软弱围岩隧道施工技术Word文档格式.docx

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●1.1事故案例

郑西客专南山口隧道大坍方（2007年7月15日发生）。

坍方段埋深86米，地质为强风化粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。

掌子面初期支护首先出现掉块、开裂，3天后发生大坍方，坍方长度146米，洞内初期支护全部破坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。

坍方原因：

快速封闭不到位、衬砌跟进不到位、量测未到位。

（上台阶开挖83米，仰拱距掌子面126米，二衬距掌子面146米）。

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南山口隧道大坍方照片

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●贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方（2010年1月19日发生）。

坍方段埋深21m（属浅埋），地质为向斜构造全风化花岗岩，呈砂状，开挖扰动后呈流塑状，地表为水田和常年流水水沟。

进口开挖到398米处，掌子面施作超前小导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约800立方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约35米。

涌砂坍方原因：

未进行超前预报、未进行超前加固、未进行超前支护

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东科岭隧道涌砂坍方照片

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东科岭隧道地面坍坑照片

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●张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形（2010年2月26日发生）。

变形段隧道埋深约300米，地质为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于F3断层影响带，构造节理发育，岩体破碎。

进口开挖到4136米处，初期支护工25b钢架发生变形，变形速率151mm/d，随后掌子面后方30米范围内初期支护扭曲变形，喷射混凝土开裂、掉块，渗水量增大。

该段变形原因：

由于对工程地质特性认识不足，工法选择不到位、支护措施不到位。

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●

新旗下营隧道坍方照片

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1.2事故统计与分析

统计2006年至今软弱围岩隧道发生事故

2010年1月14日:

南广线白云隧道突水突泥，5人死亡。

3月19日:

集包线新旗下营隧道坍方，10人死亡。

7月11日:

南黎线那适2号隧道坍方，10人死亡。

截止目前，2010年发生事故3起，已造成25人死亡

2009年2月17日:

包西线寨山村隧道坍方，2人死亡。

3月8日:

石武客专木兰隧道坍方，2死2伤。

3月16日:

向莆线宝台山隧道坍方，3死1伤。

7月19日:

襄渝二线杨家沟隧道坍方，2人死亡。

8月1日:

湘桂线梅子坳隧道洞口坍方，3人死亡。

10月29日:

包西线新响沙湾隧道坍方，人员逃脱。

12月19日:

包西线邓家楼一号隧道坍方，6人受困。

2009年发生事故7起，造成12死3伤6人受困

2008年1月9日:

兰青二线杨家店隧道坍方，2人死亡。

1月20日:

郑西客专盘东隧道坍方，3人死亡。

3月21日:

田德线百安隧道坍方，2死3伤。

3月25日:

包西线活沙兔隧道坍方，4人死亡。

7月15日:

洛湛线古榄隧道坍方，1人死亡。

8月29日:

西格二线克土隧道坍方，4死7伤。

2008年发生事故6起，造成16死10伤

2007年4月30日:

太中银吴堡隧道坍方，4死1伤。

郑西客专南山口隧道大坍方146米。

8月6日:

石太客专南庄隧道坍方，2人死亡。

广深港客专水田隧道洞口坍方，2人死亡。

9月2日:

合宁线亭子山二号隧道坍方，5人死亡。

9月30日:

兰青二线八盘峡二号隧道坍方，8人受困。

2007年发生事故7起，造成13死2伤8人受困

别岩槽隧道F1断层全断面注浆照片

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齐岳山隧道F11断层信息化注浆照片

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●注浆加固范围

●

●纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，一般为20～30m。

特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影响进度，又影响质量。

环向加固厚度一般为3～5m，局部可增加到5～8m。

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中国产MGJ-50钻机

中国产XY-2PCG钻机

该类钻机最大扭矩2000～3000N·

m钻进速度3～5m/h

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中国产MZ200钻机

最大扭矩3400N·

m钻进速度5～15m/h

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日本产RDP-150钻机

最大扭矩8000N·

m钻进速度15～20m/h

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日本矿岩RPD-180C多功能钻机

m，钻进速度15～20m/h

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意大利C6钻机

最大扭矩13550N·

m钻进速度20～30m/h

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意大利产SM400钻机

最大扭矩13630N·

m钻进速度20～30m/h

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德国KR805钻机

最大扭矩27000N·

m钻进速度25～30m/h

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3.3超前支护

常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。

●超前大管棚：

超前大管棚一般是在对沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。

大管棚一般采用φ70mm～φ159mm的钢管，纵向长度10～100m根据工程需要设置。

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洞内大管棚照片

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设管棚工作间：

一般施作管棚时都要设置管棚工作间，管棚工作间按钻机特点设计，比隧道断面加宽50～70cm，工作间长度7～10m，如果只进行一个循环管棚施作，管棚工作间比较简单。

但如果循环多时，施作多个管棚工作间就存在着三个问题。

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齐岳山隧道F11断层前期管棚工作间照片

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●一是为施作工作间，隧道断面加大后，开挖难度加大，开挖安全风险增加。

●二是若循环注浆后未能按设计开挖到位，工作间尺寸将满足不了要求，将无法进行正常管棚作业。

●三是由于管棚工作间采取扩挖断面方法，既增加了开挖费用，又增加了回填混凝土的费用，浪费大。

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无工作间管棚施作技术：

在标准断面采用顶进器将管棚顶到开挖断面外。

该技术不需要扩大断面，不切割大量的管棚，降低了施工风险，提高了工效，节约了投资，应大力推广。

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齐岳山隧道F11断层后期无管棚工作间照片

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●超前小导管：

超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。

在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。

当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。

小导管一般采用φ32mm～φ60mm的钢管，纵向长度2.5～6m根据工程需要设置。

小导管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，加固周边地层。

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洞内超前小导管施工照片

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●水平旋喷支护：

软塑土体、含水砂层等可采用水平旋喷进行超前加固与支护。

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●预切槽支护：

用特制的链式机械切刀沿断面周边连续切割出一条厚约数十厘米，深数米的窄槽，同时应用与切刀一体化的混凝土灌注设备注入混凝土，形成一个连续的，起预先支护作用的混凝土拱壳。

然后在“拱壳”支护下进行工作面的全断面机械挖掘

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预切槽法三维示意

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●3.4开挖工法

●常用的开挖工法有台阶法、环形导坑（预留核心土）法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等。

●开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。

实施中根据地质情况和量测成果及时调整工法。

●开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。

现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。

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●台阶法：

该工法一般适合于Ⅳ级围岩，要求台阶长度不大于1倍洞径，仰拱距掌子面距离不大于2倍洞径。

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●环形导坑（预留核心土）法：

该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。

该工法步骤多，工艺要求高。

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●目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术要求如下（双线隧道）：

●上台阶每循环开挖进尺Ⅴ、Ⅵ级围岩不大于1榀钢架，Ⅳ级不大于2榀。

●边墙开挖进尺不大于2榀。

●仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于3m。

●初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大于2倍洞径。

●根据地质、量测情况，设置临时仰拱或横撑。

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环形导坑（预留核心土法）照片

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●CD法（中隔壁法）：

该工法适合于浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。

该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。

每台阶纵向长度3～5m。

初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。

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●CRD法（交叉中隔壁法）：

该工法在特殊条件下采用。

该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度3～5m，步步封闭成环。

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CRD工法开挖照片

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●双侧壁导坑法：

该工法在特大断面等特殊条件下采用。

该工法先开挖隧道两侧导坑，再进行中部开挖支护。

工法特点：

控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺要求高。

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双侧壁导坑工法开挖照片

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对于岩石强度低，环境要求高的隧道应采用单臂掘进机、铣挖机、机械破碎等开挖。

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●3.5初期支护

●初期支护方式：

锚网喷；

锚网喷+钢拱架，钢架形式有格栅钢架、工字钢、H型钢。

特殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。

初期支护受力特征：

隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。

支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。

因此，必须保证初期支护的强度和刚度，及时支护，控制变形。

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●初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。

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●技术要求

●双线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖时，必须设置锁脚锚杆（管）等控制拱（墙）脚位移的措施。

●双线隧道Ⅴ级围岩应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。

●钢拱架宜采用八字节格栅拱架。

●钢拱架应工厂化制造，出厂前必须进行检验、试拼装。

喷混凝土原则上采用湿喷工艺，特殊地质条件下可另行设计。

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3.6监控量测

监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工“最重要”的信息化手段。

不进行监控量测，将无法保证软弱围岩的安全施工。

很多隧道的变形与坍方是因为没有进行量测、或没有使用量测成果才产生的，教训深刻。

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●监控量测主要包括拱顶下沉和水平收敛，浅埋段应进行地表沉降量测。

目前采用有尺量测的较多。

由于隧道断面大，采取有尺量测时，施工干扰大、耗时长。

应大力推广采用全站仪利用贴片反射进行量测。

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●技术要求

●建立等级管理、信息反馈和报告制度。

●隧道监控量测必须设置专职人员，培训后上岗，实行专业化管理，城市隧道要引入第三方监测。

●量测断面布置间距Ⅳ级围岩10m（规程10～30m）、Ⅴ级围岩5m（规程5～10m）。

●拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，要暂停施工，分析产生原因，提出处理措施。

采用有尺量测时，测点挂钩要做成闭合三角形，保证不变形、点接触。

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拱顶下沉量测照片

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水平收敛量测照片

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全站仪量测照片

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3.7二次衬砌

由于目前初支＋二衬共同承载的设计方法，适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据部有关要求：

Ⅳ级围岩二衬距掌子面距离不大于90m，Ⅴ级、Ⅵ级不大于70m，这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。

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●下面介绍一下隧道洞口施工、高地应力地层施工应注意的几个问题，以及新意法施工技术。

●关于隧道洞口施工应注意的几个问题

●“早进晚出”，对洞口不良地质可采取加长明洞、管棚法进洞等措施。

●一次刷坡到位，不允许上半断面刷坡后进洞，这样，进洞后再刷下半断面时易引起洞口滑坍。

尽早施作洞口工程。

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洞口坍方照片

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●高地应力软岩隧道施工的几个问题

●超前预报。

目前尚未系统开展掌子面地应力测试，这就给工程措施的制定造成困难。

●锚杆加固。

及时施作长锚杆加固围岩，必要时采用预应力锚杆。

●初期支护刚度。

合理选取支护刚度参数，防止变形侵限。

必要时可施作双层初期支护。

超前释放应力。

目前现场进行了超前钻孔、超前导洞释放应力试验，都没有很好的效果，应继续开展工程实践及研究。

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岩土控制变形分析法:

对掌子面超前加固后可全断面机械化施工，不但可加快进度，而且施工安全度高，应在工程中应用和推广。

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结语

近年来，软弱围岩隧道事故频繁发生，不但造成了财产损失和工期延误，而且造成了较大的人员伤亡和巨大的社会影响。

软弱围岩地质条件复杂，施工工序繁多，工艺要求严格，技术含量高。

如果能认清软弱围岩“变形与坍方的发展过程和变化规律”，严格执行“三超前、四到位、一强化”的施工方针，完全能够避免软弱围岩隧道事故的发生，确保工程安全和生命安全。

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谢谢大家！