公路工程特殊地质地段的施工与地质预报方案

公路工程特殊地质地段的施工与地质预报.01范围本节内容为隧道施工中常遇到的几种特殊地质地段，在这些地段中施工的有关作业以及地质预报有关事项。.02一般规定1.不良地质地段的隧道施工，应做好预测、预报工作，坚持以预防为主的原则，在确保安全的前提下，制订切实可行的施工方案并做出专门设计，报请监理工程师批准。2.隧道通过破碎松散、软塑膨胀、承压涌水、流沙流泥等不良地质地段，施工前应对图纸所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，制订相应的预防措施，备足有关应急的机具材料。3.不良地质地段的隧道施工，应先治水，采取短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌的措施，稳步前进。在施工过程中，应经常观察地质和地下水的变异情况，检查支护、衬砌的受力状态，注意地形、地貌的变化，防止突然事故的发生。如有险情，应立即分析情况采取措施，迅速处理。.03施工要求1.塌方（1）隧道施工中发生塌方，承包人有不可推卸的责任，应及时、迅速、妥善处理。处理前，必须详细观测塌方范围、形状，塌穴的地质构造，分析塌方发生原因和地下水活动情况，制定处理方案报监理工程师批准。凡对有经验的承包人由于施工不当而引发的塌方，承包人应承担由此而发生的一切费用。（2）隧道塌方后应先加固未塌方地段，防止塌穴扩大，继续发展，同时应加强防排水工作。（3）当塌方规模较小时，应首先加固塌体两端洞身，尽快施作喷射混凝土或锚喷联合支护，封闭塌穴顶部和侧部，然后清渣。亦可在保证安全的前提下，在塌渣上架设施工临时支架，稳定顶部而后清渣。（4）当塌方规模很大，塌渣体堵死洞身时，宜采取先护后挖的方法。在查清塌穴规模大小和穴顶位置后，可采用管棚法或注浆凝固法稳固围岩体和渣体，待其稳定后再按先上部后下部的顺序清除渣体。（5）对塌方冒顶，在清渣前应支护陷穴口；地层极差时，在陷穴口附近地面应打设地表锚杆，洞内可采用管棚支护和钢架支撑。（6）在塌方处，模筑衬砌背后与塌穴洞孔周壁间必须紧密支撑。塌方较小时，可用浆砌片石或干砌片石将其填充；塌穴较大时，可用浆砌片石回填厚2m，其上空间应采用钢支撑等顶住稳定围岩；特大塌穴将根据具体情况作特殊处理。（7）塌方地段应采取有效措施，防止地表水流入或下渗到塌穴和塌渣体内。对于塌方冒顶，还应在陷穴口设棚遮盖穴顶防雨。陷穴口回填标高应高出地面并封口。2.断层（1）施工前应切实掌握断层带的情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧道轴线与断层构造线方向的组合关系（正交、斜交或平行），承包人根据有关施工技术和机具设备条件，选择通过断层地段的施工方法报监理工程师审批。（2）当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，可超前支护，采用先拱后墙法。墙部的首轮马口，可用挖井法施工；如断层带特别破碎，则二、三轮马口应以扩井法施工，最后挖去核心土，随即浇筑仰拱。（3）断层地段出现大量涌水时，宜采取排堵结合的治理措施。（4）通过断层地段的各施工工序之间的距离宜尽量缩短，尽快地使全断面衬砌封闭，减少岩层暴露、松动和地压增大。（5）采用爆破法掘进时，应严格掌握炮眼数量、深度和装药量，原则上应尽量减小爆破对围岩的震动。（6）当采用上下导坑、先拱后墙法施工时，其下导坑不宜超前过多，掘进后随即将下导坑予以临时衬砌。（7）断层地带的支护原则应宁强勿弱，并应经常检查加固。（8）断层地带的衬砌应紧跟开挖面完成，衬砌断面尽早封闭。3.溶洞（1）施工前应根据图纸及有关资料，查明溶洞分布范围、类型（大小、有无水、是否在发育中、填充物）、岩层的稳定程度以及地下水流情况等，据以选择施工方法并报监理工程师审批。（2）当遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应查明水源流向及其与隧道位置的关系后，采取适当措施，将水排出洞外。（3）当水流的位置在隧道上部或高于隧道时，应在适当距离外开凿引水槽（引水斜洞），将水位降低到隧道底部位置以下，再行引排。（4）对已停止发育、跨径较小且无水的溶洞，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，并根据地质情况决定是否需要加深边墙基础、加固隧道底部。（5）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加固，并加设隧道护拱及拱顶回填的办法处治。（6）当溶洞较大较深，可采用梁、拱跨越；但梁端或拱座应置于稳固可靠的岩基上，必要时灌筑混凝土进行加固。（7）在岩溶区施工，遇到难以处理的溶洞时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道施工，而后再处治溶洞以节省时间。绕行开挖中应注意防止洞壁失稳。（8）施工中对溶洞顶部应经常进行检查，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，设置钢筋网和支架。（9）岩溶地段的爆破，应尽量做到多打眼，打浅眼，并控制用药量。（10）在溶洞未做出处理方案之前，不得将弃渣随意倾填于溶洞中。4.瓦斯地层（1）在瓦斯溢出地段施工，承包人应探查瓦斯种类和含量，同时制订瓦斯稀释措施、防爆措施以及紧急救援措施等。（2）所有有关工种施工人员，应通过专门训练，经考试合格确认其已掌握有关在瓦斯地段施工的防爆方面的技术操作知识后，方允上岗担任防爆工作，以策安全。（3）隧道内严禁使用明火照明，不得带入易燃物品，严禁穿化纤衣服进洞，施工操作时防止碰撞和磨擦产生火花，加强通风和确保风流稳定。（4）洞内机电设备，不论固定式或移动式都必须采用安全防爆类型。（5）钻爆作业必须严格遵守下列规定：a.在煤层或有瓦斯岩层中，不允许打400mm以下的浅眼，任何炮眼最大低抗线不得小于300mm；b.打眼时应采取湿式凿岩，严禁干式凿岩；c.应使用毫秒电雷管和安全炸药，并采取电力起爆；d.爆破电闸应安装在新鲜风流中，与开挖面保持不小于200m的距离；e.应彩连续装药方式，雷管安放在最外一节炸药中，不得使用裸露药包；f.工作面风流中瓦斯含量达到1％时，必须停止用电钻打眼；放炮地点附近20m以内风流中瓦斯含量达到1％时，禁止放炮；g.开挖工作面风流中瓦斯含量达到1.5％时，必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理；电动机或其开关地点附件20m以内风流中瓦斯含量达到1.5%时，必须停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理。（6）应加强瓦斯检查制度，在钻眼、装药、放炮前和放炮后四个环节上搞好瓦斯巡回检测工作。瓦斯检查应按下列规定执行：a.导坑内瓦斯含量在0.5%以下时，每隔0.5h~1h检查一次；0.5%以上时，应随时检查并不得离开开挖面，发现异常应及时报告；b.当发现瓦斯含量在2％时，应加强通风稀释，并使瓦斯不致局部聚集，只有在瓦斯含量降到允许值后，才可进入检查；c.瓦斯检查人员工作时应配备安全防护装备。5.膨胀性岩层（1）隧道通过澎胀性地层时，应对围岩的压力和流变情况进行调查、量测，掌握围岩变形及压力的增长特性。（2）隧道的开挖宜采用短台阶法或中央导坑法，但开挖分部不宜过多，分部工序距离应尽量缩短，尽可能地减少围岩暴露时间。（3）应加强支护，开挖后尽快对围岩施加约束，可用锚喷及钢架或格栅联合支护。喷射混凝土层宜用钢纤维混凝土，以提高喷层的抗拉和抗剪能力。（4）钢架支撑宜采用可缩性结构。可缩接头的数量、最大伸缩量以及可缩接头的滑动阻力，均应通过计算确定。（5）衬砌的拱部与侧墙宜同时施工，仰拱应尽早完成。仰拱与侧墙连接处应尽可能做成圆弧状，衬砌与围岩应密贴，捣固密实。（6）在膨胀性岩层中施工，须特别注意排水工作，避免水漫流；拱脚及墙脚处应采取措施，不使积水。（7）不得向开挖面洒水，以保持围岩干燥；加强通风，以降低洞内湿度和温度。6.流沙（1）施工中应调查流沙特性、规模，了解地质构成、贯入度、相对密度、粒径分布、塑性指数、地层承载力、滞水层分布、地下水压力和透水系数等，据此制订出处治方案报监理工程师批准。（2）隧道通过流沙地段，首要的是地下水处理。应根据工程地质、水文地质条件及地下水的性质和类型等，可采用“防、截、排、堵”的治理方法，合理选用。（3）开挖隧道应加强防排水工作，防止沙层稀释和挟走沙粒，必要时应采取降低地下水位的措施。（4）开挖时应自上而下分部开挖，先护后挖，边挖边密封，遇缝必堵，流沙出现后，应尽快用板材封闭开挖面。也可采用超前注入水泥浆、水泥-水玻璃为主的注浆材料或化学药液注浆以加固地层，然后开挖。（5）架立支撑，应上下纵横连接牢固，支撑背面应用木板或钢板遮挡，严防流沙从支撑间逸出。（6）流沙地段开挖边墙马口，其长度不得大于2m，并应采取措施，防止拱圈两侧不均匀下沉。拱部和边墙衬砌混凝土的浇筑应尽量缩短时差，尽快形成封闭环。7.岩爆（1）岩爆多发生在埋藏深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中；发生岩爆的时间，一般在开挖后几小时内，但也有在开挖后较长时间发生的。岩爆未发生前并无明显的征兆，而是突然发生，石块应声而下，对安全威胁甚大，施工人员在此类岩层中施工，必须时加警惕。（2）施工中有平行导坑时，应掘时超前正洞一定距离，以了解地质情况，分析可能发生岩爆的地段，以便及时采取必要措施。（3）开挖宜使用光面爆破，并严格控制用药量，尽可能减少爆破时对围岩的影响。（4）可选用松动爆破法、超前钻孔预爆法、喷射高压水冲洗法等，预先释放部分岩层的原始应力，以减少岩爆的发生。（5）加强支护工作，岩爆发生后立即向拱部及侧壁喷射混凝土，再加设锚杆及钢丝网。衬砌工作应紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露时间，减少岩爆发生，确保人身安全。8.高地温（1）隧道如通过高温、高热地段，为保证隧道内施工人员安全生产，承包人应采取切实措施降温，如采用通风和洒水，或通风与洒水相结合等，便施工环境温度符合《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076—95）的规定，不超过28℃。（2）在高温地段的岩体及喷混凝土上浇筑二次衬砌混凝土时，由于混凝土里面和表面的温差，在早龄期有可能存在裂缝。为此，对二次混凝土衬砌主止裂缝，应采取下述措施：a.考虑到对温泉水的耐久性，宜采用高炉矿渣水泥（分离粉碎型水泥），为防止高温时强度降低，应选定合适的水灰比。混凝土配合比及掺加剂应通过试验优选确定。b.在防水板和混凝土衬砌之间设置隔热材料，隔断从岩体传来的热量，以降低混凝土内的温度应力。c.适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度；在两拱脚延长方向适当设置裂缝诱发缝。d.用防水板和无纺布组合成缓冲材料，由于与喷混凝土隔离，混凝土衬砌的收缩可不受到约束。（3）在高温条件下工作，承包人除应采取降温措施外，还须注意中署症的发生，采取必要的防治措施。（4）承包人应根据洞内的高温程度、劳动强度和劳动效率，合理确定劳动工时，以保证施工人员的健康和安全。（5）对高血压、心脏病患者能及循环器官有异常的施工人员，严禁参加施工；疲劳、空腹、睡眠不足及酒醉等人员，容易诱发中署症，应禁止参加劳动；对不适应高温者，应避免在洞内做重体力劳动。9.松散地层（1）在松散地层进行隧道施工，应减少对围岩的扰动，避免引发坍塌。施工时一般采取先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭的施工原则。多采用导坑领先，先拱后墙，分部开挖法施工。（2）施工时可采用超前支护，以预先支护围岩，防止围岩坍塌。开挖前，向围岩内打入钢钎、钢管、钢板等构件，进入掘进前方的稳定岩层内，其末端支承在拱部围岩的悬吊锚杆或格栅拱技撑上，以有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。（3）当围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常松软、破碎的土壤，钻孔后极易塌孔的地层，可采用超前管棚法施工。管棚长度及管棚钢管的外径应根据地质情况选用。为增加管棚刚度，在钢管内可注入混凝土，或在钢管内设置钢筋笼，注入水泥砂浆。（4）在自稳时间很短的砂层、砂卵（砾）石层等松散地层，还可采用超前小导管注浆的方法进行施工。沿开挖外轮廓线以一定的角度打入管壁带孔的小导管，而后向管内压注水泥砂浆或化学浆液，既将松散地层固结为整体，又能超超前支护的作用。（5）松散地层中含水，对隧道施工害极大，应采取措施，排除施工部位的地下不。可在洞内或辅助坑道内井点降水，埋深较浅时，可深井泵降水或洞外地面隧道两侧布点降水，另外还可采用注浆堵水的方法。采用何种方法，宜根据工程地质及水文地质等具体情况，经过技术、经济比选后确定。（6）分部开挖施工应注意下列事项：a.上导坑与扩大部分之间的距离应尽量缩短，拱部衬砌要紧跟。b.开挖时，应提前准备草束或麻袋，随时堵塞缝隙，避免漏砂造成空洞导致坍塌。c.扩大后、灌拱前，拱脚基础应根据地层的承载能力，采取措施予以加固，防止开挖马口时发生坍塌。d.衬砌应与隔适当距离设置沉降缝；支撑架设应预留沉降量。e.衬砌断面封闭后，不论松散地层中有无水，均应向衬砌背后（包括仰拱下）压注水泥砂浆加固。10.黄土（1）在黄土层中施工隧道，由于黄土的特性，施工时稍有不慎或处理不当，极易发生“塌顶”、基础下沉、坍塌等。施工前，承包人应充分做好黄土中构造节理的产状与分布状况调查，据以加强和完善施工技术措施。（2）施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、及时密贴、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。（3）开挖方法宜采用短台阶开挖法或分部开挖法，初期支护紧跟开挖面施作。（4）围岩开挖后，暴露时间不能过长以避免围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而造成坍塌方，因此宜采用复合式衬砌，衬砌背后尤其是拱顶应回填密实。（5）做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。洞内应做良好排水设施，必要进采用井点降水，使地下水位降至衬砌底部以下，改善施工条件。在干燥无水的黄土层中施工，应严格管理好施工用水，不使废水漫流。（6）施工时应特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应及时用浆砌片石回填。如发处土体承载力不够，应采取相应措施进行加固。（7）施工中若发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。（8）仰拱应先于衬砌浇筑完成，如果不能先完成浇筑仰拱时，可在开挖与浇筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设横撑顶紧。.04地质预报隧道施工中，承包人应聘有地质工作者严密注意围岩开挖情况，通过探测手段，预测开挖工作面前方几米至几十米，甚至上百米的围岩工程地质和水文地质条件，结合掘进中地质条件的变化，及时提出预报，以便有准备地做好各种预防和施工措施，保证隧道施工的顺利进行。1.预报内容（1）对照图纸提供的地质资料，预报地质条件变化情况及对施工的影响程度。（2）预报可能出现塌方、滑动的部位、形式、规模及发展趋势，提出处理措施。（3）预报可能出现突然涌水的地点、涌水量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响。（4）预报软岩内鼓、片帮掉块地段及时施工的影响程度。（5）预报岩体突然开裂或原有裂隙逐渐加宽的位置及其危害程度。（6）位移量测中发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度。（7）浅埋隧道地面出现下沉或裂缝时，预报对隧道稳定和施工的影响程度。（8）对隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层作出预报，以便及时改变施工方法或做应急措施。（9）隧道附近或穿过瓦斯地段的岩（煤）层中，预报瓦斯影响范围。（10）隧道施工中由于措施不当，可能造成围岩失稳，应及时采取改进措施。2.探测方法（1）导坑探测地质条件较复杂的隧道施工中，可采用超前导坑或专用的探测坑道进行探测。根据导坑开挖揭露的围岩地质情况，能了解并较准确地预测隧道开挖工作面前方相应地段围岩的工程地质及水文地质条件。（2）超前水平岩芯钻探超前水平岩芯钻孔，可视为隧道中的微形导坑，可能探测了解隧道开挖工作面前方几十米乃至上百米范围内围岩的地质情况。在钻进过程中，应尽可能避免钻头发生偏移而导致的探测结果误差。应根据岩石的坚硬程度，调整钻机的转速和较低的钻压。坚硬的岩石，