任务一：认知不良地质和特殊性岩土地段

任务一：认知不良地质和特殊性岩土地段《隧道施工与检测技术》任务一：认知不良地质和特殊性岩土地段内容概要本节课主要介绍隧道围岩加固的措施。教学目标

认知围岩加固的常用措施；重点学习任务围岩加固的常用措施。主要学习活动设计滑坡什么是不良地质？？危岩落石崩塌人为坑洞水库坍岸风沙岩溶?岩堆泥石流高地应力地面沉降......由于地球内力或外力作用和人类活动而造成膨胀土那些是特殊性岩土？？黄土红黏土盐渍土冻土污染土盐渍岩盐岩?是指含有特殊的矿物成分和结构,具有特殊的物理、力学和化学性质,并影响工程地质条件的岩石与土体。不良地质和特殊性岩土地段隧道在开挖、支护、衬砌施工过程中，由于受到各种因素的影响，可能会发生土石坍塌、隧道支撑变形、衬砌结构断裂等严重影响施工进度、安全和质量的事故，因此，施工前应编制专项施工方案，并应根据项目实际情况编制应急预案，提前做好技术、物资、机械的储备和应急演练，施工过程中，应加强监控量测工作，及时反馈量测结果，进行动态设计和动态施工。那：为什么要特别不良地质和特殊性岩土地段？岩溶（地铁隧道施工）打隧道遇到暗河，当河水涌出瞬间一富水断层破碎围岩（一）、定义：富水软弱围岩是指各类土质、软岩、风化极为严重的各种岩层,极软弱破碎的断层以及堆积、坡积层,岩体强度很低,自稳能力极差的围岩。（二）、工程特性工程特性极低的物理力学性质显著的流变（蠕变）特性显著强烈的与水相互作用特性极差的自稳能力对施工扰动高度敏感渗透变形问题突出成拱效应差一富水断层破碎围岩（三）、富水软弱破碎围岩隧道施工措施。1.注浆堵水及加固围岩富水软弱破碎围岩隧道处理地下水的原则一般是以堵截为主,排引为辅。堵截地下水的办法主要有两类:一类是对整个富水段进行注浆止水,并加固松散岩体。主要措施是进行地表预注浆,一般适用于隧道埋深小于20m的情况。地面预注浆一般采用小型钻机钻注浆孔,钻孔速度快、质量高,而且钻孔利用率也高。另一类是对富水段沿隧道开挖轮廓线进行环形注浆,形成止水帷幕,防止或使较少地下水进入开挖工作面。主要措施有浅孔注浆、管棚注浆、小导管注浆、中空锚杆注浆以及水平旋喷注浆等,一般适用于隧道埋深大于20m的情况。排水辅助措施主要有导坑、钻孔等方法，目的是排水降压。一富水断层破碎围岩（三）、富水软弱破碎围岩隧道施工措施。2.预支护及开挖一般在开挖前均采用超前支护。超前支护一般采用超前注浆加固、超前小导管注浆、超前大管棚等多种支护手段,构成强支护体系。开挖方法对于富水软弱围岩隧道施工十分重要。一般是采用小断面开挖,即正台阶环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中隔壁法和交叉中隔壁法。钻爆法开挖时,要采用控制爆破技术,如松动爆破、微振动爆破等,短进尺、弱爆破。特别松散的围岩采用局部松动爆破或利用挖掘机、风镐等进行开挖。二岩溶岩溶是可溶性岩层(如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏等)受具有溶解能力的水长期作用而产生的，是常见的不良地质现象。岩溶不良地质包括岩溶水、溶蚀带、空溶洞、充填溶洞和地下暗河等地质形态，其发育规模、空间位置、充填情况和储水补给条件等对隧道的开挖方式、处治措施、结构方案影响很大。溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。

溶洞是岩溶现象的一种。二岩溶（一）溶洞对隧道施工的影响

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。

有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。二岩溶2.隧道遇到溶洞的处理措施

在开挖施工中,利用超前地质预报手段进一步调查溶洞的地质条件，查明分布位置大小、类型、充填物、岩层的稳定情况等，一般按照以疏导为主、堵排结合、因地制宜、综合治理的原则，采取跨越、绕行、加固洞穴、引排截流岩溶水、清除充填物或注浆加固、回填等处理措施。二岩溶岩溶地段隧道通常用到的处理溶洞的方法有“引”“堵”“越”“绕”四种。（1）引当遇到暗河或溶洞里有水时宜排不宜堵，用暗管、涵管或小桥设施宣泄水流二岩溶（2）堵对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，根据情况用混凝土、干砌片和浆砌片回填密封，必要时采用加固措施。二岩溶①当隧道一侧有深长的溶洞，可加深该侧边墙基础通过②当隧道底部有大溶洞且有流水时，可在隧道底部下设承重墙，承重墙内设涵管排水③当隧道过墙遇大且深溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙或隧底以下筑拱跨过（3）越越①：加深边墙基础越②：在承重墙内设涵管越③：筑拱跨越溶洞二岩溶田德铁路铁路隧道“洞中桥”二岩溶（4）绕当溶洞处理耗时且困难时，采用迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，同时处理溶洞.三瓦斯1.瓦斯的基本性质（1）瓦斯（沼气）为无色、无臭、无味气体，当其与碳化氢或硫化氢混合在一起时，会释放出类似苹果的香味。（2）瓦斯的比重为0.554，仅占空气的一半。（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浅。当空气中含有少量瓦斯时，火焰呈蓝色；当其浓度达到5%左右时，火焰呈淡青色。三瓦斯2.瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯燃烧时，遇到障碍而受压缩，即能转燃烧为爆炸。爆炸时能发生高温、封闭状态的爆炸（即容积为常数），温度可达2150℃～2650℃；能向四周自由扩张时的爆炸（即压力为常数），温度可达1850°C。坑道中发生瓦斯爆炸后，坑道中完全无氧，而充满氮气、二氧化碳及一氧化碳气体。这些有害气体将很快传布到邻近的坑道和工作面，凡是来不及躲避的人，都会中毒而窒息，甚至死亡。三瓦斯（1）瓦斯的渗出（2）瓦斯的喷出（3）瓦斯的突出3.瓦斯放出的类型三瓦斯1.防止瓦斯事故发生的措施（1）若隧道穿过瓦斯溢出地段，则应预先确定瓦斯探测方法，并制定瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施等。（2）隧道通过瓦斯地区的施工方法宜采用全断面开挖。（3）加强通风是防止瓦斯爆炸最有效方法。（4）当开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，使用一般的通风手段难以将空气稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。四岩爆岩爆是在高地应力的脆性岩体中进行隧道开挖，岩体受到破坏，岩体失去平衡，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，使围岩表面呈片状的岩石突然爆裂而弹射出来。这种爆裂和弹射没有任何征兆，弹射的方向、远近、角度都没有规律，爆裂的时间也没有定时，因此，很难防范。岩爆一般发生在埋藏较深、整体、干燥和质地坚硬的岩层中。四岩爆判断产生岩爆的5个方面的主要指标：(1)岩石强度Rb≥80MPa。(2)岩层原始地应力σ0≥(0.15~0.2)Rb。(3)围岩级别:Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ级。(4)隧道埋深H≥50m。(5)岩石干燥无水，呈脆性，节理基本不发育只要满足其中任意三项指标时，即可判定岩爆的存在。四岩爆施工中一般以下的措施：1.采用全断面一次开挖成型，以减少围岩应力平衡的多次破坏，掘进循环进尺控制在2～2.5m，以加快循环，加快防护。采用光面爆破，并严格控制装药量，尽量减少爆破对围岩的影响，以改善洞壁应力分布，控制岩爆的发生。2.响炮后尽快向碴堆、洞壁掌子面喷水，以降低岩石的脆性和加快地应力的释放，降低岩爆的剧烈程度。3.针对岩爆类型及大小，用超前预裂爆破、打超前应力释放孔、在岩面上切缝、等方法释放出岩石表面的部分应力，也可以打超前摩擦锚杆支护，位置在拱顶及边墙的上部，宜采用40钢管，以减少发生岩爆的可能。

4.施工台车平台周围及顶部设置安全钢筋网，施工人员佩戴好安全防护，防止岩爆弹射伤人。有条件的最好采用机械手进行喷射钢纤维砼。5.采取相应支护措施。五流砂流沙是沙土或粉质粘土在水的作用下丧失其内聚力后形成的，多呈糊浆状，对隧道施工危害极大。由于流沙可引起围岩失稳坍塌，支护结构变形，甚至倒塌破坏。因此，治理流沙必先治水，以减少沙层的含水量为主。五流砂宜采取以下措施进行治理：

1.加强调查，制订方案：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，并制订出切实可行的治理方案。2.因地制宜，综合治水：隧道通过流沙地段，处理地下水的问题，是解决隧道流沙、流泥施工难题中的首要关键技术。施工时，因地制宜，采用“防、截、排、堵”的治理方法。3.先护后挖，加强支护：开挖时必须采取自上而下分部进行，先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭，遇缝必堵，严防沙粒从支撑缝隙中逸出。4.尽早衬砌，封闭成环：流沙地段，拱部和边墙衬砌混凝土的灌筑应尽量缩短时间，尽快与仰拱形成封闭环。这样，即使围岩中出现流沙也不会对洞身衬砌造成破坏。六黄土黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物，黄土的颜色主要呈黄、灰黄或褐黄色，颗粒成分以粉粒为主，富含碳酸钙，有肉眼可见的大孔隙，天然剖面上垂直节理发育，被水浸湿后土体显著沉陷（即湿陷性）。六黄土2.黄土地层对隧道的影响（1）黄土节理（2）黄土冲沟地段（3）黄土溶洞与陷穴（4）水对黄土隧道施工的影响六黄土（二）黄土隧道的施工方法及注意事项1.黄土隧道的施工方法(1)黄土隧道施工,应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位,在施工时加强支护措施,防止坍塌,以确保安全施工。(2)施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、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。六黄土2.施工注意事项(1)黄土隧道的施工应采用机械挖掘，不宜采用钻爆法施工。(2)开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法)，初期支护应紧跟开挖面施作。(3)施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应立即采取喷混凝土或采取其它措施进行加固。(4)避免黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。(5)做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。(6)喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜超过0.2MPa。(7)锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔。

七膨胀岩土膨胀岩土又叫胀缩土，是一种特殊土，它是在地质作用下形成的一种主要由亲水性强的粘土矿物组成的多裂隙并具有显著膨胀性的地质体。膨胀岩土干时坚硬，遇水软化，在自然条件下多呈坚硬、硬塑状态，结构致密，自由膨胀率一般大于40%，呈棱形土块者常具有胀缩性，棱形土块越小，胀缩性越强。土内分布有裂隙，裂缝发育，方向不规则，常有光滑面和擦痕，裂缝中常充填灰白、灰绿色粘土。膨胀岩土多为细腻的胶体颗粒组成，断口光滑，土内常包含钙质结核和铁锰结核，呈零星分布，有时也富集成层。七膨胀岩土1.膨胀岩的基本特征与分级(1)膨胀岩基本特征①质软,强度低。膨胀岩属软质岩石,抗压强度低,一般低于10MPa。②自由膨胀率高,一般自由膨胀率大于40%,吸水后易造成岩体膨胀,主要是其中含有伊利石、蒙脱石等亲水性的矿物,遇水后避免水膜增厚,颗粒间距增大,膨胀率高。③孔隙率大,一般大于20%,为水的侵入创造了条件。④易风化、崩解性强。含有黏土矿物的膨胀岩体,侵水后发生崩解,风干失水后迅速崩解成碎屑状。⑤膨胀压力大，因体积膨胀,遇约束将产生较大的膨胀压力,一般在1.0MPa以上。除具有以上特征外,有些膨胀岩还有明显的外观特征。例如,围岩外观表面光滑、细腻、有蜡状光泽,手摸有明显滑感,层面结合差;未扰动的围岩整体性尚好,但一经开挖暴露,加上水的作用,会迅速崩解。七膨胀岩土(2)膨胀岩的判别与分级目前,国内外大体上依据以下两个方面判别膨胀岩:一是间接反映岩石膨胀性,如矿物的成分、颗粒含量、阳离子交换量和干燥饱和吸水率;二是直接定量反映岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标。膨胀岩等级以试验数据为基础，只须满足表中的2项即可划为该级别的膨胀岩。项目指标

项目指标极限膨胀力（Pmax)＞100KPa

自由膨胀力（Fs)＞30%极限膨胀率（pmax)＞3%

矿物质成分（蒙脱石、伊利石含量）≥15%干燥饱和吸水