隧道不良地质处理施工经验.docx

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隧道不良地质处理施工经验

隧道不良地质处理施工经验介绍

隧道地质勘查设计中只能初步判山体中地质和水文条件情况，局部不良地质很难勘查发现，即使发现也只能初步判断设计，所以在隧道施工前和施工中超前地质探测预报至关重要，只有详细了解地质条件才能确定正确的施工方案，才能达到预防为主的效果。

虽然地质条件千变万化，但对应其施工方案方法通过总结也不难归纳，下面我就在修建隧道中，常遇到一些不利于施工的特殊地质地段的施工方案方法提出一些不成熟的意见。

一、总体简介

特殊地质段如膨胀土围岩、黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、岩爆等，在开挖、支护和衬砌过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌，坑道支撑变形，衬砌结构断裂，严重影响施工进度、安全和质量。

隧道穿越含有瓦斯的地层，更严重地威胁着施工安全。

※隧道通过特殊地质地段施工时总体应注意以下几点：

1、施工前应对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，深入细致地作施工调查，制订相应的施工方案和措施，备足有关机具及材料，认真编制和实施施工组织设计，使工程达到安全、优质、高效的目的。

反之，即便地质并非不良，也会因准备不足，施工方法不当或措施不力导致施工事故，延误施工进度。

※2、特殊地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。

在选择和确定施工方案时，应以安全为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面型式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期和经济的可行性等因素而定。

同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。

3、隧道开挖方式，无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法，还是采用人工和机械混合开挖法，应视地质、环境、安全等条件来确定。

如用钻爆法施工时，光面爆破和预裂爆破技术，既能使开挖轮廓线符合设计要求，又能减少对围岩的扰动破坏。

爆破应严格按照钻爆设计进行施工，如遇地质变化应及时修改完善设计。

※4、隧道通过自稳时间短的软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶流泥地段、砂层、砂卵（砾）石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段时，为保证洞体稳定可采用超前锚杆、超前小钢管、管棚、地表预加固地层和围岩预注浆等辅助施工措施，对地层进行预加固、超前支护或止水。

5、为了掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全，应实施现场监控量测，充分利用监控量测指导施工。

对软岩浅埋隧道须进行地表下沉观测，这对及时预报洞体稳定状态，修正施工方案都十分重要。

6、穿过未胶结松散地层和严寒地区的冻胀地层等，施工时应采取相应的措施外，均可采用锚喷支护施工。

爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。

如围岩自稳性很差，开挖难以成形，可沿设计开挖轮廓线预打设超前锚杆。

锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架支撑加强支护。

※7、当采用构件支撑作临时支护时，支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。

围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁。

当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。

根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑。

支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。

8、围岩压力过大，支撑受力下沉侵入衬砌设计断面，必须挑顶（即将隧道顶部提高）时，其处理方法是：

拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。

当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。

挑顶作业宜先护后挖。

※9、对于极松散的未固结围岩和自稳性极差的围岩，当采用先护后挖法仍不能开挖成形时，宜采用压注水泥砂浆或化学浆液的方法，以固结围岩，提高其自稳性。

※10、特殊地质地段隧道衬砌，当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。

仰拱施工，应在边墙完成后抓紧进行，或根据需要在初期支护完成后立即施作仰拱，使衬砌结构尽早封闭，构成环形改善受力状态，以确保衬砌结构的长期稳定坚固。

隧道塌方的一般处理

（一）、隧道塌方的原因分析

※1、不良地质及水文地质条件

（1）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，开挖后引起坍塌。

在软弱结构面发育或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。

（2）隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生坍方。

（3）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。

2、隧道设计考虑不周

（1）隧道选定位置时，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。

没有绕开可以绕避的不良地质地段。

（2）缺乏较详细的隧道所处位置的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误。

3、施工方法和措施不当

（1）施工方法与地质条件不相适应；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，或抽换不当“先拆后支”；地层暴露过久，引起围岩松动、风化、导致坍方。

（2）喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。

（3）按新奥法施工的隧道，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。

（4）围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。

（5）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。

※4、隧道塌方的一般前兆

（1）水文地质条件的变化，如干燥的围岩突然出水、地下水突然增多、水质由清变浊等都是可能发生塌方的前兆；

（2）拱顶不断掉块，甚至较大的喷砼块相继掉落，预示着围岩即将发生塌方；

（3）支护状态变形（拱架接头挤偏或压劈、喷射砼出现大量的明显裂纹或剥落等）、敲击发声清脆有力、甚至发出声响；

（4）喷锚支护的水平收敛率大于0.2mm/d、拱顶下沉量大于0.1mm/d并继续增大时，说明围岩仍在发生变形，处于不稳定状态，有可能出现失稳塌方。

※

（二）、预防坍塌的措施

隧道施工预防塌方，除选择相应的安全合理的施工方法和措施。

在施工中主要做到以下几点：

1、先排水：

在施工前和施工中采取相应的防排水措施，尽量将开挖范围外之水截住，不使流进洞内，一般采取注浆处理。

2、短开挖：

在围岩石质较差地段，控制每循环开挖进尺，每次立一榀工字钢拱架且拱架必须紧贴掌子面，使拱顶与拱架间无空隙。

3、强支护：

针对围岩和地压情况加强初期支护确保支护结构有足够的强度，采取增加拱架的本身刚性强度、减小拱架间距及喷射砼的厚度，有时也可采取模注砼尽早封闭。

4、快衬砌：

必要时二次衬砌工作紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环，和初期支护共同受力。

5、勤检查：

安排专人对支护及围岩等进行检查和量测变形，发现围岩有变形或异状，立即采取有效措施进行处理。

做好超前地质预报工作，及时了解前方的地质和水文条件。

※（三）、坍塌处理方法

1、做好预报调查

在塌方处理前，应详细调查其范围、形状、塌穴的地质构造，查明其诱发的原因和塌方类型，然后据此再进行确定处理的方案，这一步非常重要，要初步判断出塌方的可发展性。

塌方处理必须等待塌腔内不再坍塌稳定后方可处理，否则安全隐患过大。

2、防止塌方扩大

塌方发生后，首先防止塌方范围继续扩大；

（1）对坍方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝，抢先清除或锚固。

（2）加强原有支护：

对塌方范围前后原有支护进行加固，以防止塌方扩大，如采取周边注浆加固2~4米厚度，在支护内径采取工字钢拱架加固措施。

（3）对塌体表面立即进行喷射砼封闭（增加速凝剂参量），塌穴内在保证安全情况下尽量也进行喷射砼封闭。

（4）加快衬砌：

对塌方两端尽快作局部衬砌，以保证塌方不扩大。

3、处理塌方

（1）、如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时，可由两端或一端先上后下地逐步清除塌方，清除时注意观察拱顶及周边的围岩有无变化的可能，避免出现二次塌方。

随挖随架设临时支撑，临时支撑必须紧顶到塌腔面。

如塌体稍大些时不能完全保证能否引起二次塌方时，不要清除塌体，在塌体上先对拱顶进行临时锚喷支护、钢拱架支撑或进行模注砼作为临时支护，在保证安全情况下再对拱脚进行欠挖处理进行刚性支护。

（2）、如塌方体积较大，因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，可采用长管棚或注浆加固塌体，待其稳定后，采用“穿”的办法按照短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖开塌体，并尽早衬砌，有时为了减少塌腔的暴露时间支护可采取一次性模注砼进行封闭。

塌方段围岩整体性较差或富水，还应对该段周边围岩进行预注浆加固处理。

（3）、如塌方冒顶，在处理塌体前应先支护陷穴口，锚喷封闭洞穴周围岩面，避免洞内二次开挖塌体时上顶二次坍塌。

地质条件较差时，还应该对陷穴口周边地表进行打设锚杆或地表注浆加固措施。

地表周围及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨天雨水进注塌腔内软弱围岩。

如果塌腔顶部地表埋深非常浅且塌腔比较大时，可以视情况将地表揭开进行明处理。

（4）一般塌方段的支护和衬砌需加强处理，模注衬砌背后与塌腔周壁间必须采取紧密支撑。

塌方衬砌背后空洞的处理，当塌方较小时，可采用浆砌片石或干砌片石回填密实。

当塌腔较大时，可用浆砌片石回填，厚度宜为2米，其上空间采用钢支撑等顶住稳定围岩。

当塌方冒顶时，要根据上顶回填炉渣及土的荷载确定支护及模注衬砌的类型，做好形成设计强度后再进行冒顶回填，一般采用轻质材料如炉渣，至地表1~2米后用粘土封层防水，封层要高出原地表50cm左右，回填及封层要夯填密实防止塌陷进水。

（5）处理坍方的同时，应加强防排水工作。

坍方往往与地下水活动有关，治坍应先治水。

防止地表水渗入坍体或地下，引截地下水防止渗入坍方地段，以免坍方扩大。

大规模坍方处理实例示意图

1、2、3—注浆；4—管棚；5—坍线；

6—坍体；7—初期支护；8—注浆孔；9—混凝土封堵墙

岩溶地段的施工方法

溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。

溶洞是岩溶现象的一种。

岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。

1、溶洞的类型及对隧道施工的影响

溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。

死、干、小的溶洞比较容易处理，而活、湿、大的溶洞，处理方法则较为复杂。

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。

有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。

有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。

有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。

有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。

2、隧道遇到溶洞的处理措施

在开挖施工中,利用超前地质预报手段进一步调查溶洞的地质条件，查明分布位置大小、类型、充填物、岩层的稳定情况等，一般采取跨越、绕行、加固洞穴、引排截流岩溶水、清除充填物或注浆加固、回填等处理措施。

主要处理措施如下：

1）隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。

对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况审慎选定施工方案。

对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。

2）隧道穿过岩溶区，如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况，如有变化便于采取相应的措施。

如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时，则必须探明地下水量大小、水流方向等，先要解决施工中的排水问题，一般可采用平行导坑的施工方案，以超前钻探方法，向前掘进。

当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时，平导可作为泄水通道，正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面，不致正洞停工。

※3）岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。

A．引

遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。

应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外。

当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离处，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低到隧底标高以下，再行引排。

当隧道设有平行导坑时，可将水引入平行导坑排出。

B．堵

对已停止发育、跨径较小，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；或加深边墙基础。

当隧道拱顶部有空溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或锚喷网加固，必要时可考虑注浆加固并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理。

喷铺加固与护拱示意图图溶洞堵填示意图

C．越

当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。

隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。

当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过。

隧道穿过大溶洞，情况较为复杂时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等。

支墙内套设涵管示意图加深边墙基础示意图

D．绕

在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。

绕行开挖时，应防止洞壁失稳。

（3）溶洞地段隧道施工的注意事项

1）当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。

同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。

2）施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。

当溶洞较大较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应设置施工防护架或钢筋防护网。

筑拱跨过示意图架梁跨过示意图

3）在溶蚀地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆破药量减少对围岩的扰动。

防止在一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然袭击隧道，造成严重损失。

4）在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。

如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状粘土及砂粘土等可于开挖前采用地表注浆、洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。

如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤，可采用劈裂注浆技术，注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。

5）溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。

因弃渣覆盖了溶洞，不但不能了解其真实情况，反而会造成更多困难。