软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术

软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 0 软弱围岩隧道预防坍方 安全施工技术 二一年八月 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 1 前 言 目前在建隧道 6600公里，已规划建设隧道 7600公里，隧道呈现 “ 三多 ” 特点 （隧道数量多、长大隧道多、风险隧道多） 。其中软弱围岩隧道占有相当大的比例。 软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使施工更加复杂，难度更大。目前，由于技术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱等环节的诸多问题，造成了大量的隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 2 如何提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍方，确保施工安全，其核心是抓住软弱围岩隧道工程特点，落实好 “ 三超前、四到位、一强化 ” 施工技术关键环节。 三超前：超前预报、超前加固、 超前支护 四到位：工法选择到位、支护措施到位、 快速封闭到位、衬砌跟进到位 一强化：强化量测 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 3 目 录 1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例 2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点 3 软弱围岩隧道施工技术 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 4 1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 5 1.1事故案例 XX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）。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 6 南山口隧道大坍方照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 7 上 台 阶 8 3 m仰 拱 距 掌 子 面 1 2 6 m衬 砌 距 掌 子 面 1 4 6 m4 3 m2 0 m大 坍 方 1 4 6 m南山口隧道大坍方示意图软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 8 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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 9 东科岭隧道涌砂坍方照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 10 东科岭隧道地面坍坑照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 11 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。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 12 旧堡隧道初期支护变形开裂照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 13 集包铁路新旗下营隧道坍方（ 2010年 3月19日发生）。 坍方段埋深约 70米，地质为变质大理岩，前期施工时经常发生局部掉块。进口开挖到 370米处。后方 56米位置初期支护（格栅钢架）失稳破坏坍方，造成多名作业人员遇难。 坍方原因：支护措施不到位、快速封闭不到位、量测不到位 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 14 新旗下营隧道坍方照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 15 2006年 3月 21日 :XX二线王家沟隧道坍方， 8人受困。 5月 16日 :XX线南场岭隧道洞口坍方， 6人受困。 5月 21日 :XX线双牌二号隧道洞口坍方， 1死 3伤。 8月 12日 :XX秦东隧道坍方， 2人死亡。 9月 13日 :XX二线系家山一号隧道坍方， 2人死亡。 2006年发生事故 5起，造成 5死 3伤 14人受困 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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 16 2007年 4月 30日 :太中银吴堡隧道坍方， 4死 1伤。 7月 15日 :XX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。 8月 6日 :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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 17 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 :XX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 :XX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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 18 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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 19 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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 20 对统计数据进行分析，软弱围岩隧道事故主要表现在三个方面： 一是洞口坍方，占 20%。 二是掌子面变形坍方，占 33%。 三是掌子面后方坍方 “ 关门 ” ，占47%。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 21 据以上不完全统计，从 2006年到 2010年目前为止， 4年多时间内，软弱围岩隧道发生事故28起，死亡 71人，事故发生之频繁，死亡人数之多，令人心痛。究其原因，主要有两个方面，一是客观上地质和环境的复杂性，二是主观上技术措施、施工方法及工艺、现场管理等原因。因此，提高对软弱破碎围岩的认识，提高设计和施工水平，做到 “ 三超前、四到位、一强化 ” ，对杜绝工程事故的发生十分重要。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 22 2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 23 2.1软弱围岩隧道地质特征 围岩强度低，承载能力低。 如黏性土、粉土、砂类土、黄土、全风化岩体等。 节理发育、破碎、自稳能力差。 如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等。 断层带散体结构、自稳能力极差。 受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱状或碎裂结构，充填泥质或泥夹岩屑。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 24 2.2软弱围岩隧道工程特点 软弱围岩强度低 、自稳能力差， 隧道开挖后地应力重 新 分布 ，使隧道周边产生较大的松动圈。一旦 工程措施 （包括设计措施）和施工方法 不当， 将极 易 发生初期 支护 变形侵限 和隧道坍 方等工程 事故。因此， 软弱围岩隧道施工 的 核心是 “ 控 制 变 形 、防 止 坍方 ” 。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 25 3 软弱围岩隧道施工技术 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 26 软弱围岩隧道施工，应在以下七个方面予以重视，实现标准化施工管理，从而避免变形和坍方事故的发生。 超前预报 超前加固 超前支护 开挖工法 初期支护 二次衬砌 监控量测 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 27 3.1超前预报 现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。 地质素描、物探、超前钻探方法是软弱围岩超前预报的主要手段。 在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔，及时探明隧道前方地质情况，特别是地下水的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开挖。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 28 参建各方都应该重视施工阶段超前地质预报工作，建立责任制，明确责任和分工。高和极高风险隧道，必须进行超前地质预报的专项设计。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 29 3.2超前加固 在断层破碎带和软弱地层，特别是富含水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层，确保隧道安全施工。 必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。 目前，常用的围岩加固方法是注浆法。 注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。在富水断层地带，常采取全断面注浆。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 30 全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长；局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄弱部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短。 无论是全断面注浆，还是局部注浆，都要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 31 别岩槽隧道 F1断层全断面注浆照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 32 齐岳山隧道 F11断层信息化注浆照片 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 33 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。 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 34 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 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 35 中国产 MZ200钻机 最大扭矩 3400Nm 钻进速度 5 15m/h 软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 36 日本产 RDP-150钻机 最大扭矩 8000Nm 钻进速度 15 20m/h 软弱围岩隧