不良地质隧道施工课件.ppt

1、 不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。等不利于隧道工程的不良地质环境。特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、含水特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段以及未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等。瓦斯溢出地层等。土石坍塌土石坍塌 (大塌方或小塌方大塌方或小塌方)隧道支撑变形隧道支撑变形衬砌结构断裂衬砌结构断裂严重影响施工进度严重影响施工进度施工前要认真研究分析

2、工程及水文地质资料，结合现场施工前要认真研究分析工程及水文地质资料，结合现场实际情况，作出风险评估，制定完整的施工技术方案，并实际情况，作出风险评估，制定完整的施工技术方案，并结合专项应急救援预案，做好人员组织、技术、物资、机结合专项应急救援预案，做好人员组织、技术、物资、机械的储备，预防地质灾害的发生。械的储备，预防地质灾害的发生。软弱破碎围岩宜积极采用岩土控制变形分析法施工技术。软弱破碎围岩宜积极采用岩土控制变形分析法施工技术。软弱及不良地质隧道仰拱距开挖工作面距离宜控制在软弱及不良地质隧道仰拱距开挖工作面距离宜控制在40m以内，洞口段、浅埋段、断层破碎带，二次衬砌应及以内，洞口段、浅埋段

3、、断层破碎带，二次衬砌应及时施作。时施作。隧道施工中发生地质灾害时应立即启动应急救援预案。隧道施工中发生地质灾害时应立即启动应急救援预案。根据超前地质预报和监控量测结果及时调整施工方案。根据超前地质预报和监控量测结果及时调整施工方案。施工以施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。为指导原则。选择施工方法选择施工方法(包括开挖及支护包括开挖及支护)时，应以安全及工程时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工

4、机械装备、件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。同时工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。能性，以免造成工程失误和增加投资。 (1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。危石后及时喷射混凝土护面。 (2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。及早装设钢拱架支撑加强支护。 (1)支撑要有足

5、够的强度和刚度，能承受开挖后的支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。围岩压力。 (2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁沉陷时应加设底梁 (3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；面应用支撑封闭严密； (4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑形成联合支撑 (5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。的作用。特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面

6、开挖。应特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面开挖。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用。拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。当扩挖拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度并加强拱架断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶作业宜先护后支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。挖，暴露面应用支撑封闭严密。 采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围

7、岩的方法，采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法，以提高其自稳性。以提高其自稳性。当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。基底。 是隧道施工中最常见的不良地质地是隧道施工中最常见的不良地质地段，断层带内岩体挤压破碎，常呈块石、碎石或角段，断层带内岩体挤压破碎，常呈块石、碎石或角砾状有的甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩压力增砾状有的甚至呈断层泥，岩体强度低，围岩压力增大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。大，自稳能力下降，容易坍塌，施工困难。 是指在各类土质、软岩、极严重风化的各是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种岩层、极软弱破碎的断层

8、带以及堆积、坡积层中，种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层中，在富含地下水的情况下，岩体强度很低，自稳能力在富含地下水的情况下，岩体强度很低，自稳能力极差的围岩。极差的围岩。地质预报方法主要有：钻孔超前探测；对超前导坑地质预报方法主要有：钻孔超前探测；对超前导坑进行地质、水文观测素描；地震波、声波、地质雷进行地质、水文观测素描；地震波、声波、地质雷达等物理探测。达等物理探测。预测开挖面前方的地质情况，围岩整体性、断层、预测开挖面前方的地质情况，围岩整体性、断层、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响，地下水软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响，地下水活动情况等。活动情况等。 长期预报长期预

9、报总体预报，预报断层规模、分布、性质、构造分带，总体预报，预报断层规模、分布、性质、构造分带，富水性等，并分段作出工程地质评价。富水性等，并分段作出工程地质评价。中期预报中期预报岩石微观构造研究岩石微观构造研究工程地质类比工程地质类比地震反射波法地震反射波法地质雷达法地质雷达法图析法图析法短期预报短期预报开挖面及其附近的预测预报开挖面及其附近的预测预报掌子面超前钻孔预报掌子面超前钻孔预报富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是：富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是：采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水特大涌水采用辅助导坑排水特大涌水采用辅助导坑排水堵截地下水的办

10、法主要有两类：堵截地下水的办法主要有两类： 整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。整个富水段进行注浆止水，并加固松散岩体。 对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆，形成止水帷幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。形成止水帷幕，防止或减小地下水进入开挖工作面。排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。排水辅助措施有导坑、钻孔等，目的是排水降压。 当地下水与地表水连通时，埋深小于当地下水与地表水连通时，埋深小于20m采用地表采用地表注浆，埋深大于注浆，埋深大于20m时采用洞内注浆。时采用洞内注浆。开挖施工要求开挖施工要求u根据超前地质预报分析结果，

11、采取防塌预防措施，根据超前地质预报分析结果，采取防塌预防措施，保证开挖工作面的稳定。保证开挖工作面的稳定。u洞内涌水对周边生态环境影响较大时，宜采用注浆洞内涌水对周边生态环境影响较大时，宜采用注浆堵水措施。当隧道埋深在堵水措施。当隧道埋深在20m以内时，可采用地表注以内时，可采用地表注浆；当隧道埋深超过浆；当隧道埋深超过20m时，则应采用开挖工作面预时，则应采用开挖工作面预注浆。注浆。 单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法，单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法，双线和多线隧道采用双线和多线隧道采用CD法、法、CRD法或双侧壁导法或双侧壁导坑法，循环进尺坑法，循环进尺0.51.5m开挖手段上

12、，采取两种方法，一是在特别软弱的开挖手段上，采取两种方法，一是在特别软弱的围岩段，采用非钻爆开挖，如利用十字镐、风镐围岩段，采用非钻爆开挖，如利用十字镐、风镐开挖或利用小型挖装机开挖。另一种是采用控制开挖或利用小型挖装机开挖。另一种是采用控制爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。爆破措施，如松动爆破、微振动爆破等。 根据量测结果及时调整支护参数根据量测结果及时调整支护参数 支护施工要求支护施工要求 根据量测结果确定施作时机根据量测结果确定施作时机衬砌施工要求衬砌施工要求 仰拱必须及早施作，形成封闭结构仰拱必须及早施作，形成封闭结构 在承压水地段，若容许限量排水，衬砌背后的在承压水地段，若容许限量

13、排水，衬砌背后的排水管道必须顺畅地连接到隧道排水沟，防止地排水管道必须顺畅地连接到隧道排水沟，防止地下水在衬砌背后聚集对其形成压力；若不容许排下水在衬砌背后聚集对其形成压力；若不容许排水，应修筑抗水压衬砌。水，应修筑抗水压衬砌。 应用实例应用实例 之一之一宜万铁路别岩槽隧道宜万铁路别岩槽隧道F1F1高压富水断层高压富水断层1、工程概况、工程概况 宜万铁路别岩槽隧道位于重庆市万州区境内，隧宜万铁路别岩槽隧道位于重庆市万州区境内，隧道里程道里程 DK 403+049DK 406+770，全长，全长3 721 m。隧道最大埋深隧道最大埋深530 m，设置，设置-13.3的单面坡。由于岩的单面坡。由于

14、岩溶及岩溶水极其发育，因而，该隧道被列为宜万铁溶及岩溶水极其发育，因而，该隧道被列为宜万铁路路8座座I级风险隧道之一。级风险隧道之一。 如图如图1所示，别岩槽隧道穿越方斗山弧状背斜构造，所示，别岩槽隧道穿越方斗山弧状背斜构造，发育发育F1(茨竹垭断裂茨竹垭断裂)、F2(水塘沟断裂水塘沟断裂)和和F3(蒿子坝蒿子坝断裂断裂)3条断层，地质条件极其复杂。条断层，地质条件极其复杂。 隧道隧道DK 404+101+550段发育段发育F1断层，现场实测断断层，现场实测断层带水压力为层带水压力为0.61.8 MPa，超前探孔单孔涌水量为，超前探孔单孔涌水量为10160 m3/h。该断层破碎带宽。该断层破碎

15、带宽40100 m，断裂带主要，断裂带主要由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成，两侧分支由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成，两侧分支断层、节理等次级构造发育，造成岩体破碎，围岩级断层、节理等次级构造发育，造成岩体破碎，围岩级别为别为级。预测该段正常涌水量约级。预测该段正常涌水量约2.5万万m3/d ，最大涌，最大涌水量约水量约15.5万万m3/d。 2 超前预测预报超前预测预报 在勘察设计阶段已基本确定了该断层的性质和规模。在勘察设计阶段已基本确定了该断层的性质和规模。在接近在接近F1断层时，通过超前地质钻孔进行预测预报。断层时，通过超前地质钻孔进行预测预报。 每循环布设超前钻孔每循环布设超

16、前钻孔3个，个，分别位于拱顶及左、右两侧，分别位于拱顶及左、右两侧，钻孔长度钻孔长度32m。通过对钻进。通过对钻进速度、卡钻情况、排出碴样速度、卡钻情况、排出碴样岩性、单孔涌水量、水压力岩性、单孔涌水量、水压力等技术指标进行综合分析等技术指标进行综合分析(F1断层核心位置进行取心钻探断层核心位置进行取心钻探)，确定前方地质情况，从而制确定前方地质情况，从而制定出针对性处理方案。定出针对性处理方案。3、注浆堵水及开挖支护、注浆堵水及开挖支护采取全断面帷幕注浆进行注浆堵水和加固围岩。采取全断面帷幕注浆进行注浆堵水和加固围岩。设计参数设计参数注浆孔布设注浆孔布设注浆材料注浆材料 根据地质特点，采取工

17、程类比法选择注浆材料，并根据地质特点，采取工程类比法选择注浆材料，并在现场进行注浆试验研究。针对该断层，注浆材料采在现场进行注浆试验研究。针对该断层，注浆材料采用普通水泥单液浆和普通水泥用普通水泥单液浆和普通水泥-水玻璃双液浆，以普水玻璃双液浆，以普通水泥单液浆为主。在注浆过程中，当长时间注浆压通水泥单液浆为主。在注浆过程中，当长时间注浆压力不上升时，采用双液浆控制浆液扩散范围。力不上升时，采用双液浆控制浆液扩散范围。 普通水泥单液浆配比为：水灰比普通水泥单液浆配比为：水灰比0.6:10.8:1，必要时，必要时，掺加掺加12的缓凝剂，将单液浆凝胶时间控制在的缓凝剂，将单液浆凝胶时间控制在2 h

18、以内。普通水泥一水玻璃双液浆配比为：水泥浆水灰以内。普通水泥一水玻璃双液浆配比为：水泥浆水灰比比0.6:10.8:1、水泥浆与水玻璃体积比、水泥浆与水玻璃体积比1:0.3 1:1、水、水玻璃浓度玻璃浓度35Be 。浆液配合比控制原则为。浆液配合比控制原则为“先稀后浓、先稀后浓、逐级变换逐级变换”。 机械设备配置机械设备配置 F1断层及影响带隧道内纵向范围大，因此，注浆工断层及影响带隧道内纵向范围大，因此，注浆工程量巨大，这在以往的工程施工中很少遇到。根据注程量巨大，这在以往的工程施工中很少遇到。根据注浆工期要求和地质特点进行机械设备配置，对于本工浆工期要求和地质特点进行机械设备配置，对于本工程

19、注浆，按程注浆，按“适合地层、快速高效、配足配齐适合地层、快速高效、配足配齐”的原的原则进行机械设备的配置。机械设备配置如表则进行机械设备的配置。机械设备配置如表2。 注浆参数注浆参数 注浆顺序控制注浆顺序控制 注浆采取前进式分段注浆。注浆顺序按两序孔进行，注浆采取前进式分段注浆。注浆顺序按两序孔进行，即先跳孔注单序孔即先跳孔注单序孔(一序孔一序孔)，然后注剩下的二序孔，然后注剩下的二序孔，这样，一序孔完成后实现了对二序孔的约束，从而提这样，一序孔完成后实现了对二序孔的约束，从而提高了注浆效果。同时，二序孔注浆又是对一序孔的检高了注浆效果。同时，二序孔注浆又是对一序孔的检查。查。注浆结束标准控

20、制注浆结束标准控制l单孔注浆结束标准：单孔注浆结束标准： (1)一序孔注浆采取定量一定压相结合原则，注浆量可一序孔注浆采取定量一定压相结合原则，注浆量可达到设计计算单孔单段注浆量的达到设计计算单孔单段注浆量的1.22倍；倍； (2)二序孔主要采取定压控制，注浆压力应达到设计终二序孔主要采取定压控制，注浆压力应达到设计终压，注浆速度应小于压，注浆速度应小于5 L/min。 l全段注浆结束标准：全段注浆结束标准： (1)所有注浆孔均符合单孔注浆结束标准，无漏注现象；所有注浆孔均符合单孔注浆结束标准，无漏注现象； (2)分析注浆成果资料，选取注浆薄弱环节钻检分析注浆成果资料，选取注浆薄弱环节钻检 查

21、孔进行岩心，浆液应充填饱满；查孔进行岩心，浆液应充填饱满；(3)检查孔无坍孔现象，检查孔涌水量小于检查孔无坍孔现象，检查孔涌水量小于0.2 L/m min。注浆实施注浆实施 进口共进行帷幕注浆循环进口共进行帷幕注浆循环l7个，其中个，其中5 m注浆帷幕注浆帷幕7个循环，个循环，8 m注浆帷幕注浆帷幕10个循环，实现了平均生产能个循环，实现了平均生产能力为力为1个循环个循环/32 d，完成，完成 “钻探注浆开挖钻探注浆开挖”进度进度指标为指标为22 m/月。为实现在影响带的安全对接，出口进月。为实现在影响带的安全对接，出口进行了一个循环的注浆帷幕。行了一个循环的注浆帷幕。 开挖支护开挖支护 l超

22、前预支护超前预支护 为确保施工安全，减少注浆盲区带来施工风险，在为确保施工安全，减少注浆盲区带来施工风险，在 注浆结束后施作拱部周边注浆结束后施作拱部周边b108大管棚并进行注浆，大管棚并进行注浆， 形成超前预支护体系，管棚环向问距形成超前预支护体系，管棚环向问距3040cm，纵向，纵向 长长28m。l初期支护初期支护 采取台阶法开挖，采用采取台阶法开挖，采用I18钢架支护，间距钢架支护，间距0.51 m/榀，挂网喷射榀，挂网喷射C20混凝土混凝土25 cm。 l监控量测监控量测 加强开挖过程中监控量测，及时反馈变形信息，加强开挖过程中监控量测，及时反馈变形信息，F1高压富水断层段开挖支护后变

23、形情况如图高压富水断层段开挖支护后变形情况如图5所示。所示。变形值均未超过变形值均未超过40mm，大部分地段控制在，大部分地段控制在30mm以内。以内。 (1)质软，强度低质软，强度低 (2)自由膨胀率高自由膨胀率高 (3)空隙率大空隙率大 (4)易风化、崩解性强易风化、崩解性强 (5)膨胀压力大膨胀压力大判别依据：判别依据：间接反应岩石膨胀指标间接反应岩石膨胀指标直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的直接定量反应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率大小的指标膨胀岩的判别标准膨胀岩的判别标准 膨胀岩的分级膨胀岩的分级 膨胀岩的物理力学指标膨胀岩的物理力学指标 当围岩内部

24、的最大地应力与围岩强度的比值达到某当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时，才能称为高地应力或极高应力。一水平时，才能称为高地应力或极高应力。max/bR围岩强度应力比围岩强度应力比= (1)围岩大变形量的划分围岩大变形量的划分 铁路隧道大变形的变形量划分铁路隧道大变形的变形量划分 (2)乌鞘岭隧道高地应力软岩隧道大变形分级乌鞘岭隧道高地应力软岩隧道大变形分级 挤压性隧道的大变形分级标准挤压性隧道的大变形分级标准 膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类：一是减轻作用在支护结构上的荷载而容纳为两类：一是减轻作用在支护结构上的荷

25、载而容许发生一定位移的方法许发生一定位移的方法(柔性结构设计柔性结构设计)，另一是为，另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法(刚性结刚性结构设计构设计) 。(1)先行导坑法先行导坑法 (2)多重支护方法多重支护方法 (1)大刚度支护和衬砌结构大刚度支护和衬砌结构 (2)大范围围岩加固法大范围围岩加固法 (3)可缩式支护方法可缩式支护方法 (4)分阶段综合控制法分阶段综合控制法 (1)活动性断层高地活动性断层高地应力区段应力区段 二次衬砌二次衬砌 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 系统锚杆系统锚杆 补强系统锚

26、杆补强系统锚杆 (2)岭脊高地应力软岭脊高地应力软岩区段岩区段 系统锚杆系统锚杆 二次衬砌二次衬砌 预留变形量预留变形量 喷混凝土喷混凝土 (1)喷锚支护，稳定围岩喷锚支护，稳定围岩 (2)衬砌结构及早闭合衬砌结构及早闭合 陶恩隧道陶恩隧道 19701975年修建于奥地利的陶恩隧道，为双向行驶年修建于奥地利的陶恩隧道，为双向行驶的公路隧道，全长的公路隧道，全长6400m，埋深，埋深6001000m。新奥法的。新奥法的鼻祖鼻祖Rabcewicz教授亲自主持该隧道的设计并参加施工。教授亲自主持该隧道的设计并参加施工。该隧道施工中在千枚岩和绿泥石地段发生大变形，产该隧道施工中在千枚岩和绿泥石地段发生

27、大变形，产生了生了50120cm的位移，最大位移速率的位移，最大位移速率20cm/d，是世界，是世界上第一座知名的大变形隧道。由于陶恩隧道设计时对上第一座知名的大变形隧道。由于陶恩隧道设计时对挤压性围岩缺乏经验，初期支护较弱挤压性围岩缺乏经验，初期支护较弱(长长4m锚杆，厚锚杆，厚25cm喷混凝土，喷混凝土，TH3675钢架钢架)。在洞壁发生大变形。在洞壁发生大变形后，采用了后，采用了69m长锚杆，可缩钢架及喷层预留纵缝等长锚杆，可缩钢架及喷层预留纵缝等加强措施，对洞壁已侵入模注混凝土净空部位进行了加强措施，对洞壁已侵入模注混凝土净空部位进行了危险的扩挖作业，工程非常艰难，但最后仍取得成功。危

28、险的扩挖作业，工程非常艰难，但最后仍取得成功。阿尔贝格隧道阿尔贝格隧道 阿尔贝格隧道也在奥地利，系公路隧道，全长阿尔贝格隧道也在奥地利，系公路隧道，全长13980m。该隧道是紧接着陶恩隧道后开工该隧道是紧接着陶恩隧道后开工(19741979年年)，设计时，设计时已吸收了陶恩隧道的经验教训，所以虽然也是挤压性围岩已吸收了陶恩隧道的经验教训，所以虽然也是挤压性围岩隧道，但支护变形较小，施工较为顺利。隧道最大埋深隧道，但支护变形较小，施工较为顺利。隧道最大埋深740m，原始地应力，原始地应力13MPa，围岩为千枚岩、片麻岩、片，围岩为千枚岩、片麻岩、片岩绿泥石等，抗压强度岩绿泥石等，抗压强度1.22

29、.9MPa。为防止大变形，设。为防止大变形，设计时采用了强大的初期支护系统：厚计时采用了强大的初期支护系统：厚2025cm喷混凝土；喷混凝土；可缩式可缩式75钢架；钢架；6m长的长的125cm锚杆。虽然如此，在局锚杆。虽然如此，在局部地质较坏地段，仍产生了部地质较坏地段，仍产生了2035cm的支护位移，变形速的支护位移，变形速度达度达46cm/d，最大，最大11.5cm/d。在增加了。在增加了912m长锚杆后，长锚杆后，使变形初速度降为使变形初速度降为5cm/d。惠那山隧道惠那山隧道 日本惠那山公路隧道为双洞隧道。日本惠那山公路隧道为双洞隧道。I号隧道号隧道(8300m)于于1975年年8月建

30、成。月建成。1978年开工修建第二座隧道年开工修建第二座隧道(8635m)，于，于1985年建成。两座隧道均通过长年建成。两座隧道均通过长400m断层带，围岩软弱，断层带，围岩软弱，为风化的变质角页岩，单轴抗压强度为风化的变质角页岩，单轴抗压强度1.74.0MPa，该处，该处埋深埋深 400m。两隧道在施工中均发生了支护大变形。两隧道在施工中均发生了支护大变形。 I号隧道主洞开挖先以号隧道主洞开挖先以0.8m间距安设重型钢架间距安设重型钢架H250，并，并辅以衬板，先后浇注两层模筑混凝土。由于变形量大且速辅以衬板，先后浇注两层模筑混凝土。由于变形量大且速度快，钢架被大量破坏，混凝土衬砌大规模开

31、裂，拱顶下度快，钢架被大量破坏，混凝土衬砌大规模开裂，拱顶下沉沉4394cm。侧壁内移。侧壁内移2052cm，因此在浇注第二层混凝，因此在浇注第二层混凝土时以补充了土时以补充了H-20080cm钢架。钢架。 虽然模筑混凝土衬砌总厚达虽然模筑混凝土衬砌总厚达1.2m，而且加入了大量，而且加入了大量的重型衬砌，衬砌仍发生了大规模的开裂，最后不得的重型衬砌，衬砌仍发生了大规模的开裂，最后不得不用钢纤维加筋混凝土来反复修补。不用钢纤维加筋混凝土来反复修补。 吸收了吸收了I号隧道教训，号隧道教训，II号隧道采用新奥法柔性初期号隧道采用新奥法柔性初期支护。其特点是：采用长锚杆支护。其特点是：采用长锚杆(9

32、13.5m)；预留变形量；预留变形量(上上50cm，下，下30cm)；钢纤维混凝土；钢纤维混凝土(厚厚25cm)及可缩式及可缩式钢架；二次衬砌为钢架；二次衬砌为45cm厚的素混凝土。最终发生的厚的素混凝土。最终发生的初期支护位移为初期支护位移为2025cm，最大为，最大为56cm，完成了大变，完成了大变形地段的施工。形地段的施工。家竹箐隧道家竹箐隧道 家竹箐隧道是我国南昆铁路上的著名险洞，以高瓦斯、家竹箐隧道是我国南昆铁路上的著名险洞，以高瓦斯、高地应力、大涌水而著称。由于煤系地段软弱，且地应力高地应力、大涌水而著称。由于煤系地段软弱，且地应力较高较高(16.09MPa)，在，在390m长的地

33、段内产生了大变形，洞长的地段内产生了大变形，洞壁位移壁位移6080cm，拱顶下沉接近，拱顶下沉接近100cm。当时因国内对高。当时因国内对高地应力挤压性围岩尚缺乏认识，以为只是一般的软弱围岩，地应力挤压性围岩尚缺乏认识，以为只是一般的软弱围岩，故只采取了一般标准的初期支护。故只采取了一般标准的初期支护。(1)改善洞形，加大边墙曲率改善洞形，加大边墙曲率(2)将预留量加大为将预留量加大为45cm(拱拱)及及25cm(墙墙)。(3)系统锚杆加长为系统锚杆加长为813m。(4)喷混凝土加厚喷混凝土加厚(初初20复复15)(5)钢架改为钢架改为U29可缩式可缩式(6)双层模筑双层模筑(外外55钢纤维配

34、筋混凝钢纤维配筋混凝土，内土，内25钢纤维混凝土。钢纤维混凝土。木栅隧道木栅隧道 木栅隧道位于中国台湾北部第二高速公路上，隧道穿越木栅隧道位于中国台湾北部第二高速公路上，隧道穿越台北市南郊的木栅山区，全长台北市南郊的木栅山区，全长1875m，为三车道公路隧道，为三车道公路隧道(断面断面150m2)。该隧道在通过潭湾大断层时，发生大变形，。该隧道在通过潭湾大断层时，发生大变形，拱顶下沉拱顶下沉150cm以上，边墙内挤以上，边墙内挤70cm。潭湾断层带宽。潭湾断层带宽75m，与隧道斜交，大变形地段长与隧道斜交，大变形地段长205m。由于初期支护仅采用。由于初期支护仅采用常规的锚喷支护，故产生了严重

35、的大变形。该隧道变形整常规的锚喷支护，故产生了严重的大变形。该隧道变形整治有一个特色，即应用了预应力锚索治有一个特色，即应用了预应力锚索(长长15.2m，预拉力，预拉力50t)，但隧底采用长，但隧底采用长9m的一般锚杆。通过锚索孔及锚杆孔的一般锚杆。通过锚索孔及锚杆孔向地层注浆加固围岩，强大的锚索及锚杆使隧道趋于稳定。向地层注浆加固围岩，强大的锚索及锚杆使隧道趋于稳定。弧型导坑完成后，采用挖马口的方法，分别开挖弧型导坑完成后，采用挖马口的方法，分别开挖左右两侧边墙，边墙开挖后，立即进行喷锚支护并左右两侧边墙，边墙开挖后，立即进行喷锚支护并将格栅拱顺接下来，形成整体；将格栅拱顺接下来，形成整体；

36、边墙开挖完成后，最后开挖核心土。边墙开挖完成后，最后开挖核心土。二次衬砌，采用先墙后拱法施工，每环混凝土的二次衬砌，采用先墙后拱法施工，每环混凝土的灌注长度控制在灌注长度控制在2.04.0m。按塑性指数按塑性指数(Ip)的大小可分为：的大小可分为：老黄土老黄土新黄土新黄土黄土质粘砂土黄土质粘砂土(1I p7）黄土质砂粘土黄土质砂粘土(7Ip17)黄土质粘土黄土质粘土(17Ip)在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生向，而覆盖较薄

37、或偏压很大的情况下，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。较大的坍塌或滑坡现象。隧道若建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道隧道若建在其上方，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，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌处建在其邻侧，则有可能承受偏压，使围岩与衬砌处于不利的受力状态。于不利的受力状态。黄土湿陷造成突然下沉现象。黄土湿陷造成突然下沉现象。 排水不良造成道路泥泞，给运输及仰拱施工带来排水不良造成道路泥泞，给运输及仰拱施工带来困难。困难。 新老黄土具有不同方向的原生与构造节理，特别是新老黄土具有不同方向的原生与构造节理

38、，特别是垂直节理发育，并具黄土多孔、疏松，隧道开挖时土垂直节理发育，并具黄土多孔、疏松，隧道开挖时土体极易顺节理方向张开或剪断，隧道埋深较浅时地表体极易顺节理方向张开或剪断，隧道埋深较浅时地表附近拉力过大而开裂，常伴随隧道开挖产生地表平行附近拉力过大而开裂，常伴随隧道开挖产生地表平行及环形裂缝。及环形裂缝。表表2-1 2-1 调查的调查的1212座黄土隧道纵向裂缝和环向裂缝情况座黄土隧道纵向裂缝和环向裂缝情况 名称名称埋深埋深最大地表变形最大地表变形/mm最大洞内变最大洞内变形形/mm纵向裂缝纵向裂缝横向裂缝横向裂缝位置位置宽宽/mm位置位置宽度宽度/mm潼洛川隧道进口15m23175155两

39、侧1对0.215洞口0.230mm凰岭隧道进口135743130左侧1条1090未发现凤凰岭隧道出口1496两侧2对0.540洞口0.22高桥隧道出口366180167左侧1条550未发现黄龙村隧道出口1118252两侧2对1020浅埋段520贺家庄隧道出口2527140224右侧两条1030地表渗水段230张茅隧道出口9未发现未发现长山隧道进口22未发现洞口2030涵古关隧道进口1447250230两侧1对1040洞口1030吕家崖隧道进口200两侧1对6080洞口段1020阌乡隧道进口30210两侧1对1060洞口13巩义隧道进口224170洞口510未发现 对郑西对郑西38座隧道，调查了

40、座隧道，调查了12座黄土隧道，出现规律性的对称纵向裂缝和纵座黄土隧道，出现规律性的对称纵向裂缝和纵向之间的环向裂缝。向之间的环向裂缝。 黄土隧道洞口浅埋区段地表多可见裂缝，多见于60m埋深以下。 地表可见或宽大裂缝多发生于地表沉降值在80mm以上。 在隧道偏压区段，容易在偏压外侧出现滑坡形式的滑动裂缝。 隧道施工工作面前方已有可见裂缝形成，随着隧道掘进裂缝不断发展。调查结论调查结论 黄土隧道施工应根据断面大小、围岩级别采用台阶黄土隧道施工应根据断面大小、围岩级别采用台阶法、三台阶弧形导坑法、双侧壁导坑法、法、三台阶弧形导坑法、双侧壁导坑法、CRD法等。法等。 黄土隧道的施工应根据断面大小采用机

41、械或人工挖黄土隧道的施工应根据断面大小采用机械或人工挖掘，应优先采用机械开挖。掘，应优先采用机械开挖。1、双侧壁导坑法、双侧壁导坑法适用性评价：适用性评价：双侧壁法在浅埋砂质新黄土中对地表双侧壁法在浅埋砂质新黄土中对地表下沉的控制效果显著。但施工中需耗费大量时间和下沉的控制效果显著。但施工中需耗费大量时间和材料用于架设和拆除临时支撑，施工进度慢（月进材料用于架设和拆除临时支撑，施工进度慢（月进尺尺2530m），成本比较高。因此，在地表下沉有严），成本比较高。因此，在地表下沉有严格控制要求的浅埋砂质黄土地层以及难以自稳的饱格控制要求的浅埋砂质黄土地层以及难以自稳的饱和黄土地层，可采用双侧壁法。和

42、黄土地层，可采用双侧壁法。适用于适用于b和和级黄土围岩的级黄土围岩的浅埋大断面隧道施工。浅埋大断面隧道施工。 12234556789101112施工工法关键：施工工法关键： 针对浅埋砂质新黄土以及饱和黄土，为确保掌子面针对浅埋砂质新黄土以及饱和黄土，为确保掌子面的稳定，双侧壁导坑法上台阶开挖应留核心土，并施的稳定，双侧壁导坑法上台阶开挖应留核心土，并施做超前小导管或大管棚支护，必要时进行掌子面注浆做超前小导管或大管棚支护，必要时进行掌子面注浆或地表注浆预加固前方土体。或地表注浆预加固前方土体。 从减小开挖对掌子面的扰动考虑，宜采用铣挖机开从减小开挖对掌子面的扰动考虑，宜采用铣挖机开挖，或采用挖

43、，或采用0.5m3以下的小型挖掘机开挖并严格控制其以下的小型挖掘机开挖并严格控制其超挖行为。对于挖掘机开挖时双侧壁上撑不能及时架超挖行为。对于挖掘机开挖时双侧壁上撑不能及时架设的难题，可采取底撑紧跟方法解决。为便于机械施设的难题，可采取底撑紧跟方法解决。为便于机械施工，在仰拱封闭和衬砌跟进情况下，宜及时拆除内壁工，在仰拱封闭和衬砌跟进情况下，宜及时拆除内壁以增加施工空间。以增加施工空间。 12234556782、 CRD法法适用性评价：适用性评价： CRD法可有效控制浅埋砂质黄土中的法可有效控制浅埋砂质黄土中的拱顶下沉，虽控制效果不如双侧壁，但临时支撑比拱顶下沉，虽控制效果不如双侧壁，但临时支

44、撑比双侧壁省，施工进度相对较快（月进尺双侧壁省，施工进度相对较快（月进尺35m），成），成本相对较低。因此，对于地表下沉没有严格控制要本相对较低。因此，对于地表下沉没有严格控制要求的浅埋砂质黄土地层，可采用求的浅埋砂质黄土地层，可采用CRD法。法。 CRD法适用于法适用于a和和b级级黄土围岩的浅埋大断面隧道黄土围岩的浅埋大断面隧道施工。施工。 施工工法关键：施工工法关键： 相对双侧壁法，相对双侧壁法，CRD法一次开挖面积较大，在浅埋法一次开挖面积较大，在浅埋砂质新黄土中如何确保掌子面的稳定是值得重视的问题，砂质新黄土中如何确保掌子面的稳定是值得重视的问题，尤其是导坑上台阶开挖环节。尤其是导坑上

45、台阶开挖环节。 对此，对此，CRD法开挖除采取短进尺、加大核心土截面法开挖除采取短进尺、加大核心土截面以减少环形一次开挖时间和尽早支护外，应重视施做超以减少环形一次开挖时间和尽早支护外，应重视施做超前小导管，必要时采取超前注浆加固措施。前小导管，必要时采取超前注浆加固措施。 采用挖掘机时，应选择采用挖掘机时，应选择0.5方及以下小型挖掘机并严方及以下小型挖掘机并严格控制超挖。对于挖掘机开挖时格控制超挖。对于挖掘机开挖时CRD上撑不能及时架上撑不能及时架设的难题，同样可采取底撑紧跟方法解决。在仰拱封闭设的难题，同样可采取底撑紧跟方法解决。在仰拱封闭和衬砌跟进情况下，宜及时拆除中壁以增加施工空间。

46、和衬砌跟进情况下，宜及时拆除中壁以增加施工空间。 3、 CD法法适用性评价：适用性评价：与双侧壁和与双侧壁和CRD相比，相比，CD法控制净空法控制净空位移的能力较弱，尤其是在净空高度比较大的大断位移的能力较弱，尤其是在净空高度比较大的大断面黄土隧道，面黄土隧道，CD法相对带横撑的法相对带横撑的CRD法，其中壁的法，其中壁的稳定性相对较差。因此，对于郑西客运专线大断面稳定性相对较差。因此，对于郑西客运专线大断面黄土隧道，浅埋条件下采用黄土隧道，浅埋条件下采用CD法应慎重。建议用于法应慎重。建议用于黏质黄土和老黄土的砂质土中。黏质黄土和老黄土的砂质土中。 CD法适用于法适用于b级黄土围岩级黄土围岩

47、的大断面隧道施工。的大断面隧道施工。 1223455678施工工法关键：施工工法关键： 为减小开挖对中壁稳定性的影响，及时封闭超前导坑为减小开挖对中壁稳定性的影响，及时封闭超前导坑基底是技术关键。同时，在仰拱封闭和衬砌跟进情况下，基底是技术关键。同时，在仰拱封闭和衬砌跟进情况下，宜及时拆除中壁以增加施工空间。施工中，应加强对中宜及时拆除中壁以增加施工空间。施工中，应加强对中壁的监测。壁的监测。 CD法一次开挖面积较大，在自稳能力较差的砂质黄法一次开挖面积较大，在自稳能力较差的砂质黄土中，应重视掌子面的稳定。对此，土中，应重视掌子面的稳定。对此，CD法导坑开挖应法导坑开挖应采取台阶左右分块方式（

48、见图例）以减少一次开挖时间采取台阶左右分块方式（见图例）以减少一次开挖时间使支护尽早进行，同时用超前小导管取代难以发挥作用使支护尽早进行，同时用超前小导管取代难以发挥作用的拱部锚杆。的拱部锚杆。 采用挖掘机开挖时应严格控制超挖对掌子面的扰动，采用挖掘机开挖时应严格控制超挖对掌子面的扰动，不宜使用大斗容铲斗。不宜使用大斗容铲斗。 4、 三台阶七步法三台阶七步法适用性评价：适用性评价：试验表明，弧形导坑采用三台阶法，不仅适试验表明，弧形导坑采用三台阶法，不仅适用于不同埋深条件下砂质及黏质老黄土，而且可用于浅埋用于不同埋深条件下砂质及黏质老黄土，而且可用于浅埋非饱和砂质新黄土。月进尺：深埋老黄土可达

49、非饱和砂质新黄土。月进尺：深埋老黄土可达70m以上，以上，浅埋老黄土浅埋老黄土50m以上，浅埋砂质新黄土以上，浅埋砂质新黄土40m以上。因此，以上。因此，在可以允许较大地表下沉的场合，采用上述弧形导坑法的在可以允许较大地表下沉的场合，采用上述弧形导坑法的技术经济效益相对于双侧壁、技术经济效益相对于双侧壁、CRD法而言是显而易见的。法而言是显而易见的。 上述弧形导坑法可适用于上述弧形导坑法可适用于ab级黄土围岩的深、浅埋级黄土围岩的深、浅埋大断面隧道施工。大断面隧道施工。 施工工法关键：施工工法关键： 推荐采用三台阶七步开挖弧形导坑法。对于非饱和砂推荐采用三台阶七步开挖弧形导坑法。对于非饱和砂质

50、黄土开挖后失水易失稳问题，弧形导坑法除在开挖后质黄土开挖后失水易失稳问题，弧形导坑法除在开挖后应围绕快速支护，抓住短进尺、快封闭环节，关键强调应围绕快速支护，抓住短进尺、快封闭环节，关键强调要实施超前小导管、锁脚锚管和大拱脚等支护手段。要实施超前小导管、锁脚锚管和大拱脚等支护手段。 1234567u黄土隧道开挖黄土隧道开挖(1)双线双线IV级围岩、单线级围岩、单线V级围岩宜采用三台阶弧形导坑级围岩宜采用三台阶弧形导坑法；双线法；双线V级围岩宜采用级围岩宜采用CRD法；双线法；双线V级围岩洞口浅埋级围岩洞口浅埋或偏压段宜采用双侧壁导坑法。开挖除考虑围岩级别外或偏压段宜采用双侧壁导坑法。开挖除考虑