不良地质隧道施工处理

位移在距掌子面1～2D处，基本上就收敛了。但在软弱围
岩中，这个距离会长一些，甚至在很长时间（距离）不收
敛。
5、控制变形的对策
通过上述对各阶段位移的阐述，那么下述控制对策 的则很容易得到理解： ①控制先行位移的技术－－超前支护； ②控制掌子面挤出位移的技术－－掌子面补强；
③控制脚部下沉的技术－－脚部补强。
碳酸钙沉淀形成钟乳石等，Ca(HCO3)2 →CaCO3+H2O+CO2。
2、岩溶形成的条件
①岩石可溶。岩溶的发育必须有可溶性岩石的存
在，如碳酸盐类岩石中的灰岩、白云岩和泥灰岩 ；硫 酸岩类岩石中的石膏和硬石膏 ；卤素岩中的岩盐等。 ②岩石透水。 一般在断层破碎带、裂隙密集带和 褶皱轴部附近，因为岩石裂隙发育且连通性好，有利 于地下水的运动，岩溶往往比较发育；另外，在地表 附近，因风化裂隙增多，所以岩溶一般比深部发育。
③水的溶蚀性。水对碳酸盐类岩石的溶解能力， 主要取决于水中侵蚀性CO2的含量。水中侵蚀性CO2的含 量越多，水的溶蚀能力也越强。 ④水的流动性 。水的流动性反映了水在可溶岩层 中的循环交替程度。 只有水循环交替条件好，水的流 动速度快，才能将溶解物质带走，同时又促使含有大 量CO2的水，源源不断地得到补充，则岩溶发育速度就 快反之，岩溶发育就慢，甚至处于停滞状态。
由于隧底及两侧边墙溶洞已经停止发育、径跨小、无 水且填充物量少，可以根据其与隧道的相交的位置情况， 采用回填封闭的方式处理。施工时应将溶洞内的充填物清 除，并挖至基岩，边墙拱脚基础1m范围内须用同级混凝土 回填，隧底采用C15片石混凝土回填，边墙拱脚基础1m以 上至起拱线范围内用M10浆砌片石回填。 由于隧道顶部溶洞较发育，为防止日后洞顶岩壁坍塌 对衬砌造成破坏，采用在隧道衬砌与溶洞交汇部分外侧施 作1m厚的C20混凝土护拱，护拱顶部2m高度以下全部采用 干砌片石封填。为保护干砌片石不被洞顶坍落物压坏，在 干砌回填体上铺一层lm厚的缓冲层，使上面的落石的撞击 力不会直接作用在回填体上，起保护作用。缓冲土层以上 6m范围内溶洞洞壁采用网喷封闭支护。
不良地质隧道 施工问题处理
编制依据及思路
编制依据：隧道施工规范、隧道工程施工安全技术 规程、 隧道施工技术手册及相关文件电报等。 编制思路：结合隧道施工当中常见的不良地质情况， 从现场施工安全管理的角度出发，介绍针对这些问题的 处理方法，结合部分施工实例，重点突出讲解施工过程
控制，提出关键控制工序的主要危险源、危害因素、控
，要对这些地段进行注浆加
固。加固深度小于5m时，采 用φ42小导管（壁厚3.5mm
）注浆加固，深度大于5m时
采用φ75钢管桩（壁厚5mm ）加固。钢花管间距0.6～
1.0m，注浆采用水泥砂浆，
钢花管长度以嵌入基岩深度 为0.5m，根据充填物性质，
注浆量按加固体积的5%～
15%计算。
6、安全技术要求 ①施工前应对地表进行详细勘查，注意研究岩溶状态 ，估计可能遇到溶洞的地段。 ②了解地表水、出水点的情况，并对地表进行必要的 处理，以防止地表水下渗。 ③当施工达到溶洞边边缘，各工序应紧密衔接。迅速 将二衬施工到适当地段。同时设法探明溶洞的形状、范围 、大小、充填物及地下水等情况，以制定合理的施工处理 方案及安全措施。 ④当下坡地段遇到溶洞时，应准备足够数量的排水设 备。 ⑤施工中注意检查溶洞顶板，及时处理危石。当溶洞 较大较高时，应设置施工防护架或钢筋防护网。
制方法等，力求方法手段科学、易于学习和掌握。
内 容 提 要
一、 岩溶隧道施工
二、 软弱围岩隧道施工
三、 瓦斯隧道施工
四、 岩爆隧道施工
五、 其他常见不良地质地段施工
六、 隧道超前地质预报
七、 隧道监控量测
wenku.baidu.com 一、岩溶隧道施工
1、岩溶形成机理 可溶岩中的碳酸钙与水及侵蚀性CO2作用，形成溶于 水的碳酸氢钙：CaCO4+H2O+CO2→Ca(HCO3)2，形成溶孔、溶 隙、溶洞，碳酸氢钙随水流经过长距离搬运后，发生分解 作用，碳酸氢钙分解成碳酸钙、水与二氧化碳，分解出的
因此，在一般围岩条件下，先行位移可以任其
发生，不加控制。但在软弱围岩条件下，其最大值， 例如超过全位移的30％以上，甚至达到50％或更大 时，如不加控制，则会成为掌子面拱顶部分坍塌以 及发生大变形的主因。这也就是我们采用各种超前 预支护的主要原因。
3、掌子面挤出位移 在实际开挖过程中 ，我们虽然发现了掌子 面的挤出现象，但没有 予以很大的关注。掌子 面挤出位移是评价掌子 面稳定性的重要指标。 右图说明了掌子面挤出 位移的基本概念。当掌 子面挤出位移超过一定 量值时，掌子面将崩塌 ，这不言而喻的。掌子 面挤出位移，可以用其 最大值评价.因此，当 预计掌子面挤出位移过 大的场合就必须采取控 制掌子面挤出位移的技 术对策。这也是我们采 用留核心土方法的主要 目的之一。
种类 使用材料 钢筋 钢管 非充填式 长度（m） 3 3 适用条件 不充填拱顶也稳定 压入可能的粘性土 需要刚性的场合 未固结砂层 喷射混凝土附着不良 孔壁难于自稳的场合 需要早期附着强度的 孔壁自稳的场合 几乎所有的地质条件都适用 需要改良带的场合 孔壁能自稳的场合 需要改良带的场合 孔壁不能自稳的场合
充填式、非充填式小导管 注浆小导管 压入式短钢管 钢管钢背板 小导管 管棚 水平喷射注浆 预衬砌 弧形开挖、留核心土 掌子面喷混凝土 短掌子面锚杆 长掌子面锚杆 补强锚杆 补强锚管 脚部注浆 水平喷射注浆 临时仰拱 基脚混凝土 水平锚管
〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
掌 子 面 补 强 脚 部 补 强
溶蚀、暗河
岩溶洼地、石芽
5、大型溶洞水体或暗河出现时的前兆 ①岩体裂隙、溶隙间出现较多的铁染锈或粘土。 ②岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象。
③小溶洞出现的频率增加且多有水流、河沙或水
流痕迹。
④钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石。
⑤有哗哗的流水声。 ⑥钻孔中有凉风冒出。
6、岩溶地段施工方法
实例二：
XX隧道岩溶地段施工
该处溶洞主要发育在隧 道顶部、隧底右半侧及右
侧边墙外，溶洞规模较大
，拱脚以下充填软塑状黏 土及淤泥质黏土，开挖时
隧道两侧充填土坍塌。两
侧边墙外1～3m外溶洞呈大 厅状，半充填黏土，洞顶
洞壁较稳定，线路右侧仰
拱基础底部2m范围内充填 软塑状黏土及淤泥质黏土
，下见基岩。
3、岩溶发育的基本规律
①气候的影响
温暖、潮湿地区岩溶发育 寒冷、干燥地区岩溶不发育 ②岩性及岩层产状影响 岩性越纯，岩溶越发育。
不同岩性接触时，隔水层上方岩溶发育。
陡倾、直立岩层，顺层岩面岩溶发育。
③地质构造影响
褶曲。背斜轴部张拉节理岩溶发育，向斜轴部节 理汇水岩溶发育。
断层。正断层的破碎带及影响带岩溶发育。逆断层
隧道经过溶洞地段时，应根据设计文件有关资 料及现场实际，查明溶洞分布范围、类型情况（大小、 有无水、有无充填物）、岩层的稳定程度和地下水流
情况（有无长期补给来源、雨季水量有无增长）等，
分别以引排、堵填、跨越等措施进行处理。
①引排水。当暗河和溶洞有水流时，宜排不宜堵。在 查明水源流向及其隧道位置的关系后，用暗管、涵洞、小 桥等设施，渲泄水流。当水流的位置在隧道上部或高于隧 道时，应在适当距离外，开凿引水斜洞（或引水槽）将水 位降低到隧道底部位置以下，再行引排。 ②堵填。对已停止发育、径跨较小、无水的溶洞，可 根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆 砌片石或干砌片石予以回填封闭，根据地质情况是否需要 加深边墙基础。拱以上空溶洞，可视溶洞的岩石破碎程度 采用喷锚支护加固，或加设护拱及拱顶回填的办法处理。 ③跨越。溶洞较大较深，可采用梁、拱跨越。但梁端 或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用圬工加固。
4、掌子面后方的位移 我们采取的初期支护，主要是控制掌子面后方位移的 措施。掌子面后方位移动态特点是初始阶段的位移速度比 较大，而且量值也比较大。因此，控制初期位移速度的发 展是非常重要的。这也是判定围岩好坏的一个重要指标。 控制了初期位移速度的发展，也就控制了最终位移值。其 次是控制位移的收敛时间（距离）。在一般地质条件下，
④合理的开挖方法。
采用目的和效果 确保施工安全 掌子面稳定 保护周边环境 地 下 水 位 地表面下沉对策 降低对策 近接结构物对策 枯水对策 抑制先 抑制开 行位移 挖 后 位 移
工 法
拱顶 稳定
掌 子 抑制脚 地 下 抑 制 先 抑制开挖 面 稳 部下沉 水 对 行位移 后位移 定 策
超 前 支 护
* * * * 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
★
〇 〇 〇 〇
〇 〇 〇 〇
〇 〇 〇 *
* 〇 〇 〇
〇
★
〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇
〇
* 〇 〇 〇 〇 〇 〇
〇
〇
6、常见的支护形式 ①短超前支护
短超前支护是在开挖前沿拱顶外周斜向打设小于5m的钢筋 、钢管等，确保掌子面稳定的工法。
③用什么技术方法和对策来控制这些变形的发展？
坑道开挖后在无支 护条件下，仅仅依靠围 岩自身支护效应，其变 形实态可以通过理论分 析、 实地量测予以确 认。当量值超过容许值 时，就必须采取各种有
效的技术对策予以控制
，而且必须控制在容许 值范围之内。坑道开挖
后的变形，基本上可以
用左图的三维形态表示 。
破碎带迎水一侧影响带或主动盘影响带，岩溶发育。
地壳运动影响 稳定时期：水平溶洞发育。 抬升时期：垂直落水洞发育。
美国圣安地列斯大裂谷
4、岩溶地段的危害 岩溶地区地质条件一向比较复杂，易发生突泥、 涌水的地质条件可分三类：
①空谷洼地负地形形成的储水构造；
②断层破碎带； ③岩溶管道，岩溶发育强烈区段，通常会出现含 水量溶洞。
实例一：
XX隧道基底涌水（砂）引排
2012年6月15日，已开通运营的XX隧道D1K125+894线 路左侧水沟底出现涌水、涌砂并进入道床中断行车3小时
43分，涌砂量约20m3；工务部门日常维修检查发现
D1K125+784~+907段多处隧道侧沟边墙下沉开裂、翻浆冒
泥，局部线路几何尺寸变化，主要表现为线路下沉，累计
最大沉降量为120mm，其中D1K125+883~+898段线路在涌水 、涌砂时上鼓，最大抬升量为8mm，列车通行后线路下沉 低于正常值3mm。
主要原因分析：
洞身穿越石炭系灰岩夹白云岩，厚~巨厚层状，岩溶 裂隙发育， 裂隙间有砂砾土充填，隧道开挖后地下水径 路发生改变，在强降雨作用下被逐步疏通并形成压力水流 通道，洞身位于岩溶水季节变动带，暴雨后抬升的地下水 携带泥沙从隧道侧沟底薄弱处涌出，这是形成涌水涌砂的 主要原因。 隧底存在虚碴或溶洞充填岩粒、粉土及中砂，在地下 水及列车荷载反复作用下造成水沟局部破裂，地下水携带 隧底填充物进入侧沟，这是隧道翻浆冒泥的主要原因。
2、前方围岩的先行位移 掌子面前方围岩先行位移的概念，可以两个量值表示 ，即掌子面处的先行位移值和掌子面前方发生先行位移达 到的范围（如下图）。实际上先行位移是随掌子面的推进 而发生的。先行位移的最大值是在掌子面处。在一般的围 岩条件下，其值约占总位移的20～30％左右，围岩条件越 差，其值也越大。掌子面前方的先行位移，涉及的范围与 围岩条件有关，一般在隧道跨径的1.0~1.5倍左右。
该处溶洞呈较规则的 长条形大溶洞槽，揭露明
显，与线路中线约呈25度
的小角度斜交，一侧发育 至边墙外，满充填软塑状
黏土，两侧洞壁及洞顶稳
定，经钻探该溶发育至隧 底以下4～12m。该段溶洞
情况复杂，规模较大，隧
道刚好在其上方通过，此 段隧道采用了衬砌基底右
侧边墙设一钢筋砼托梁的
方式通过。
隧底存在着一些未处理 的溶洞，二衬砌施工完毕后
即：隧道开挖后隧道的变形可分为以下三种实态：
掌子面前方的先行位移
掌子面挤出位移
掌子面后方的位移 这三种位移是同时发生的。在软弱围岩条件下，支护的 主要目的就是要抑制这些位移的发展，也就是抑制由这 些位移引起的围岩松弛。因此，对设计、施工来说就是 要搞清楚这三种位移（变形）的产生条件和发展规律， 并通过什么手段来控制其发展。
二、软弱围岩隧道施工
1、变形控制原理 从理论上讲，软弱围岩隧道设计、施工的基本要求 是：把开挖后围岩变形（松弛）控制在容许值范围之内。 因此必须明确以下三个问题。
①坑道开挖后的围岩变形的实态，或者说，坑道开挖围岩 是如何变形的？变形的量值有多大？
②不同围岩条件，坑道开挖后各种变形的容许值是多少？