，原有的岩石结构和受力平衡被破坏，岩 体在自重的作用下产生应力重分布，形成新的受力平衡体系， 有一定的自稳能力（自承能力）。如不及时支护或不支护， 在重力、高地应力（包括自重应力）、不对称荷载（偏压等 局部荷载）的作用下发生坍方。
隧道开挖防坍塌的 控制要点
主讲：王胜鹏
@Байду номын сангаас弄PPT的老范
（1）确保施工安全，改善施工环境。 （2）应根据设计文件、施工调研情况、地质围 岩级别、结合隧道长度、断面大小、纵坡情况、 衬砌方法、工期要求、装备水平、队伍素质等综 合因素决定。 （3）地质变换频繁隧道应考虑其适应性，便于 调整转换。 （4）应考虑地表沉降对建筑物及管线影响。 （5）居民密集区还应考虑扰民因素。 （6）应尽量采用新技术、新工艺、新设备、新 材料。 （7）认真按照新奥法原理、掌握应用好光爆、
岩溶
2.不良地质条件
(1）岩层构造
a.隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地 段，一经开挖，潜在应力释放快、围岩失稳，小则引起围岩掉块、坍落， 大则引起坍方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶 结差，开挖后多引起坍塌。 b.因岩层构造原因 Ⅲ级围岩拱部无支护时，可产生小坍方，爆破振动过大时易坍方； Ⅳ级围岩拱部无支护时，可产生较大的坍方，侧壁有时失稳； Ⅴ级围岩围岩易坍方，处理不当会出现大坍方，侧壁经常小坍方；浅埋 时易出现地表下沉和坍方至地表； Ⅵ级围岩极易坍方，极易变形，有水时会发生流泥流砂，浅埋时易坍方 至地表。 c.地质多变地段容易发生坍方，尤其在软硬岩交界和地质突变处更容 易发生坍方。
(2）施工管理方面的因素
施工组织中没有地质超前预测预报和防止坍方的计划 方案、技术措施和防坍物资器材、机械、机具和支护 材料的准备。 施工管理上不顾地质条件好坏只追求进度，在该采取 短进尺循环的地段不采用而引起坍方。 采用“施工规范”或“施工组织设计”中明文规定不 准使用的施工方法和不适当的施工顺序而引发坍方。 由于没有严格的施工管理，针对工点的施工技术方法 与措施不能及时保质保量地兑现，结果造成坍方。 由于没有严格的施工管理，随意变更施工组织设计和 施工技术措施而造成坍方，如规定“先护后挖”地段 随意改为“随挖随支”或“先挖后护”造成坍方。
名为NATM法施工，实际未能形成完善的监测与反馈体系， 不能及时提供围岩的变形及其发展趋势；量测虽已反映 出了变形趋势，但却未加重视，没有及时判断处理，造 成施工与量测脱节，有量测、无行动，达不到防坍的目 标。 只注意了评价围岩总体属于几级围岩，忽视了对岩性 (岩质)的分析判断，从而产生了判断上的错误，造成突 然坍方。 按NATM施工，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时， 决策失误，措施不力。不是根据数据决策，而是凭个人 经验或想象主观决策。
（6）环形开挖法施工应注意
一般采用先护后挖，先施工超前支护； 每循环进尺控制在一榀钢架间距，一般0.5m~1.0m。 环状开挖后，应及时施作喷锚支护，安装钢架支撑，支撑之间采用连接钢 筋连接，并应加锁脚锚管； 核心土面积应≮上台阶面积的50%。
（7）双侧壁导坑法施工应注意
侧壁导坑开挖前应作超前支护，大小管棚注浆联合支护或注浆小管棚支护； 侧壁导坑近似于椭圆断面，每侧导坑面积约为隧道断面积的1/3左右； 侧导如果太高，应分成两个台阶开挖，侧导长度应根据大管棚长度及地质 情况而定，一般在30~50m; 导坑开挖后应及时进行初支并封闭成环； 如果侧压力过大，应作边墙二衬； 核心部位开挖亦应超前支护，顶层开挖是关键，要采用短开挖、快支护， 将隧道支护连接成整体。如变形过大，还应采取必要的支顶措施； 及时施作二衬。
全断面法
台阶法
隧 道 开 挖 方 法
2
分部开 挖法
（1）全断面法
该法适用于 1）单线隧道I、II、III级围岩； 2）双线隧道I、II、III级围岩； 3）地下水状态：干燥无水或潮湿。每循环进尺宜控 制在3-4m。 该方法为提高施工效率，应配备钻孔台车或多功能台 架及大型装运设备。
（2）台阶法
(2）地下水因素
蒙脱岩
水是造成坍方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、 溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。岩层软硬相间或有软弱夹层 的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生 滑坍。地表水源对围岩的长期作用，如降雨降雪，雨水和冰雪融 伊利岩矿物 化后渗入土体引起坍方。
(3）高地应力
隧道主要施工（开挖）方法示意图
防坍的控制要点
坍 方 原 因 分 析
坍 方 机 理
坍 方 处 理 要 点
一 坍方原因分析
引起隧道坍方的原因有多种，概括 起来可归纳为：
自然因素——即地质和水文地质条件及其 变化； 工程因素——即在平衡稳定或未平衡稳定 的岩土体中修建隧道施工中，引起地质和水文 地质的变化； 人为因素——即不合理、不适当的设计， 不合理、不适当的施工方法等。
（2）地下水的作用造成坍方
软化岩层，降低岩石强度。 砂土层等无胶结岩层，在水的动力作用下引起流泥、 流砂坍方。 高压水地段在水压力作用下形成具有突发性、高灾 害性等特征的突泥突水大坍方。
（3）岩石本身的化学成份，如膨胀岩的膨胀力破 坏支护结构形成坍方。 （4）结构上来讲，实际荷载大于支护阻力，造成 变形过大引起支护结构失稳而坍方。
台阶长度应根据围岩变化来确定，软岩应及早封闭成环； 台阶高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工机械确定； 上台阶使用钢架时，应施作锁脚锚管并与钢架焊接，锚管必要时要注浆，并保持拱 脚稳定，防止下沉； 上台阶如有渗漏水，临时排水井应靠中部离开拱脚设置； 软弱围岩下台阶应交错开挖，钢架及时接腿喷护，严防悬空。
三 坍方处理要点
（1）软岩施工，必须坚持“短进尺、弱爆破、勤量测、强支护、严注浆、快封 闭、早衬砌”的原则。 （2）水是隧道坍塌的最主要诱因之一，要作为软岩防坍的关键环节来管理。 （3）施工方法及施工措施是关键。 （4）洞口坍塌是关键。洞口地段即使地质再好，也不宜采用全断面开挖，因覆 盖较薄，易对边仰坡稳定产生影响。可采用台阶法过渡。 （5）台阶法施工应注意
1.不利的地形、地貌因素 （1）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山等偏 压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段，都极易发生坍方。 （2）隧道穿越地表水源，如水塘、水库、沟槽、冲沟 等地段。 （3）隧道穿过地面建筑物，而且埋深浅，如城市地铁 隧道，城市过街隧道等。 （4）影响隧道洞口安全与隧道洞身稳定的不良地质和 特殊地层：崩坍、错落、岩堆、滑坡、人为坑洞、泥石流、 断层、流砂、膨胀岩、岩溶、岩爆等。这些都是常常引发 隧道崩塌 坍方的地质条件。
该法适用于
1）单线隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩； 2）双线隧道Ⅲ级围岩；地下水状态：有 股水或渗水。 3）双线Ⅳ级围岩亦可采用台阶法，三台 阶临时仰拱法。 台阶长度应有利于施工操作和机械设备效 率的发挥，同时应利于支护及早封闭成环， 一般控制在一倍洞径以内。为加快施工速 度亦可采用3-5m。
（3）分部开挖法
1）环形开挖预留核心土法 2）双侧壁导坑法（眼镜工法） 3）中隔壁法（CD工法） 4）交叉中隔壁法（CRD法） 5）下导洞超前大断面法（人机套打 法）
洞口未能严格执行“早进晚出”原则，洞口仰坡边坡未处理好就盲目进洞，引 起严重坍方，甚至发生“关门”灾害。
洞口刷方过高以及地表水处理不当引起坍方。 地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；工序间距安排不当；施工支 护不及时，支撑架立不合要求，或“先拆后支”等不正确抽换；地层暴露 过久，引起围岩松动、风化、导致坍方。 喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。钢支撑接头及纵 向联结质量差，钢支撑与岩壁存在空穴不密贴，喷混凝土、锚杆、钢支撑 不能起到共同作用。 对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。 不能按照实际地质条件控制开挖进尺，进尺过大引起坍方。 发现坍方预兆未能及时处理。 开挖方法转换时不注意支护变化。 工序脱节、突击开挖、衬砌落后太多。 小坍方之后采取措施不力。 由于贯通面压力较大，而贯通面支护较弱、进尺较大而引起坍方。
(3）判断失误与个人行为方面的因素
施工人员不懂工程地质，不懂支护作用，不能判定围岩的稳定，对自稳 能力估计过高，不能判断支护的稳定。 施工技术管理人员技术水平较低，缺少防坍经验，缺乏判断和应变能力， 尤其是对地质复杂的长大隧道缺乏地质专业技术人员，往往对地质判断 分析发生差错或判断分析不准确，使施工方案发生错误而引起坍方。 施工管理人员个人主观意识太强，存在侥幸心理，迷信自己的经验，不 顾客观状况，作出不切合实际的决定，自认为不会发生坍方。 虽然为数不多，但造成危害极大的是存在“内行”和“外行”的管理负 责人的瞎指挥或野蛮操作，往往为“眼前利益”所驱动，严重违反“施 工规范”和防坍施工组织与技术方案，冒险组织施工，最后造成不可收 拾的大坍方。 在较好的岩层中，施工人员忽视了岩层节理面与软弱面的存在，尤其是 不掌握工程地质的施工人员只认岩石软硬，不认其岩层结构。而岩层节 理面与软弱面的存在，隧道开挖临空面形成后，在节理面的大块切割下， 岩层沿软弱面滑出形成坍方。此类坍方的特点是具有突然性，它比软弱 围岩还来得突然。
由于地层构造产生的高地应力。
(4）岩石化学因素
含高岭土。 含有蒙脱石、伊利岩矿物。 以上化学成份，可使岩层具膨胀性，易发生隧道施工坍方。
3.设计不当
(1） 设计条件与施工条件的差异。 (2）地质调查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能 坍方的因素。一旦隧道施工开始，也未能补钻补勘。 (3）由于设计所提供的地质及水文地质资料不详，或与实 际出入较大，引起施工指导或施工方案的失误。 (4）设计支护方法不适合围岩，支护设计强度、刚度不够。 (5）设计未能跟着围岩变化走而滞后。对于NATM设计与施 工的隧道，设计与施工仍然脱节。 (6）由于坍方是发生在施工阶段，而设计往往忽视了对坍 方的预防。