《铁路隧道施工与维护》课件-项目6 特殊岩土和不良地段隧道施工

任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知工作任务：（1）了解不良和特殊地质地段隧道施工一般规定。项目6特殊岩土和不良地段隧道施工任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知1.不良地质地段不良地质地段是指滑坡、崩坍、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层，软土地段等不利于隧道工程施工的不良地质环境。任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知山体滑坡任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知崩塌掉落的石块任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知垮塌的岩堆任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知偏压地层的隧道洞门任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知岩溶地段修建隧道任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知2.特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、多年冻土地层、盐渍土、岩盐、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流砂等地段以及瓦斯溢出地层等。任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知膨胀土地层任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知黄土地层任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知多年冻土地层修建的隧道任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知盐渍土地层任务6.1特殊岩土和不良地段隧道施工认知断层任务6.2膨胀土围岩隧道施工工作任务：（1）了解膨胀土围岩的特性；任务6.2膨胀土围岩隧道施工1.膨胀土围岩的特性主要有以下三方面：（1）超固结性。（2）裂隙性。（3）干缩湿胀性。任务6.2膨胀土围岩隧道施工2.膨胀土围岩对隧道施工危害（1）围岩裂缝（2）坑道下沉（3）围岩膨胀凸出和坍塌（4）隧道底部隆起（5）衬砌变形和破坏任务6.2膨胀土围岩隧道施工3.膨胀土围岩的隧道施工要点（1）膨胀岩隧道开挖应符合的要求

①软岩及土质隧道宜采用机械开挖。②各部分开挖断面轮廓应圆顺。③施工用水不得浸泡岩面。④监控量测应对围岩内部应力、应变进行监测。⑤预留变形量应根据监控量测结果及时调整。

任务6.2膨胀土围岩隧道施工（2）膨胀岩隧道支护应符合的要求①施工前，应根据围岩特性，制定系统的超前支护和初期支护施工方案。②初期支护可采用纤维混凝土、长锚杆和重型钢架的组合支护结构。③初期支护宜分层施作、逐层加强，设置伸缩钢架或活动接头，控制变形发展。④开挖后应及时支护封闭暴露的岩体，分部开挖应设临时仰拱或横撑，支护应尽早封闭成环。任务6.3黄土隧道施工工作任务：（1）了解黄土的特性；任务6.3黄土隧道施工1.黄土分类及其对隧道施工影响（1）黄土分类黄土的具体分类有以下两种分法：①按照其形成的年代划分，如表6.3.1所示，其中Ｑ4新堆积黄土为近几十至近几百年形成的；②根据其物理性质不同，按塑性指数的大小划分，如表6.3.2所示。任务6.3黄土隧道施工黄土地层划分表表6.3.1时代符号地层时代常用名称Ｑ4全新世新黄土Ｑ3晚更新世新黄土Ｑ22、Ｑ21中更新世老黄土Q1早更新世老黄土分类名称塑性指数（IP）黄土质粘砂土1<IP≤7黄土质砂粘土7<IP≤17黄土质粘土IP>17任务6.3黄土隧道施工（2）黄土地层对隧道施工的影响①黄土节理②黄土冲沟地段③黄土溶洞与陷穴黄土溶洞与陷穴，是黄土地区经常见到的不良地质现象，隧道若修建在其上方，则有基础下沉的危害；隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险；隧道若修建在其邻侧边，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌结构处于不利的受力状态。任务6.3黄土隧道施工④水对黄土地层隧道施工的影响在含有地下水黄土层中修建隧道，由于黄土在干燥时很稳固，承受压力能力较高，施工本可较顺利进行。但当黄土受水浸湿后，呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如支护措施满足不了变化后的情况，极易造成坍塌。任务6.3黄土隧道施工2.黄土隧道施工方法及技术要求（1）黄土隧道施工方法黄土隧道施工方法的选择应根据隧道断面大小、围岩级别、土层含水量、监控量测情况综合考虑，一般情况下可采用台阶法施工，对浅埋、偏压及地表有沉降控制要求地段的隧道可采用中隔壁法、交叉中隔壁法或双侧壁导坑法。任务6.3黄土隧道施工（2）黄土隧道洞口工程施工应符合的要求①洞口工程施工前，应先检查边、仰坡周围的山体稳定情况，清除松散体及不稳定土体；对洞口附近的黄土陷穴、人为坑洞和裂缝应提前夯填、灌注水泥浆、施作防渗排水沟引排地表水等方式进行处理。②进洞前应按设计做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统，排水管应进行防渗铺砌。洞门不宜在雨季施工。任务6.3黄土隧道施工③洞口段应加大监控量测频率，加强对边、仰坡及浅埋段地表裂缝及变形的监测。④洞口段应加强初期支护，仰拱紧跟，及时形成封闭结构，二次衬砌应尽早施作。⑤当洞口受地形限制出现高陡边仰坡时，应尽早完成明洞工程。任务6.4断层地段隧道施工工作任务：（1）了解断层的特性；（2）掌握隧道通过断层的施工方法及注意事项。任务6.4断层地段隧道施工1.断层对隧道施工影响隧道穿过断层地段，施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系(正交、斜交或平行)。当隧道轴线接近于垂直构造线方向时如图6-5-1所示，断层规模较小，破碎带不宽，且含水量较小时，条件比较有利，可随挖随撑。但当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时如图6-5-2所示，则隧道穿过破碎带的长度增大，并有强大侧压力，应加强边墙衬砌，及时封闭。任务6.4断层地段隧道施工图6.4.1隧道轴线接近垂直构造线方向任务6.4断层地段隧道施工图6.4.2隧道轴线斜交或平行构造线方向任务6.4断层地段隧道施工2.断层地带隧道施工步骤（1）探明断层地带情况当断层破碎带的宽度较大，破坏程度严重。破碎带的充填物情况复杂，且有较多地下水时，应在隧道一侧或两侧开挖调查导坑。任务6.4断层地段隧道施工图6.4.3调查导坑任务6.4断层地段隧道施工（2）选择合理施工方法在断层带施工，应根据有关施工技术与机具设备条件，进度要求，材料供给等，慎重选择通过断层地段的施工方法。（3）施工注意事项

1）防排水作业①如断层带地下水是由地表水补给时，应在地表设置截排系统引排。对断层承压水，应在每个掘进循环中，向巷道前进方向钻凿不少于2个超前钻孔，其深度宜在4m以上，以探明地下水的情况；任务6.4断层地段隧道施工②随工作面的向前推进挖好排水沟，并根据岩质情况，必要时加以铺砌。如为反坡掘进则除应准备足够的抽水设备外，并应安排适当的集水坑；③坑壁或坑顶有水流出时，应凿眼安置套管集中引排，使其不漫流。

2）施工工序通过断层带的各施工工序之间的距离宜尽量缩短，并尽快地使全断面衬砌封闭，以减少岩层的暴露，松动和地压增大；任务6.4断层地段隧道施工

3）开挖作业①采用爆破法掘进时，应严格掌握炮眼数量、深度及装药量。原则上应尽量减小爆破对围岩的震动；②采用分部开挖法时，其下部开挖宜左右两侧交替作业。如遇两侧软硬不同时，应用偏槽法开挖，按先软后硬顺序交错进行。任务6.4断层地段隧道施工

4）支护作业①断层地带支护应宁强勿弱，并应经常检查加固；②在断层地带中，开挖面要立即喷射一层混凝土，并架设有足够强度的钢架支撑；

5）衬砌作业①衬砌应紧跟开挖面；

②衬砌断面应尽早封闭。任务6.5溶洞地段隧道施工工作任务：（1）了解溶洞的特性；（2）掌握隧道通过溶洞地段的施工技术措施。任务6.5溶洞地段隧道施工1.岩溶对隧道施工影响（1）溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；（2）溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；（3）遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道；（4）遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力剧增；（5）溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广。任务6.5溶洞地段隧道施工2.隧道遇到溶洞处理措施以引、堵、越、绕等措施进行处理。（1）引排水

①当暗河和溶洞有水流时，宜排不宜堵。

②当水流的位置在隧道上部或高于隧道时，应先将水位降低到隧道底部位置以下，再行引排。任务6.5溶洞地段隧道施工（2）堵填

①对已停止发育，径跨较小；无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，用混凝土，浆砌片石或干砌片石予以回填封闭，根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。

②拱以上空溶洞，可视溶洞的岩石破碎程度采用喷锚支护加固，或加设护拱及拱顶回填的办法处理如图所示。任务6.5溶洞地段隧道施工图6.5.1喷锚加固与浆砌护拱任务6.5溶洞地段隧道施工图6.5.2喷锚加固与浆砌护拱任务6.5溶洞地段隧道施工（3）跨越当溶洞较大较深，可采用梁、拱跨越。但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用圬工加固。隧道在不同部位遇到溶洞跨越措施：

①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如图6.5.3所示。

②当隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧底以下砌筑浆砌片石支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水如图6.5.4所示。任务6.5溶洞地段隧道施工图6.5.3加深边墙基础图6.5.4支撑内套设涵管任务6.5溶洞地段隧道施工

③当隧道边墙部分遇到较大、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如图6.5.4所示。

④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。

任务6.5溶洞地段隧道施工图6.5.4筑拱跨过任务6.5溶洞地段隧道施工⑤溶洞上大下小，有部分充填物，可将隧道顶部的充填物清除，然后在隧道底部标高以下设置钢筋混凝土横梁及纵梁，横梁两端嵌入岩层如图6.5.6所示。

⑥隧道穿过大溶洞，情况较为复杂时，可根据情况，以边墙梁及行车梁通过。任务6.5溶洞地段隧道施工图6.5.6架梁跨过任务6.5溶洞地段隧道施工（4）绕行施工施工中遇到一时难以处理的溶洞时，可采用迂回导坑绕过溶洞区，继续进行隧道施工，再行处理溶洞。任务6.6岩爆地层隧道施工工作任务：（1）了解岩爆地层围岩的特点；（2）掌握岩爆地层施工应符合要求。任务6.6岩爆地层隧道施工图6.6.1的阴影部分表示即将爆落的岩片，而断续线条则代表岩片在脱落之前岩体产生的裂缝。图6.6.2的“A”和“B”，则是表示即将爆落的岩块。图6.6.1岩爆情况之一图6.6.2岩爆情况之二任务6.6岩爆地层隧道施工1.岩爆的特点（1）岩爆在未发生前，并无明显的预兆，虽然经过仔细找顶，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。在没有支撑的情况下，对施工安全威胁甚大。它与隧道施工中的一般掉块落石现象有明显的不同。（2）岩爆时，石块由母岩弹出，常呈中间厚、周边薄、不规则的片状；任务6.6岩爆地层隧道施工（3）岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖工作面较远；岩爆发生的时间，多在爆破后2~3h；（4）在溶孔较多的岩层里，则不发生岩爆。任务6.6岩爆地层隧道施工2.施工应符合要求①应做好发生岩爆的时间、位置、强度、类型及数量等记录，总结岩爆规律。②采用光面爆破，使隧道周边圆顺，减少应力集中；严格控制装药量，减少对围岩扰动。③控制循环进尺，循环进尺不宜大于3m。④中等强度以上岩爆地段宜采用凿岩台车及喷混凝土台车施工。任务6.6岩爆地层隧道施工⑤超前注水孔宜布置在隧道边墙及拱部开挖断面轮廓线外10~15cm范围内，并向孔内灌高压水，软化围岩，加快围岩内部的应力释放。⑥开挖后应及时喷纤维混凝土封闭，厚度宜为5-8cm。⑦应力释放孔直径不宜小于70mm。⑧防岩爆锚杆可采用能及时受力的锚杆，以调整围岩应力分布及加固围岩。⑨施工中发生岩爆，应停机待避，处理应利用岩爆间隙时间进行。任务6.6岩爆地层隧道施工复习思考题：1、岩爆地层隧道施工应符合的要求有哪些？任务6.7坍方工作任务：（1）了解隧道发生坍方的原因；（2）掌握隧道坍方的预防措施及处理方法。隧道洞口坍方清理任务6.7坍方隧道洞口坍方任务6.7坍方隧道洞口的坍方任务6.7坍方隧道洞内坍方任务6.7坍方1.发生坍塌方原因（1）地质因素

①隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，围岩失稳而坍塌；

②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；

③在挤压破碎带，岩脉穿插带、节理密集带等碎裂结构地层中，岩块间互相挤压钳制，一经开挖则失稳，常见围岩掉块、坍落。任务6.7坍方④在构造运动的作用下，薄层岩体形成的小褶曲、错动发育地段，施工中常常发生坍塌方；

⑤岩层软硬相间，或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生滑坍；

⑥地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。任务6.7坍方（2）施工方法和措施不当

①施工方法选择不当，或工序间距安排不合理。各工序间距拉得较长，地层暴露时间过久，引起围岩松动、风化、导致坍方的发生。

②喷锚不及时，或喷混凝土质量、厚度不符合要求。

③采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实，或联接不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求。任务6.7坍方④有时抽换支撑操作不当，或者当支撑已出现受力过大的现象而未及时加固。⑤爆破作业不当，用药量过多。⑥处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。任务6.7坍方2.坍塌方前征兆（1）量测信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值。（2）喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂。（3）在坑顶或坑壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑。（4）岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开。任务6.7坍方（5）支撑梁、柱变形或折断，楔子压扁压劈，填塞木弯曲折断，扒钉受力变形，木支撑发生“辟啪”破裂声。（6）坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。任务6.7坍方3.预防坍塌方施工措施要做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。在施工中注意掌握下述要点：（1）先排水（2）短开挖（3）弱爆破（4）强支护（5）快衬砌（6）勤检查、勤量测任务6.7坍方4.隧道坍塌方处理措施（1）一般处理坍塌方步骤及方法

①防止坍塌方扩大范围

②采取适当的处理坍塌方措施任务6.7坍方（2）处理坍塌方常用支护方式

1）喷锚处理①由外向内、由上而下，逐段随清坍碴随向岩壁先喷射一薄层砂浆，然后再分层喷射混疑土。②喷射1—2层混凝土后，可随即加设锚杆再喷射混凝土；③坍碴的清除后，随即做好衬砌。任务6.7坍方2）构件支撑处理①在坍体不太高、坍穴略呈锥形、坍壁不太松散的情况下，使用人字架支撑，如图6.7.1所示。②当坍体较高，但坍体两侧壁形状较整齐，且侧向压力不大时，可按垂直于隧道中线的方向架设横向排架。如图6.7.2所示。任务6.7坍方图6.7.1坍方支撑任务6.7坍方图6-8-1坍方支撑图6.7.2高坍方支撑任务6.7坍方隧道内坍方处理任务6.7坍方隧道内坍方处理任务6.7坍方隧道内坍方处理任务6.7坍方

③当坍塌方较大，且围岩压力也较大时，宜在坍方范围内全部用纵向棚架支撑。如图6.7.3所示。

④当坍塌方直至地表而深度不大时(小于10m)，可设置井箍如图6.7.4所示。

⑤当坍塌穴成斜孔时，处理方法根据斜度而定，倾角≤300时，可按斜井的施工方法进行出碴及支撑；倾角>350时，运用井箍支撑及由上而下清碴。任务6.7坍方图6.7.3纵向棚架支撑图6.7.4井箍支撑任务6.8瓦斯地层隧道施工复习思考题：1、坍塌方前征兆有哪些？任务6.8瓦斯地层隧道施工任务6.8瓦斯地层隧道施工当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近通过，而围岩破碎、节理发育时，可能会遇到瓦斯。如果洞内空气中瓦斯浓度已达到爆炸限度与火源接触，就会引起爆炸，对隧道施工会带来很大的危害和损失。任务6.8瓦斯地层隧道施工1.瓦斯的性质（1）瓦斯(沼气)为无色、无臭、无味的气体，与碳化氢或硫化氢混合在一起，发生类似苹果的香味，很容易使人窒息或发生死亡事故。（2）瓦斯比重为0.554，仅占空气一半，所以在隧道内，瓦斯容易存在坑道顶部，其扩散速度比空气大1.6倍，很容易透过裂隙发达、结构松散的岩层。（3）瓦斯不能自燃，但极易燃烧，其燃烧的火焰颜色，随瓦斯浓度的增大而变淡，空气中含有少量瓦斯时火焰呈兰色，浓度达5％左右时，火焰呈淡青色。任务6.8瓦斯地层隧道施工2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯浓度爆炸界限见表6-11-1

瓦斯浓度（%）

爆炸界限5~