隧道施工第十一章特殊地质地段隧道施工技术

第十一章特殊地质地段隧道施工本章学习的内容：掌握特殊地质地段施工原则，掌握膨胀岩、黄土、溶洞和瓦斯隧道施工方法和施工要求，了解高地温、岩爆、风积沙施工要求，掌握隧道坍方产生的原因和处理方法。重难点：重点：膨胀岩、黄土、溶洞隧道的施工和要求，坍方产生的原因和处理方法。难点：溶洞的处理。1膨胀性围岩2黄土3溶洞6岩爆4风积沙7高地温8塌方5瓦斯地层目录膨胀性围岩、黄土、溶洞、断层、瓦斯地层等“先治水、短进尺、弱爆破、早支护、快封闭、勤量测特殊地质概述特殊地层包含特殊地层施工原则11.1膨胀性围岩1、定义：土中黏土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水膨胀和失水收缩的特性。分布：云贵川等地一、膨胀性围岩的特性超固结特性，土中储存较高初始应力具有多裂隙特性吸水膨胀，失水收缩讨论：结合膨胀岩特性，分析如何能降低危害？一、膨胀性围岩的特性2、膨胀岩特性围岩裂隙坑道下沉围岩膨胀突出或坍塌底鼓衬砌变形和破坏二、膨胀岩危害“加固围岩，先柔后刚，先放后抗，变形留够，底部加强”的原则。三、膨胀性围岩施工要点1、施工原则不分部或少分部单线：超短台阶（正台阶）双线：侧壁导坑法三、膨胀性围岩施工要点2、开挖方法初期支护应做到“先放后抗、先柔后刚”，初期支护可分层施作、逐层加强，并尽早初喷混凝土封闭岩面；初期支护的施作原则是“宁加勿拆”，在支护上加支护，尽量控制变形的发展；衬砌结构及早闭合，支护体系应及时封闭成环、逐步限制变形。三、膨胀性围岩施工要点3、支护11.2黄土按其形成的年代可分为，Q1和Q2的离石黄土，称为老黄土；Q3和Q4的次生黄土，称之为新黄土。一、黄土的分类1、定义黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄等颜色，并且具有针状大孔、垂直节理发育的特殊土。2、黄土分类一、黄土的分类3、黄土对施工影响（1）黄土节理易引起坍塌（2）冲沟地段易产生滑坡、坍塌（3）溶洞、陷穴基础下沉、坍方冒顶、偏压（4）水遇水会湿陷性，产生下沉、坍塌一、黄土的分类3、黄土对施工影响管超前短进尺强支护早封闭勤量测二、黄土隧道施工方法1、施工原则根据隧道断面大小、围岩级别、埋深采用不同开挖方法单线Ⅳ：超短台阶（正台阶）双线Ⅳ：弧形导坑预留核心土二、黄土隧道施工方法2、开挖方法单线Ⅴ：弧形导坑预留核心土双线Ⅴ：双侧壁导坑（CRD）

二、黄土隧道施工方法2、开挖方法喷锚网与钢拱架形成强力支护复合二次衬砌结构作为永久支护二、黄土隧道施工方法3、黄土支护4、施工要点加强节理产状与分布调查；必要时做超前支护；衬砌背后回填密实；工序紧凑、精心组织；严格按设计做好洞顶、洞门、洞口的防排水系统工程。随时三加固三工作三面；严格三拱脚三与墙三脚的三施工三；宜先三做仰三拱；施工三中发三现不三安全三因素三，停三止开三挖，三加强三初期三支护三、调三整工三序安三排二、三黄土三隧道三施工三方法5、施三工注三意事三项11三.3溶洞溶洞三是以三岩溶三水的三溶蚀三作用三为主三，溶三洞是三岩溶三现象三的一三种。溶洞三定义是石三灰岩三地区三地下三水长三期溶三蚀的三结果三，石三灰岩三里不三溶性三的碳三酸钙三受水三和二三氧化三碳的三作用三能转三化为三微溶三性的三碳酸三氢钙三。由于三侵蚀三的程三度不三同，三就逐三渐被三溶解三分割三成互三不相三依、三千姿三百态三、陡三峭秀三丽的三山峰三和奇三异景三观的三溶洞三，由三此形三成的三地貌三一般三称为喀斯三特地三貌。溶洞三的形三成隧道三碰到三溶洞三时，三常产三生塌三方、三不均三匀沉三陷、三及涌三水等三危害三。有填三充物三时，三可能三大量三坍塌三，造三成塌三方。隧道三旁穿三溶洞三，易三造成三不均三匀下三沉而三毁坏三衬砌溶洞三地区三一般三地下三水发三育，三极易三突然三涌水一、三溶三洞对三施工三的影三响1、溶三洞类三型溶洞三一般三有死三、活三、干三、湿三、大三、小三几种2、溶三洞危三害按照三以疏三为主三、堵三排结三合、三因地三制宜三综合三治理三的原三则。二、三溶洞三施工1、施三工原三则遇到三暗河三或溶三洞有三水流三时，三宜排三不宜三堵二、三溶洞三施工（1）疏三导溶洞三突水三洞内三表状溶洞三突水三洞口三表状二、三溶洞三施工岩溶三水较三大时三，应三采取三泄水三洞宣三泄岩三溶水三，降三低水三位二、三溶洞三施工（2）宣三泄对于三停止三发育三、跨三径较三小、三无水三的溶三洞；用混三凝土三、浆三砌片三石、三干砌三片石三回填三；隧道三顶部三有空三溶洞三时，三锚杆三、钢三筋网三加固二、三溶洞三施工（3）填狭长三而较三深溶三洞，三加深三边墙三基础二、三溶洞三施工（4）跨三越溶洞三处理三困难三，采三用迂三回导三坑法二、三溶洞三施工（5）绕2#溶洞三充填三物:粉细三砂二、三溶洞三施工探明三地质三、确三定方三案；工序三衔接三紧密三、防三止突三发性三涌水三；支护三结构三稳固三合理三，必三要时三超前三支护三；若发三现岩三层硬三度变三化、三钻头三忽快三，应三注意三重视三；溶洞三范围三，应三设明三显标三志，三并经三常检三查。二、三溶洞三施工2、溶三洞施三工要三点11三.4风积三沙1、定三义是指粉粘三粒含三量很三少，三表面三活性三很低三，松三散、三无聚三性，三无粘三结性。2、危三害围岩三失稳三坍塌三，支三护结三构变三形，三甚至三倒塌三破坏3、施三工原三则开挖三应遵三循“三先开三挖、三后支三护”三的原三则；含水三隧道三应遵三循“三先治三水、三后开三挖”三的原三则一、三概述二、三加强三调查三，制三定方三案三、三因地三制宜三，综三合治三水采取三“防三、截三、排三、堵三”的三治理三方法三。1、防——三建立三地表三沟槽三倒排三系统三及仰三坡地三表局三部防三渗处三理，三防止三降雨三和地三表水三下渗三。2、截——三在正三洞之三外水三源一三侧，三采用三深井三降水三，将三储藏三丰富三构造三裂隙三水，三通过三深井三抽水三排走三，减三少正三洞的三静水三压力三和动三水压三力，三对地三下水三起到三拦截三作用三。3、排——三有条三件的三隧道三在正三洞水三源下三游一三侧开三挖一三条洞三底低三于正三洞仰三拱的三泄水三洞，三用以三降排三正洞三的地三下水三，或三采用三水平三超前三钻孔三真空三负压三抽水三的办三法，三排除三正洞三的地三下水三。4、堵——三采用三注浆三方法三充填三裂隙三，形三成止三水帷三幕，三减少三或堵三塞渗三水通三道1、超三前支三护：超前三注浆三，以三改善三围岩三结构；2、开三挖方三法：交叉三中隔三壁法三、中三隔壁三法、台三阶加三设仰拱；3、边挖三边封三闭，三遇缝三必堵三，严三防沙三粒从三支撑三缝隙三中逸三出。4、尽快三衬砌三，封三闭成三环：三流沙三地段三，拱三部和三边墙三衬砌三砼的三灌注三应尽三量缩三短时三间，三尽快三与仰三拱形三成封三闭环三。四、三先护三后挖三，加三强支三护11三.5瓦斯三地层瓦斯:隧道三中主三要由三煤层三气构三成的三以甲三烷为三主的三有害三气体三。有三时单三独指三甲烷三。瓦斯三的燃三烧、三爆炸三性是三隧道三主要三灾害三之一三。瓦斯三是无三色、三无味三、无三臭的三气体三；瓦斯三对空三气的三相对三密度三是0.三55三4，在三标准三状态三下瓦三斯的三密度三为0.三71三6k三g；瓦斯三的渗三透能三力是三空气三的1.三6倍，三难溶三于水三，不三助燃三也不三能维三持呼三吸；达到三一定三浓度三时，三能使三人因三缺氧三而窒三息，三并能三发生三燃烧三或爆三炸；一、三瓦斯三物理三化学三性质（1）一三定浓三度的三瓦斯三（5%～16三%）（2）一三定温三度的三引火三源（65三0℃～75三0℃）（3）足三够氧三气（三大于12三%）二、三瓦三斯爆三炸和三燃烧瓦斯三爆炸三的三三个必三备条三件是三：二、三瓦三斯爆三炸和三燃烧1、低三瓦斯三隧道三：隧三道相三对瓦三斯涌三出量三小于三或等三于10三m3三/t且隧三道绝三对瓦三斯涌三出量三小于三或等三于40三m3三/m三in。2、高三瓦斯三隧道三：隧三道相三对瓦三斯涌三出量三大于10三m3三/t或隧三道绝三对瓦三斯涌三出量三大于40三m3三/m三in。三、三瓦斯三隧道三分类瓦斯三渗出三：瓦斯三由煤三层或三岩层三表面三非常三微细三的裂三隙和三孔隙三中缓三慢、三均匀三地或三持久三地涌三出。瓦斯三喷出三：大量三承压三状态三的瓦三斯从三煤、三岩裂三缝中三快速三喷出三的现三象。瓦斯三突出三：在极三短时三间内三，从三煤岩三内以三极快三速度三向采三掘空三间涌三出煤三岩和三瓦斯三。四、三瓦斯三放出三类型宜采三用全三断面三开挖三；通三风效三果好随掘三进随三衬砌施工三作业三采用三防爆三型设三施五、三瓦三斯地三层施三工1、施三工方三法采用三机械三通风通风三后难三以达三到标三准，三采用三全断三面封三闭注三浆加强三通风三，防三止瓦三斯积三聚五、三瓦三斯地三层施三工2、瓦三斯隧三道防三治措三施五、三瓦三斯地三层施三工3、瓦三斯隧三道容三许浓三度（1）遵守三电器三设备三及其三他设三备的三安全三规则三，避三免发三生电三火，三瓦斯三散发三区段三，使三用防三爆安三全型三的电三气设三备，三洞内三运转三机械三必须三有防三爆性三能，三避免三运转三时发三生高三温火三花。（2）凿岩三时用三湿式三钻岩三，防三止钻三头发三生火三花，三洞内三操作三时，三防止三金属三与坚三石撞三击、三摩擦三发生三火花三。（3）爆破三作业三，瓦三斯工三区必三须采三用电三力起三爆，三必须三采用三煤矿三许用三电雷三管，三严禁三使用三秒或三半秒三级电三雷管三；使三用煤三矿许三用毫三秒延三期电三雷管三时，三最后三一段三的延三期时三间不三得超三过13三0m三s。（4）洞内三只准三用电三缆，三不准三使用三皮线三。使三用防三爆灯三或蓄三电池三灯照三明。（5）铲装三石碴三前必三须将三石碴三浇湿三，防三止金三属器三械摩三擦和三撞击三发生三火花三。五、三瓦三斯地三层施三工4、采三用防三爆设三施瓦斯三检查三制度三：指三定专三人、三定时三、和三经常三进行三检查；随时三发现三异常三情况三，应三及时三报告三技术三主管三负责三人，三采取三措施三进行三处理三。洞内三严禁三使用三明火。进洞三人员三必须三经过三瓦斯三知识三和防三止瓦三斯爆三炸的三安全三教育；抢救三人员三未经三专门三培训三不准三在瓦三斯爆三炸后三进洞三抢救三。瓦斯三检查三人员三必须三经过三专门三培训三、考三试合三格者三，方三可进三行监三测工三作。六、三严格三执行三有关三制度11三.6岩爆埋深三较深三的隧三道工三程，三在高三应力三、脆三性岩三体中三，由三于施三工爆三破扰三动原三岩，三岩体三受到三破坏三，使三掌子三面附三近的三岩体三突然三释放三出潜三能，三产生三脆性三破坏三，这三时围三岩表三面发三生爆三裂声三，随三之有三大小三不等三的片三状岩三块弹三射剥三落出三来，三这种三现象三称之三岩爆三。一、三隧道三内岩三爆的三特点1、岩三爆在三未发三生前三并无三明显三的预三兆。2、岩三爆时三，岩三块自三洞壁三围岩三母体三弹射三出来三，一三般呈三中厚三边薄三的不三规则三片状三。3、岩三爆发三生的三地点三，多三在新三开挖三工作三面及三其附三近，三个别三的也三有距三新开三挖工三作面三较远三处。三岩爆三发生三的频三率随三暴露三后的三时间三延长三而降三低。二、三岩爆三产生三的主三要条三件地层三的岩三性条三件和三地应三力的三大小三是产三生岩三爆与三否的三两个三决定三性因三素。1、强三化围三岩喷射三混凝三土或三喷钢三纤维三混凝三土、三锚杆三加固三、锚三喷支三护、三锚喷三网联三合、三钢支三撑网三喷联三合，三紧跟三混凝三土衬三砌等三。这些三措施三的出三发点三是给三围岩三一定三的径三向约三束，三使围三岩的三应力三状态三较快三地从三平面三转向三三维三应力三状态三，以三达到三延缓三或抑三制岩三爆发三生的三目的三。2、弱三化围三岩注水三、超三前预三裂爆三破、三排孔三法、三切缝三法等三。注水三的目三的是三改变三岩石三的物三理力三学性三质，三降低三岩石三的脆三性和三储存三能量三的能三力。三后三三者的三目的三是解三除能三量，三使能三量向三有利三的方三向转三化和三释放三。三、三岩爆三的防三治措三施1、平三导应三掘进三超前三正洞三一定三距离三，以三了解三地质三。2、爆三破应三选用三预先三释放三部分三能量三的方三法，三先期三将岩三层的三原始三应力三释放三一些三，以三减少三岩爆三的发三生。3、考三虑缩三短爆三破循三环进三尺。三初期三支护三和衬三砌要三紧跟三开挖三面，三以尽三可能三减少三岩层三的暴三露面三和暴三露时三间，三防止三岩爆三的发三生。4、岩三爆引三起坍三方时三，应三迅速三将人三员和三机械三撤到三安全三地段三；充三分作三好岩三爆现三象观三察记三录；三采用三声波三探测三预报三岩爆三工作三。四、三岩爆三地段三隧道三施工三的注三意事三项11三.7高地三温1、地球三的地三幔对三流2、火山三热的三热源由于三火山三供给三的热三是地三下的三岩浆三集中三处的三热能三而产三生热三水，三这种三热水三（泉三水）三成为三热源三又将三热供三给周三围的三岩层三。3、放射三性元三素的三裂变三热的三热源地壳三内岩三石中三含有三放射三性物三质，三其裂三变产三生地三温对隧三道有三影响三的是三：火山三的热三源和三放射三性元三素的三裂变三热源一、三高地三温热三源二、三高地三温隧三道施三工措三施1、隧三道内三气温三不得三超过28三℃2、施三工中三一般三采取三通风三和洒三水及三通风三与洒三水相三结合三的措三施3、防三止衬三砌砼三出现三裂缝4、防三止中三暑5、合三理安三排高三温作三业时三间6、加三强健三康管三理三、三防止三高地三温衬三砌混三凝土三裂缝三措施1、为三了防三止高三温时三的强三度降三低，三应选三定合三适的三水灰三比，三并考三虑到三对温三泉水三的耐三久性三，宜三采用三高炉三矿渣三水泥三。砼三配合三比和三掺合三剂应三作试三验优三选。2、在三防水三板和三砼衬三砌之三间设三置隔三热材三料，三可隔三断从三岩体三传播三来的三热量三，使三砼内三的温三度应三力降三低。3、把三一般三衬砌三砼的三浇筑三长度三适当三缩短三。4、把三防水三板和三无纺三布组三合成三缓冲三材料三，由三于与三喷射三砼隔三离，三因此三，砼三衬砌三的收三缩可三不受三到约三束。5、适三当设三置裂三缝诱三发缝三，一三般在三两拱三脚延三长方三向设三置。四、三中暑三症的三防治三措施1、热三痉挛三：症三状：三作业三中和三作业三后，三发作三性肌三肉痉三挛和三疼痛三。对三此症三应采三取充三分地三摄入三水和三盐类三予以三缓解三症状三。2、热三虚脱三：症三状：三血压三降低三、速三脉、三小脉三、头三晕、三呕吐三、皮三肤苍三白、三体温三轻度三上升三。采三取的三措施三是，三循环三器官三有异三常的三人员三严禁三参加三施工三。对三有症三状者三增加三补水三次数三，并三在阴三凉处三静卧三休息三。3、热三射症三：症三状：三体温三高、三兴奋三、乏三力和三皮肤三干燥三等。三采取三的措三施，三对高三温不三适应三者应三避免三在洞三内作三重体三力劳三动。三在高三温施三工地三段采三用冷三水喷三雾等三方法三降温三，必三要时三对患三者可三采取三医疗三急救三处置三。11三.8塌方三（坍三方）（1）隧三道穿三过断三层及三其破三碎带三，或三在薄三层岩三体的三小曲三褶、三错动三发育三地段三；通三过各三种堆三积体三；三在软三弱结三构面三发育三或泥三质充三填物三过多三地段三。（2）隧三道穿三越地三层覆三盖过三薄地三段。（3）水三是造三成坍三方的三重要三原因三之一三。一、三发生三坍方三的主三要原三因1、不三良地三质及三水文三地质三条件（1）隧三道选三定位三置时三，地三质调三查不三细，三未能三作详三细的三分析三，或三未能三查明三可能三坍方三的因三素，三没有三绕开三可以三绕避三的不三良地三质地三段。（2）缺三乏详三细的三的地三质及三水文三地质三资料三，引三起施三工指三导或三施工三方案三的失三误。一、三发生三坍方三的主三要原三因2、隧三道设三计考三虑不三周一、三发生三坍方三的主三要原三因3、施三工方三法和三措施三不当（1）施三工方三法与三地质三条件三不相三适应三；地三质条三件发三生变三化，三没有三及时三改变三施工三方法三；工三序间三距安三排不三当；三施工三支护三不及三时，三支撑三架立三不合三要求三，或三抽换三不当三“先三拆后三支”三；地三层暴三露过三久，三引起三围岩三松动三、风三化、三导致三坍方三。（2）喷三锚支三护不三及时三，喷三射混三凝土三的质三量、三厚度三不符三合要三求。（3）新三奥法三施工三的隧三道，三没有三按规三定进三行量三测，三或信三息反三馈不三及时三，决三策失三误、三措施三不力三。（4）围三岩爆三破用三药量三过多三，因三震动三引起三坍塌三。（5）对三危石三检查三不重三视、三不及三时，三处理三危石三措施三不当三，引三起岩三层坍三塌。1、隧三道施三工预三防坍三方，三选择三安全三合理三的施三工方三法和三措施三至关三重要三。应三采取三“先三排水三、短三开挖三、弱三爆破三、强三支护三、早三衬砌三、勤三量测三”的三施工三方法三。2、加三强坍三方的三预测三。预三测坍三方常三用的三几种三方法三：(1三)观察三法(2三)一般三量测三法(3三)微地三震学三测量三法和三声学三测量三法3、加三强初三期支三护，三控制三坍方三。二、三预防三坍方三的施三工措三