山岭隧道施工安全技术(对外稿).ppt

山岭隧道施工安全技术 中铁隧道集团公司安质处二O一二年三月 一 隧道施工过程中易发生的事故类别 1 坍塌 冒顶片帮 洞口 掌子面 掌子面后方2 突泥涌水 掌子面 掌子面后方 岩溶 断层 3 爆炸 瓦斯 炸药4 火灾以上4类可能造成灾害性后果5 机械伤害 有轨 电机车 矿车 无轨 汽车 装载机 挖掘机 6 触电7 其他伤害 2 10年3月19日16时许 由集包线新旗下营隧道发生塌方事故 至30日抢险救援宣告结束 10名被困作业人员已没有生还希望 3 宜万铁路马鹿菁隧道 1 21 涌水事故 06年1月21日 11局 长7879米 2480米处施工时 平导洞发生透水事故并通过联络巷灌入正洞 平导洞内8人和正洞内3人安全撤出 正洞内其余11人被困 最大涌水量达每小时30万立方米 4 董家山隧道 12 22 瓦斯爆炸事故 05 12 22 都纹路董家山隧道瓦斯爆炸 44死11伤 5 石太客专太行山 10 1 火灾事故2006年10月1日 石太客专太行山隧道防水板着火 造成多人伤亡 6 洛湛铁路大桂山隧道 12 10 爆炸事故 6死1伤 7 二 隧道防坍技术 一 隧道坍塌的主要原因铁道部工管中心主任张梅01年下半年讲课时谈到 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 8 据不完全统计 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 隧道坍塌统计数据进行分析 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 9 二 新奥法的基本原理 1 新奥法基本原则22条新奥法的创始人之一 奥地利的L 米勒 L Muller 教授根据多年来新奥法设计 施工与实践的经验教训 存在的问题与对策 于1978年总结出新奥法基本原则22条 10 1 隧道是以其自身的围岩来支护的 衬砌与围岩应紧密地贴合在一起 使围岩与衬砌形成整体性结构 2 在隧道的开挖过程中 应最大限度的保持围岩的原始强度 3 尽可能地防止围岩松动 因围岩松动必将导致其强度降低 以往惯用的木支架 石材支架及钢拱支架不能与围岩紧密贴合 故不可避免的出现围岩松动 而采用喷射混凝土可以及时封闭围岩 因此可以防止围岩松动 图1 尽可能保持围岩的本身的稳定 开挖工序与爆破 11 12 4 应尽量避免围岩出现单向或双向应力状态 隧道开挖后 岩体由三向应力状态转变为双向应力状态 岩体强度大大下降 若能及时锚喷 可提供足够大的径向支护抗力 使围岩从最不利的双向应力向三向应力状态转化 5 恰当地控制围岩变形 即一方面要允许围岩向隧道空间收缩变位 以便形成岩石支撑环 而另一方面 又要限制其产生过大变形造成围岩强度降低 其措施是在围岩壁面施以支护结构来阻止围岩发生松动破坏 图2 控制围岩变形 喷锚支护时机 13 14 6 应适时地进行支护 既不能过早 也不能太晚 支护结构的刚度不宜太大 也不要过柔 以便充分发挥围岩自身的承载能力 7 应该正确地确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素 是以隧道开挖后围岩能保持稳定的时间为基础 对围岩进行分类 适时进行支护 围岩分级 15 8 如果预计在隧道开挖时围岩产生较大变形或松动 则所采用的支护应能覆盖全部开挖岩面并能与围岩紧密贴合 使用喷射混凝土能够达到这两点要求 而木支架或钢拱支架与围岩为点支撑 它只能有效地阻止围岩变形或松动 9 第一次支护应该是薄壁柔性结构 以便最大限度地限制弯矩和由弯矩而引起的拉裂破坏 一般采用的支护厚度为150mm 250mm 10 如果第一次支护的喷层的承载能力确实不能保证围岩的稳定性时 应通过打锚杆 挂金属网或增设钢拱架联合支护来解决 图4 薄壁柔性结构 喷射混凝土全部覆盖岩面并密贴 16 17 11 从力学角度上看 新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与第一次支护 第二次支护构成的厚壁圆筒 围岩支承环和支护结构是在形变协调条件下共同工作的结构物 而传统的观点则是把隧道看成是双墩拱 认为该拱是承担围岩荷载的结构物 新奥法把围岩从加载的因素 或把支护从支撑概念 转变成承载的因素 或把支护变为加固概念 是个飞跃 图5 18 19 12 当隧道为双层支护时 内圈支护不宜太厚 且内外两层支护要紧密贴合 粘结为一个整体 不要成为摩擦结合 要使两层支护之间仅能传递径向力 13 若采用二次支护时 第一次支护所形成的围岩支护系统就应该是稳定的 第二次支护 内衬砌 的作用在于进一步提高工程的安全性 但在有大量涌水时 或在围岩变形尚未稳定前就构筑第二次支护时 则一次支护与二次支护都需要考虑结构的稳定性问题 当渗水具有侵蚀性时 只有采取了防腐蚀措施时才能把锚杆看成是永久性支护的一个组分 观念 支护稳定 20 14 从力学上看 圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才能起到圆筒的作用 因此隧道要封底 围岩非常坚硬除外 形成闭合圆筒 且封底要及时 一般为仰拱 图6 15 围岩的性态受封底时间的影响较大 若掘进工作面推进过快而延长了封底时间则使上拱圈承受不利的纵向弯矩 而下拱圈的岩石承受很高的应力 圆筒的作用 涉及到开挖方法及封底时机 21 22 16 隧道开挖后 破坏了原岩应力状态 围岩应力重新分布 为了不使应力重新分布过程复杂化并损坏岩体 应该采用全断面一次开挖 17 隧道的施工方法影响着围岩的时间效应 因此 正确的施工方法对保证隧道的稳定性起着决定性作用 例如 一次掘进的长度 第一次支护的时间 封底时间 顶板上拱圈长度以及支护的反力等 均应系统地调整 以便控制围岩与支护系统的稳定过程 18 为了避免隧道断面上尖角处的应力集中现象 应采用光滑的圆形断面 施工方法 不同段面及光面爆破 23 19 正确确定围岩自承时间的手段是室内实验 现场实验 围岩变形量测等 此外 围岩的裸露时间 变形速度和岩石分类也可以为确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素 第 7 条 提供重要数据 自1952年以来对围岩的变位量测工作就已成为新奥法施工不可缺少的工作了 20 第一次支护的形式及其设置的时间应根据所测得的岩体变形来确定 图7 21 混凝土应力测定 支护与围岩接触面应力测定及施工期间进行的收敛变形量测等测得的数据反馈到设计与施工中 是指导设计与施工的重要依据 数据反馈 施工监测 24 25 22 围岩的渗流压力以及作用于支护上的静水压力可通过各种排水设施或手段使之消除 必要时 要在第一次支护和第二次支护之间 设置专门的防水层来解决防水问题 26 上述的22条基本原理表明不能把新奥法单纯地看成是一种施工方法或支护方法 而是一系列思想的综合和系统化 是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念 根据以上22条原理 新奥法的核心思想可归纳为以下三个方面 27 一 支护要充分发挥围岩的承载能力新奥法根据现代岩石力学支护围岩共同作用原理 明确指出围岩是承载的主体 初次支护和最终衬砌的目的 是为了保证和调动围岩的强度 帮助围岩实现自撑 使隧道尽快形成一个能自撑的土壤或岩石承载环 围岩一旦风化松动 岩体强度会大幅度降低 要发挥围岩的承载能力 首先一点就是尽可能不损害围岩原有的强度 贯用的钢拱支架不能避免围岩出现松动 采用喷混凝土或锚喷支护封闭围岩壁面可以防止围岩风化和松动 减少围岩强度的降低 因此 喷锚或锚喷支护是新奥法的重要特征 28 从力学角度讲 新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与一次被覆 二次被覆构成的厚壁圆筒 图5 支承环厚壁圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才能起到圆筒的作用 形成闭合环非常重要 围岩的工作特性取决于衬砌的封闭时间 因此 除非确认底板围岩是非常坚硬而无需设置底拱外 一般都要设仰拱 并且在施工过程中要尽快对底板进行支护以形成闭合环 同时 充分发挥围岩的承载能力的应使隧道自然成拱并保护围岩 即周边轮廓应尽量圆顺 防止局部应力集中 减轻爆破对围岩的松动破坏 维护围岩强度和自承能力 使其受力良好 29 二 建立二次支护概念巷道开挖初期的应力调整过程中 围岩变形量大 速度快 为适应这一特点 新奥法要求支护既能抑制围岩变形 防止围岩开裂松动 又要具有一定的可缩性 适度允许围岩变形 只有这样才能最大限度地减少支护受力 充分发挥围岩的支承能力 锚杆支护是一种可缩性支护 但是喷层 混凝土衬砌却是刚度较大的脆性支护 喷层厚度大则刚度大 在变形压力作用下很快就会破坏 为提高喷层和衬砌的柔性 初次支护要采用厚度较薄的薄壁结构 以减少弯矩 提高其变形适应能力 当初次支护强度需要增强时 可以使用锚杆 钢筋网及钢拱架 而不是增加喷层或衬砌的厚度 初次支护在于有控制地允许围岩变形 充分发挥围岩的支护能力 以较低的成本获得较好的支护效果 二次支护的作用是提高支护的安全度 根据新奥法原则 二次支护也应采用薄壁结构 当围岩变形稳定后适时地完成 30 三 建立隧道施工量测体系新奥法强调在隧道施工过程中进行系统的现场监测工作 以掌握围岩活动规律和隧道安全程度 新奥法的初次支护参数设计 是在岩石力学基本理论基础之上 按照围岩分类及工程类比方法确定的 只有通过现场实测 才能对设计参数进行进一步的优化 达到最佳支护效果 因此 量测工作是评价初次支护是否合理 施工方法与工艺是否正确 围岩状态是否稳定和确定二次支护时机的科学依据 监测工作伴随着隧道施工的全过程 量测工作的好坏 是按新奥法施工能否成功的重要前提 31 新奥法施工基本原则概括 少挠动 开挖方法面圆顺 爆破方法早喷锚 时间控制勤量测 量测及时紧封闭 封闭成环 32 2 喷锚支护机理及技术特点锚喷支护是喷射混凝土 锚杆 钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式 可以根据不同围岩的稳定状况 采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合 锚喷支护包括锚杆支护 喷射混凝土支护 喷射混凝土锚杆联合支护 喷射混凝土钢筋网联合支护 喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 喷钢纤维混凝土支护 喷钢纤维混凝土锚杆联合支护 以及上述几种类型加设钢格栅 型钢 或钢拱架 发展为一种复合支护形式 33 1 喷射混凝土支护机理封闭岩面 防止风化松动填充坑凹及裂隙 维护和提高围岩的整体性 帮助围岩发挥自身的结构作用调整围岩应力分布 防止应力集中控制围岩变形 防止掉块 防止坍塌 34 2 锚杆对围岩所起的力学效应 1 吊悬作用 将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上 阻止围岩移动滑落 35 2 减跨作用 在隧道顶板岩层中大入锚杆 相当于在顶板上增加了支点 使隧道跨度减小 从而使顶板岩体应力减小 36 3 组合作用 在岩层中大入锚杆 将若干薄弱岩层锚固在一起 类似将叠合的板梁变成组合梁 提高岩层的承载力 37 4 挤压加固作用 整体加固作用 预应力锚杆群锚入围岩后 其两端附近岩体形成圆锥形压缩区 按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带 即承载环 压缩带中的岩体处于三向应力状态 显著提高围岩强度 38 3 锚喷支护的技术特点及时性主动性增强性柔韧性密封性灵活性 39 三 隧道防坍的施工技术措施 1 隧道开挖方法根据不同围岩等级 不同开挖断面确定并采取不同的开挖方法 工法 是运用新奥法 防止隧道坍塌的根本措施 常用的开挖工法有全断面法 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 40 1 全断面法按照隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法叫全断面法 全断面法适用于 级 强 岩质较完整的硬岩中 根据围岩稳定程度亦可以不设锚杆或设短锚杆 也可先出碴 然后再施作初期支护 但一般仍先施作拱部初期支护 以防止应力集中而造成的围岩松动剥落 41 42 2 台阶法台阶法中包括长台阶法 短台阶法和超短台阶法等三种 其划分一般是根据台阶长度来决定的 如图10 2 1所示 至于施工中究竟应采用何种台阶法 要根据以下两个条件来决定 A 初期支护形成闭合断面的时间要求 围岩越差 闭合时间要求越短 B 上断面施工所用的开挖 支护 出碴等机械设备对施工场地大小的要求 43 1 长台阶法 上 下断面相距较远 一段上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨 它的适用范围较全断面法广泛 凡是在全断面法中开挖面不能自稳 但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况 一般为 级围岩都可采用长台阶法 但围岩较软弱不易采用 问题 无法封底 长期沉降 文明施工差 44 2 短台阶法 上下两个断面相距较近 一般上台阶长度小于5倍但大于1 1 5倍洞径 上下断面采用平行作业 由于短台阶法可缩短支护结构闭合的时间 改善初期支护的受力条件 有利于控制隧道收敛速度和量值 所以适用范围很广 弱 强 级围岩都能采用 短台阶法的缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大 不能全部平行作业 问题 围岩沉降时间长 初期支护变形 下沉显著时 无法及时闭合成环 45 3 超短台阶法 上台阶仅超前小于1倍洞径 采用交替作业 由于超短台阶法初期支护全断面闭合时间更短 更有利于控制围岩变形 能更有效地控制地表沉陷 所以 超短台阶法适用于 级围岩 要求及早闭合断面采用超短台阶法施工时应注意以下问题 在软弱围岩中施工时 应特别注意开挖工作面的稳定性 必要时可采用辅助施工措施 如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管 对开挖面进行预加固或预支护 46 47 48 在所有台阶法施工中 开挖下半断面时要求做到以下几点 1 下半断面的开挖 又称落底 应在上半断面初期支护基本稳定后进行 或采用其它有效措施确保初期支护体系的稳定性 采用单侧落底或双侧交错落底 避免上部初期支护两侧同时悬空 又如 视围岩状况严格控制落底长度 一般采用1 3m 并不得大于6m 2 下部边墙开挖后必须左右错进 并立即喷射混凝土 并按规定做初期支护 3 量测工作必须及时 以观察拱顶 拱脚和边墙中部位移值 当发现速率增大 应立即进行底 仰 拱封闭 或缩短进尺 加强支护 分割掌子面等 49 3 分部开挖法分部开挖法可分为三种变化方案 台阶分部开挖法单侧壁导坑法双侧壁导坑法 50 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 51 52 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 级围岩不大于1榀钢架 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 53 54 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 55 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 56 CRD工法开挖照片 57 隧道开挖支护存在主要的问题 开挖方法选择不当 包括错进距离不足不按爆破设计控制 炸药用量过多隧道超欠挖控制不严初期支护不及时喷砼厚度不足喷砼不密贴 初支背后回填其他材料不安设锚杆开挖长度控制不严台阶法下部钢格栅接腿不及时 连接不牢固 悬空落底开挖距离过长 封闭不及时 58 隧道超欠控制不严 大于规范规定 隧道初期支护如喷砼厚度 钢格栅 锚杆等与设计严重不符 隧道钢拱架间距严重超标 钢筋网 钢格栅加工不按设计要求施做 61 初期支护不及时 喷砼厚度严重不足 且未设置锚杆 62 2020 3 16 63 可编辑 64 2 不良地质地段的超前加固断层破碎带和软弱地层 特别是富含水时 应减少对围岩的扰动 一般采取先护后挖 密闭支撑 边挖边封闭的施工原则 确保隧道安全施工 主要的方法有以下几种 超前小导管超前大管棚超前加固 65 1 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 32mm 60mm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 66 67 2 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 70mm 159mm的钢管 纵向长度10 100m根据工程需要设置 68 69 3 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 70 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 71 超前加固存在的主要问题 导管 管棚角度 长度 间距不符合设计导管 管棚注浆量或压力不符合设计 72 73 3 监控量测 1 一般围岩条件下深埋隧道的变形实态一般围岩条件下隧道的变形 大体上可以分为以下几种 1 掌子面前方的先行变形 位移 2 掌子面变形 位移 包括掌子面挤出位移及掌子面位移 3 掌子面后方变形 位移 74 75 从上图可知 在计算条件下 从掌子面前方到掌子面后方一定范围内的拱顶下沉分布规律 大致如下 1 隧道开挖后在掌子面前方一定范围内 2a 5a 产生了下沉 我们称之为 先行位移 2 在掌子面处 产生一定量的 初始位移 此值与地质条件关系密切 约为最终位移值的20 30 左右 这个位移是开挖后瞬间发生的 3 在掌子面后方 随掌子面的推进 产生不断增大的位移 其特点是初期的位移速度很大 而后增长的速度逐渐减缓 并趋于稳定 4 围岩性质 初始地应力场 围岩物性等 和施工方法是决定变形动态的主要因素 对隧道变形有一定影响 76 77 掌子面后方位移的动态特点是初始位移发生的比较快 而且量值也比较大 即初期位移速度比较大 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 因此 在实地量测中 取得初始位移值和初期位移速度两个重要参数是非常重要的 即及时布点进行监控量测 迅速反馈设计和施工是防坍的关键 78 2 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 79 测量方法 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 80 81 监控量测 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 级围岩10m 规程10 30m 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 82 量测点设置不规范 量测点设置不规范 监控量测存在的主要问题 不进行监控量测 填假资料监控量测内容不全 不进行洞内外观察量测布点不及时 拱顶下沉 收敛量测初读数宜在3 6h内完成 其它量测应在每次开挖后12h内取得初读数 最迟不得大于24h 且在下一循环开挖前必须完成 监测频率不足不进行数据整理及回归分析未按变形管理等级进行管理 84 事故案例 岩溶高压 涌水 86 断层涌泥涌水 87 三 隧道防突泥涌水安全技术 一 造成隧道突泥涌水的主要原因 实际开挖揭示的地质与设计提供的地质存在较大差异 对岩溶和断层分布范围和类型 岩层的完整稳定程度 填充物和地下水情况未超前预测 对已揭露的岩溶 断层施工处理措施不当 88 二 防止隧道突泥涌水的安全技术措施应在以下三个方面予以重视和管理 超前预报 超前加固 排堵结合 限量排放 89 1 超前预报施工阶段必须进行地质综合预测预报岩溶技术采用以超前钻探为主 以常规地质分析 地质雷达 红外线探水 TSP地震波为辅助手段的地质超前综合预测 预报岩溶技术 可以比较准确判断掌子面前方30m 隧道开挖轮廓线内及距离隧道开挖轮廓线距离小于10m的溶洞位置 形态及充填物 水量 水压大小 准确率可达到90 以上 90 1 常规地质分析主要根据环境条件 地勘资料及掌子面开挖揭示的地质情况 通过常规地质分析 可以初步判断判岩体的结构 构造 岩性 结构面的产状 岩溶发育的位置 范围 规模大小及可能对施工安全和隧道稳定性带来的不利影响 从而为选择更准确的地质预测 预报方法提供依据 91 2 超前钻探超前钻探是最直接和最准确的地质预测预报方法 它是验证物探方法预报结果和实现精确预报的基础 它可以准确探明大型溶洞和岩溶管道的位置 一般情况下 对于正洞 长距离宏观地质超前预测预报 一般钻2 4个钻孔 钻孔深度一般应控制在100m以内 短距离地质预测预报 一般钻4 6个钻孔 钻孔深度一般控制在30m 92 3 红外线探水在高压 富水 岩溶区进行红外线探水 判断30m之内有水的准确率可达到86 判断30m之内无水的准确率可达到88 图2 1一般灰岩段的无水探测曲线 图2 2PDK354 246 DK354 460溶洞探测曲线 93 4 地质雷达探测地质雷达用于隧道周边和底部岩溶检测 准确率为30 左右 图2 3地质雷达35MHz天线探测溶洞掌子面前方 94 5 TSP202 203地震波探测主要探测距离掌子面200m以内的不良地质体结构面及溶洞界面 结构面的验证率75 左右 图 5TSP202对平导1号溶洞的预测预报结果 图 6TSP202对正洞2号溶洞的预测预报结果 95 超前钻探红外线探水 地质雷达TSP202地震波探测 96 2 超前加固在岩溶 断层破碎带富含水时 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 97 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 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 98 溶洞注浆堵水 加固效果 99 3 排堵结合 限量排放 实践证明 当隧道施工中遇到高压 富水溶洞时 将水完全堵住是不现实的 现有的技术手段 材料 设备也是达不到的 因此应允许部分排水 降低水压 以策安全施工和运营 100 超前地质预测预报存在的主要问题 未进行常规地质分析未进行超前地质钻探止浆墙岩盘预留厚度不足注浆过程管理不严溶洞或断层揭露后 分析 处理措施不当 101 事故案例 四 隧道防爆安全技术 隧道瓦斯涌出 燃烧 爆炸 突出以及火灾 以及炸药爆炸是严重危及隧道施工安全的重大灾害 一 造成隧道瓦斯爆炸 炸药的主要原因未按瓦斯隧道进行施工 在通风 设备 用电 检测 爆破 培训等各方面管理不到位 炸药在运输 加工 装药 连线 起爆 临时存放过程中违章作业 103 二 隧道瓦斯基本知识1 瓦斯的产生 存在地质 形式和积聚形式瓦斯的产生存在的地质存在形式积聚形式 104 2 瓦斯的主要性质瓦斯的组成主要有 甲烷 沼气 CH4 一般可占80 以上 二氧化碳CO2和氮N2 一般占1 2 左右 氢H2 一氧化碳CO 二氧化硫SO2及硫化氢H2S等气体 一般含量很少 但危害很大 甲烷的基本特征为无色 无嗅 无味的可燃气体 比重是0 554 比空气轻 因此通常存