特殊地质地段隧道施工
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第8章 特殊地质地段隧道施工
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、稳前进” 充分考虑采用预支护、预加固措施。
6.7.1膨胀土围岩
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。
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。
6.7.6 瓦斯地层
1. 瓦斯的基本性质 ◆无色、无臭、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；
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：
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
4. 隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则
• 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Fra Baidu bibliotek挖机
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 多做物探超前预报，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。
6.7.4 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。
6.7.5高地温
1.高地温的热源 火山热的热源 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
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，
◆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、正长岩、 闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等 。
(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。
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。
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)。
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。
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
有较大的侧压力，边墙应设计为曲边墙 防止出现底鼓，应设仰拱，且应先做仰拱。
6.7.2 黄土
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。
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、涌水危及施工。
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
◆施工原则： “短开挖、少扰动、强支护、实回填 、严治水、勤量测”。
◆开挖方法：短、超短台阶法、环形开挖留核心土 法。
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。
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、稳前进” 充分考虑采用预支护、预加固措施。
6.7.1膨胀土围岩
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。
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。
6.7.6 瓦斯地层
1. 瓦斯的基本性质 ◆无色、无臭、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；
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：
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
4. 隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则
• 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Fra Baidu bibliotek挖机
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 多做物探超前预报，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。
6.7.4 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。
6.7.5高地温
1.高地温的热源 火山热的热源 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
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，
◆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、正长岩、 闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等 。
(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。
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。
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)。
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。
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
有较大的侧压力，边墙应设计为曲边墙 防止出现底鼓，应设仰拱，且应先做仰拱。
6.7.2 黄土
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。
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、涌水危及施工。
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
◆施工原则： “短开挖、少扰动、强支护、实回填 、严治水、勤量测”。
◆开挖方法：短、超短台阶法、环形开挖留核心土 法。
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。