隧道工程施工安全风险控制技术.
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩体可以由于节理裂隙或岩石强度破坏而引起松动，直至 坑道的顶部和侧部产生坍落。
2、形变压力 定义：围岩变形受到支护约束而产生的压力。 形变压力除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有
关。柔性支护可产生一定位移而使形变压力减小，宜大力 推广。但初期支护必须足够强，否则须及时施做衬砌，以 免围岩位移过大而形成松动压力，不利于结构受力和稳定。
四、围岩压力的现行理论
1、岩土柱理论 开挖坑道以后，由于支护或拱圈向坑道内部位移，引起其
顶部上覆岩土柱的下沉，两侧地层对柱体产生与下沉反向 的摩擦力，故上覆岩层重量减去岩土柱两侧的摩擦力即为 围岩压力。
铁路行业的方法：拱顶土柱的下沉，将带动两侧三棱体下滑，由三角 楔体的平衡条件求出与土柱间的摩阻力，土柱重量减去此摩阻力即为 土体竖直压力。该理论多用于浅埋隧道，但也可推广用于深埋隧道。 当隧道埋置极浅或遇软土层时，土柱两边的摩阻力接近于零，故围岩 压力直接为土柱全重。
和稳定状态被破坏，围岩中出现了应力的重分布，围岩向 洞室内部空间变形，并力图达到新的平衡。
二、隧道开挖后围岩应力状态的三个区域
1、应力降低区 在松软围岩中，岩体的强度很小，不能承受开挖后急剧增
大的洞室周边应力而产生塑性变形，沿坑道周边围岩应力 松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力向围岩深部转 移。扰动了的岩体向坑道内变形，如果变形超过一定数值 就会出现围岩失稳和坍塌。 在坚硬而完整的围岩中，由于岩体强度大，坑道周边未达 到开裂和坍塌，故无应力降低区，这种洞室往往是自稳的。
就隧道工程而言，若对地质条件有足够深度的了 解，对可能发生的地质灾害能够适时预报，通过 动态设计与合理的施工技术措施，对隧道施工安 全风险是可以进行有效控制的。
就地质工程而言，对于地质条件的预测及地质灾害的预报 问题一直困扰着工程建设者，往往成为大型工程项目的重 难点问题。
地质灾害常常导致隧道建设严重受挫。即使工程规模较小， 若地质条件差，施工技术措施不当，也会变成相当困难的 工程。
松动压力和形变压力经常同时存在。但以地质条件、支护 类型和施工方法等不同而以某一种为主。
在松散地层中采用现浇混凝土衬砌而回填不密实时，通常 以松动压力为主；而及时作的柔性喷锚支护则以形变压力 为主。形变压力常随时间推移而逐渐加大，最终才趋于稳 定。
说明：在膨胀地层中，还会产生水和化学作用引起岩土体积膨胀的膨胀压力， 这也是形变压力的一种。在脆性岩层中，因坑道开挖，使围岩原先的高压力 突然释放引起岩爆而产生的冲击压力，则属松动压力范畴。
隧道工程施工安全风险控制技术
中铁隧道集团副总工程师 汪纲领
●隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的基础理论。 ●隧道施工的基本工法与辅助工法。 ●隧道超前地质预报技术。 ●信息化施工与动态反馈设计。 ●隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术。
随着交通运输、水利水电、城市地铁和地 下空间开发利用，隧道施工技术也取得了 长足的进步，隧道工程的规模和数量都有 了较大增长。目前，中国是世界上隧道最 多的国家，是地质最复杂的国家，也是今 后隧道发展最快的国家。
随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地质难题: ①超浅埋隧道的结构稳定与地面限沉问题； ②极深埋隧道的岩爆和高应力下隧道结构大变形问题；
③隧道穿过特殊地质地段（如岩溶洞穴、岩爆、瓦斯、膨胀性围岩、 冻结层、第四季沉积砂土等地段）时也往往会遇到许多复杂的工
程地质问题，给工程带来很大的困难。
大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧、理念错误 固然是主要原因，但在方案实施中对关键工序、工艺某些 重要环节与细节的控制失误往往是重要因素。
从理念到实践，从超前地质预报到方案设计，从工艺控制 到工序管理，从监控量测到动态反馈设计与信息化施工等， 这些都是比较成熟的隧道工程施工安全风险控制技术。接 下我想就以上问题与各位同行进行探讨，不当之处请批评 指正。
2、应力升高区 围岩深部应力升高的区域，但其强度尚未被破坏，相当于
一个承载环。坑道上方形成承载拱，承受上覆地层的自重， 并将荷载向两侧地层传递。此即围岩的成拱作用。 3、初始应力区 距离坑道较远的岩体所受开挖的影响较小，仍处于初始的 一次应力状态。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三、围岩压力的分类
1、松动压力 松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力。
地质条件具有复杂性、特殊性和不确定性，由于勘察手段 的局限性，使得勘察成果往往不能满足施工方案对地质条 件的需求。为了避免在工程施工过程中由于地质条件突变 而形成地质灾害，将超前地质预报工作纳入工序进行管理 十分必要。
就施工技术措施而言，技术方案、工序管理与工艺控制是 技术管理的三大基本问题。技术方案不合理，工艺控制不 到位，工序管理不正确往往直接导致重大安全风险甚至造 成项目失败。
2、压力拱理论 对埋置较深的隧道，顶部岩体失去稳定，产生坍塌而形成
不延向地表的局部破裂区。该区内的岩体自重即洞室支护 上的荷载。破裂区上部边界线有抛物线、椭圆、半圆和三 角形等不同假定，如科默雷尔岩体破碎理论等。
50年代初期，曾广泛采用普氏地压理论，假定岩体为松散体，其压力拱承受 上覆土柱的全部均布重量，根据散粒材料不能承受拉应力，即弯矩为零的条 件，得到拱形为抛物线，其矢高：h＝b/f
影响围岩压力的因素: 洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深，
以及时间因素和施工方法等。 一次应力 (初始应力)状态: 洞室开挖前，岩体处在相对静止状态，其中任何一点的岩
土都受到周围地层的挤压而处于应力平衡状态。 二次应力状态: 洞室开挖以后，解除了部分围岩的约束，原始的应力平衡
第一部分 隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的
基础理论
第一章 围岩压力 一、围岩压力的定义与内涵 周围岩体作用于隧道和地下洞室衬砌或支护上的
荷载，也称地层压力。
围岩压力是开挖隧道后围岩变形和应力重新分布的一种物理现象。人 们从开挖洞室后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象， 逐步认识到围岩压力的存在。
2、形变压力 定义：围岩变形受到支护约束而产生的压力。 形变压力除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有
关。柔性支护可产生一定位移而使形变压力减小，宜大力 推广。但初期支护必须足够强，否则须及时施做衬砌，以 免围岩位移过大而形成松动压力，不利于结构受力和稳定。
四、围岩压力的现行理论
1、岩土柱理论 开挖坑道以后，由于支护或拱圈向坑道内部位移，引起其
顶部上覆岩土柱的下沉，两侧地层对柱体产生与下沉反向 的摩擦力，故上覆岩层重量减去岩土柱两侧的摩擦力即为 围岩压力。
铁路行业的方法：拱顶土柱的下沉，将带动两侧三棱体下滑，由三角 楔体的平衡条件求出与土柱间的摩阻力，土柱重量减去此摩阻力即为 土体竖直压力。该理论多用于浅埋隧道，但也可推广用于深埋隧道。 当隧道埋置极浅或遇软土层时，土柱两边的摩阻力接近于零，故围岩 压力直接为土柱全重。
和稳定状态被破坏，围岩中出现了应力的重分布，围岩向 洞室内部空间变形，并力图达到新的平衡。
二、隧道开挖后围岩应力状态的三个区域
1、应力降低区 在松软围岩中，岩体的强度很小，不能承受开挖后急剧增
大的洞室周边应力而产生塑性变形，沿坑道周边围岩应力 松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力向围岩深部转 移。扰动了的岩体向坑道内变形，如果变形超过一定数值 就会出现围岩失稳和坍塌。 在坚硬而完整的围岩中，由于岩体强度大，坑道周边未达 到开裂和坍塌，故无应力降低区，这种洞室往往是自稳的。
就隧道工程而言，若对地质条件有足够深度的了 解，对可能发生的地质灾害能够适时预报，通过 动态设计与合理的施工技术措施，对隧道施工安 全风险是可以进行有效控制的。
就地质工程而言，对于地质条件的预测及地质灾害的预报 问题一直困扰着工程建设者，往往成为大型工程项目的重 难点问题。
地质灾害常常导致隧道建设严重受挫。即使工程规模较小， 若地质条件差，施工技术措施不当，也会变成相当困难的 工程。
松动压力和形变压力经常同时存在。但以地质条件、支护 类型和施工方法等不同而以某一种为主。
在松散地层中采用现浇混凝土衬砌而回填不密实时，通常 以松动压力为主；而及时作的柔性喷锚支护则以形变压力 为主。形变压力常随时间推移而逐渐加大，最终才趋于稳 定。
说明：在膨胀地层中，还会产生水和化学作用引起岩土体积膨胀的膨胀压力， 这也是形变压力的一种。在脆性岩层中，因坑道开挖，使围岩原先的高压力 突然释放引起岩爆而产生的冲击压力，则属松动压力范畴。
隧道工程施工安全风险控制技术
中铁隧道集团副总工程师 汪纲领
●隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的基础理论。 ●隧道施工的基本工法与辅助工法。 ●隧道超前地质预报技术。 ●信息化施工与动态反馈设计。 ●隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术。
随着交通运输、水利水电、城市地铁和地 下空间开发利用，隧道施工技术也取得了 长足的进步，隧道工程的规模和数量都有 了较大增长。目前，中国是世界上隧道最 多的国家，是地质最复杂的国家，也是今 后隧道发展最快的国家。
随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地质难题: ①超浅埋隧道的结构稳定与地面限沉问题； ②极深埋隧道的岩爆和高应力下隧道结构大变形问题；
③隧道穿过特殊地质地段（如岩溶洞穴、岩爆、瓦斯、膨胀性围岩、 冻结层、第四季沉积砂土等地段）时也往往会遇到许多复杂的工
程地质问题，给工程带来很大的困难。
大量失败案例分析证实，现场管理者观念陈旧、理念错误 固然是主要原因，但在方案实施中对关键工序、工艺某些 重要环节与细节的控制失误往往是重要因素。
从理念到实践，从超前地质预报到方案设计，从工艺控制 到工序管理，从监控量测到动态反馈设计与信息化施工等， 这些都是比较成熟的隧道工程施工安全风险控制技术。接 下我想就以上问题与各位同行进行探讨，不当之处请批评 指正。
2、应力升高区 围岩深部应力升高的区域，但其强度尚未被破坏，相当于
一个承载环。坑道上方形成承载拱，承受上覆地层的自重， 并将荷载向两侧地层传递。此即围岩的成拱作用。 3、初始应力区 距离坑道较远的岩体所受开挖的影响较小，仍处于初始的 一次应力状态。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三、围岩压力的分类
1、松动压力 松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力。
地质条件具有复杂性、特殊性和不确定性，由于勘察手段 的局限性，使得勘察成果往往不能满足施工方案对地质条 件的需求。为了避免在工程施工过程中由于地质条件突变 而形成地质灾害，将超前地质预报工作纳入工序进行管理 十分必要。
就施工技术措施而言，技术方案、工序管理与工艺控制是 技术管理的三大基本问题。技术方案不合理，工艺控制不 到位，工序管理不正确往往直接导致重大安全风险甚至造 成项目失败。
2、压力拱理论 对埋置较深的隧道，顶部岩体失去稳定，产生坍塌而形成
不延向地表的局部破裂区。该区内的岩体自重即洞室支护 上的荷载。破裂区上部边界线有抛物线、椭圆、半圆和三 角形等不同假定，如科默雷尔岩体破碎理论等。
50年代初期，曾广泛采用普氏地压理论，假定岩体为松散体，其压力拱承受 上覆土柱的全部均布重量，根据散粒材料不能承受拉应力，即弯矩为零的条 件，得到拱形为抛物线，其矢高：h＝b/f
影响围岩压力的因素: 洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深，
以及时间因素和施工方法等。 一次应力 (初始应力)状态: 洞室开挖前，岩体处在相对静止状态，其中任何一点的岩
土都受到周围地层的挤压而处于应力平衡状态。 二次应力状态: 洞室开挖以后，解除了部分围岩的约束，原始的应力平衡
第一部分 隧道工程洞室支护、结构设计和工法选择的
基础理论
第一章 围岩压力 一、围岩压力的定义与内涵 周围岩体作用于隧道和地下洞室衬砌或支护上的
荷载，也称地层压力。
围岩压力是开挖隧道后围岩变形和应力重新分布的一种物理现象。人 们从开挖洞室后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象， 逐步认识到围岩压力的存在。