1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系隧 道 工 程12本节主要内容：超前锚杆超前小导管注浆管棚预注浆加固地层洞口地表锚喷预加固3 辅助施工措施的含义：辅助施工措施的含义： 在钻爆法施工过程中，隧道随时可能会遇到开在钻爆法施工过程中，隧道随时可能会遇到开挖工作面不能自稳，或地表沉陷过大的情况，为了挖工作面不能自稳，或地表沉陷过大的情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取一定采取一定的工程措施对地层进行预支护或预加固的工程措施对地层进行预支护或预加固，称之为辅，称之为辅助施工措施。助施工措施。 即：开挖前对地层进行预支护或预加固即：开挖前对
2、地层进行预支护或预加固4预支护预支护辅助施工措施辅助施工措施预加固预加固预支护兼预加固：超前小导管注浆预支护兼预加固：超前小导管注浆预留核心土预留核心土超前锚杆超前锚杆管管 棚棚地层注浆地层注浆地表锚杆加固地表锚杆加固辅助施工措施的类型辅助施工措施的类型5 1.施工要点 在开挖掘进之前，在开挖掘进之前，在开挖面的拱部一定范围内，在开挖面的拱部一定范围内，沿隧道断面的周边，向地层内打入一排纵向锚杆沿隧道断面的周边，向地层内打入一排纵向锚杆( (或小或小钢管钢管) )，通过锚杆对围岩的加固作用，形成超前于工作通过锚杆对围岩的加固作用，形成超前于工作面的围岩加固棚，在此棚的保护下进行开挖。面的围岩加
3、固棚，在此棚的保护下进行开挖。 开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进，如此往复推进。，如此往复推进。 6.4.1 6.4.1 超前锚杆超前锚杆61.特 点：形成超前于工作面的围岩加固棚。形成超前于工作面的围岩加固棚。2.适用于：软弱破碎地层。软弱破碎地层。510开挖面超前锚杆图6-11 超前锚杆设置方式示意图超前锚杆6.4.1 6.4.1 超前锚杆超前锚杆7超前锚杆超前锚杆6.4.1 6.4.1 超前锚杆超前锚杆8表表6-3 6-3 超前锚杆超前锚杆( (或小钢管或小钢管) )设计参数设计参数围岩围岩级别级别锚杆锚杆直径直径(mm)小钢管小钢管直
4、径直径(mm)锚杆长度锚杆长度(m)环向环向间距间距(cm)外插角外插角锚杆锚杆小钢管小钢管2020252532323 35 5303050505 510105 510101818222240406060注：外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；注：外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角； 锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑； 中空锚杆目前的最小直径为中空锚杆目前的最小直径为25mm25mm。6.4.1 6.4.1 超前锚杆超前锚杆4.4.设计参数设计参数9 1.施工要点 在开挖掘进前，在开挖掘进前，先用喷射混凝土将
5、开挖面和先用喷射混凝土将开挖面和5m范围范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下地向小导管内压浆，管。由上而下地向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化厚，即在坑道周围形成一个加固了地层中，待浆液硬化厚，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈。在此圈防护下即可安全地进行开挖。的岩石圈。在此圈防护下即可安全地进行开挖。 2.特 点：预支护预支护+ +预加固，支护效果强于超前锚杆预加固，支护效果强于超前锚杆 3.适用于：软弱破碎地层软弱破碎地层6.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆10小导管
6、(钢管) 小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架10156.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆11小导管小导管6.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆12小导管小导管6.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆13 4. 4.小导管构造小导管构造 383842mm42mm无缝钢管，单根长无缝钢管，单根长3 35m5m， 管壁注浆孔，孔径管壁注浆孔，孔径668mm8mm，孔距，孔距151520cm20cm。6.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆146.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆15 注浆材料水泥
7、浆，或水泥水玻璃浆；注浆材料水泥浆，或水泥水玻璃浆； 注浆压力注浆压力0.50.51.0MPa1.0MPa。 单根导管浆液扩散半径，按下式计算：单根导管浆液扩散半径，按下式计算： b-b-导管中至中间距导管中至中间距. . 单根导管注浆量：单根导管注浆量： l l导管长度，导管长度，m m； n n 围岩空隙率，围岩空隙率，% % 。 注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。注浆效果检查：取岩芯，达设计要求后才能进行开挖。 5. 5.小导管设计注意事项：小导管设计注意事项：bR)7.06.0(nlRQ.26.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆16小导管小导管钢拱架钢拱架
8、6.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆176.4.2 6.4.2 超前小导管注浆超前小导管注浆格栅钢架格栅钢架 小导管小导管18 1.管棚的概念 当隧道位于松软地层中；或遇到塌方，需要从塌方当隧道位于松软地层中；或遇到塌方，需要从塌方体中穿过；或浅埋隧道，要求限制地表沉陷量；或在很体中穿过；或浅埋隧道，要求限制地表沉陷量；或在很差的洞口地质条件下进洞时，差的洞口地质条件下进洞时，在开挖掘进前，沿在开挖掘进前，沿坑道坑道上上半断面半断面的轮廓线外的轮廓线外周边，用大型水平钻机周边，用大型水平钻机和较小的外插和较小的外插角，角，打出一排打出一排大直径的大直径的钢管钢管，并向，并向钢管
9、钢管孔内压入混凝土孔内压入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层建立起一个或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层建立起一个临时承载棚，在其防护下即可进行临时承载棚，在其防护下即可进行隧道的隧道的断面开挖断面开挖。6.4.3 6.4.3 管棚管棚19图6-12 管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架12钢管(70180mm)钢管(70180mm)6.4.3 6.4.3 管棚管棚20 2.管棚的特点 优点：优点：由于由于管径较粗，故管棚的承载能力比超前小管径较粗，故管棚的承载能力比超前小导管要大，在所有的预支护措施中，它是支护能力最强导管要大，在所有的预支护措施中，它是支护能力最强大大的。的。 缺
10、点：缺点：其其施工技术也较复杂，造价较高。施工技术也较复杂，造价较高。 6.4.3 6.4.3 管棚管棚213.施作要点(1)(1)单根长单根长4 46m6m，总长可至数十米。，总长可至数十米。(2)(2)一环管棚长度一般不小于一环管棚长度一般不小于10m10m。(3)(3)可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4)(4)钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死。钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死。(5)(5)相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。相邻两榀钢拱架间以拉筋相连。(6)(6)与岩壁之间，环向每隔与岩壁之间，环向每隔2m2m应用楔子楔紧。应用楔子楔紧。6.4.3
11、6.4.3 管棚管棚226.4.3 6.4.3 管棚管棚 (1) (1) 沿隧道开挖工作面的拱部，呈扇形地向地层中钻一排沿隧道开挖工作面的拱部，呈扇形地向地层中钻一排孔眼，其直径比钢管管径大孔眼，其直径比钢管管径大202030cm30cm，钻孔外插角约为，钻孔外插角约为1 12 2，孔眼间距约，孔眼间距约30cm30cm50cm50cm。 (2) (2) 采用外径为采用外径为7070180mm180mm的热轧无缝钢管，单根长为的热轧无缝钢管，单根长为4 46m6m，将钢管插入钻孔内形成管棚，将钢管插入钻孔内形成管棚 . . (3) (3) 钢管管壁上须留注浆孔，孔径为钢管管壁上须留注浆孔，孔径
12、为101016mm,16mm,孔眼间距孔眼间距为为100100200mm200mm，呈梅花形布置。，呈梅花形布置。 (4) (4) 管棚长度一般不小于管棚长度一般不小于10m10m，视围岩条件的需要，可以，视围岩条件的需要，可以将管子接长，前后两段管子之间用丝扣连接或焊接，连接的将管子接长，前后两段管子之间用丝扣连接或焊接，连接的长度为长度为101045m45m；3.施工工艺232425264.单根钢管构造6.4.3 6.4.3 管棚管棚管径粗(外径为70180mm) 27 在开挖之前，先往地层中注浆以加固围岩，使得开挖能在开挖之前，先往地层中注浆以加固围岩，使得开挖能够安全稳妥地进行，够安全
13、稳妥地进行，称之为预注浆加固地层称之为预注浆加固地层。 1.注浆方法 (1)(1)渗入性注浆渗入性注浆: : 在注浆进程中，浆液充填地层中被排出在注浆进程中，浆液充填地层中被排出的空气和水的空隙，胶凝成固结体，以提高地层的稳定性和的空气和水的空隙，胶凝成固结体，以提高地层的稳定性和强度。强度。 (2)(2)劈裂性注浆劈裂性注浆: : 在注浆过程中，浆液周围的土体在注浆在注浆过程中，浆液周围的土体在注浆压力的作用下被劈裂，形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉压力的作用下被劈裂，形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉状固结作用来增强土体内的总压力，以提高其强度和稳定性状固结作用来增强土体内的总压力，以提高其
14、强度和稳定性6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层28 1.1.注浆方法注浆方法 (3)(3)压密性注浆压密性注浆: : 将浓稠的浆液注入土层中，使土将浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使其得到加固。体形成浆泡，向周围土层加压使其得到加固。 (4)(4)高压喷灌注浆高压喷灌注浆: : 在高压作用下，高速浆液流从在高压作用下，高速浆液流从管底部的特殊喷嘴中喷射而出，与伴随着的高速气流一管底部的特殊喷嘴中喷射而出，与伴随着的高速气流一起促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下，随注浆管起促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下，随注浆管的向上提起与浆液混合形成柱状固结体，以
15、达到加固目的向上提起与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固目的。的。6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层292.注浆设备(1)(1) 钻机钻机(2)(2) 注浆管注浆管6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层303.隧道注浆方法（1 1）洞内）洞内超前小导管注浆超前小导管注浆( (见前见前) )（2 2）洞内）洞内超前长导管注浆，下图超前长导管注浆，下图正注浆区域已注浆区域(a)注浆加固区域注浆管6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层316.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层洞内超前小导管注浆洞内超前小导管注浆32（3 3）地表注浆地表注浆
16、, ,下图下图b b（4 4）由平导内向正洞周围注浆，下图由平导内向正洞周围注浆，下图c c 而采用得最多的仍是超前小导管注浆而采用得最多的仍是超前小导管注浆地表(b)(c)平行导坑正洞6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层3.隧道注浆方法336.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层4.注浆材料346.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层4.注浆工艺（1）单液注浆工艺356.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层4.注浆工艺（2）双液注浆工艺36 5.注浆数量控制 （1 1）现场注浆试验；现场注浆试验； （2 2）公式计算作参考：公式计算作参考：
17、 注浆总数量注浆总数量 式中：式中： 地层充填率。地层充填率。 A A注浆范围岩的体积；注浆范围岩的体积； n n围岩空隙率；围岩空隙率； 浆液充填系数，一般取浆液充填系数，一般取0.70.70.90.9； 注浆材料损耗系数，通常在注浆材料损耗系数，通常在0.10.1左右。左右。)1 (.nAQ)1 (n6.4.4 6.4.4 预注浆加固地层预注浆加固地层37 在浅埋洞口地段，在浅埋洞口地段，由于覆盖层较薄，可能会形成边由于覆盖层较薄，可能会形成边挖边塌的局面，使得进洞困难；在偏压洞口段，往往一侧挖边塌的局面，使得进洞困难；在偏压洞口段，往往一侧边坡开挖过高，形成不稳定边坡，危及施工和运营。在
18、这边坡开挖过高，形成不稳定边坡，危及施工和运营。在这样的情况下，采用地表锚喷加固是比较合适的。样的情况下，采用地表锚喷加固是比较合适的。 通过对地表的预加固，可以使进洞顺利，也可以为通过对地表的预加固，可以使进洞顺利，也可以为改变坡率创造条件，使得较高一侧的边坡降低开挖高度。改变坡率创造条件，使得较高一侧的边坡降低开挖高度。 6.4.5 6.4.5 洞口地表锚喷预加固洞口地表锚喷预加固目目 的：的：稳定边仰坡。稳定边仰坡。适用于：适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。覆盖层薄或高大边仰坡。38 1.地表锚喷预加固类型与加固方法 （1 1）洞边仰坡网、锚、喷洞边仰坡网、锚、喷地表网地表网锚喷锚喷6.4.
19、5 6.4.5 洞口地表锚喷预加固洞口地表锚喷预加固39（2 2）洞门上方陡坎加固洞门上方陡坎加固6.4.5 6.4.5 洞口地表锚喷预加固洞口地表锚喷预加固 1.地表锚喷预加固类型与加固方法40 2.锚杆加固范围： 经验方法：经验方法：加固宽度加固宽度B(1B(12)b2)b，b b为开挖宽度；为开挖宽度； 加固长度为浅埋段长度。加固长度为浅埋段长度。6.4.5 6.4.5 洞口地表锚喷预加固洞口地表锚喷预加固 破裂面估算法：破裂面估算法： 用浅埋隧道围岩用浅埋隧道围岩松动压力计算方法松动压力计算方法（第（第4 4章）章）计算破裂计算破裂角角。41 (1) (1)喷层厚：喷层厚：5 510c
20、m10cm； (2)(2)锚杆直径锚杆直径:16:1622cm22cm，长度，长度3 36m6m，间距，间距1 12m2m； (3)(3)钢筋网：钢筋网：用用A3钢筋，直径钢筋，直径68mm，编扎成，编扎成 40cm40cm的网格，焊接于锚杆地表出露端。的网格，焊接于锚杆地表出露端。 (4)(4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱 部衬砌中部衬砌中 。3.地表锚喷加固经验参数6.4.5 6.4.5 洞口地表锚喷预加固洞口地表锚喷预加固4243 特殊地质地段 是指：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩是指：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，
21、瓦斯地层等不良地质地段。爆，瓦斯地层等不良地质地段。 施工注意: 制订针对性强的施工方案。制订针对性强的施工方案。 施工总原则：施工总原则： “先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进检查、稳步前进”。 充分考虑采用预支护、预加固措施。充分考虑采用预支护、预加固措施。44本节主要内容：膨胀性围岩黄土溶洞岩爆高地温瓦斯地层坍方45 1.膨胀土围岩的特性 （1 1）膨胀土成分：）膨胀土成分： 主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。 （2 2）特点：）特点： 明显的塑性流变特性，开挖后塑性明显的塑性流变特性，开挖后塑性
22、变形大。变形大。 初期围岩变形大，且变形发展速度快。初期围岩变形大，且变形发展速度快。 膨胀压力将使得围岩压力显著增加。膨胀压力将使得围岩压力显著增加。6.5.1 6.5.1 膨胀性围岩膨胀性围岩462. 膨胀土围岩对隧道施工的危害 围岩裂缝围岩裂缝 隧道下沉隧道下沉 围岩鼓出围岩鼓出( (包括底鼓包括底鼓) )、坍塌、坍塌 衬砌变形和破坏衬砌变形和破坏 加强观察与量测加强观察与量测 合理选择施工方法：合理选择施工方法：短台阶或超短台阶法短台阶或超短台阶法 单侧壁导坑法单侧壁导坑法 环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法 眼镜工法等眼镜工法等6.5.1 6.5.1 膨胀性围岩膨胀性围岩3. 隧道
23、在膨胀土围岩中的施工要点474. 隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则（1 1）施工基本原则：）施工基本原则： 应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。（2 2）注意两点：）注意两点： 尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。 尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。6.5.1 6.5.1 膨胀性围岩膨胀性围岩（1 1）初期支护：）初期支护：网、锚、喷联合支护网、锚、喷联合支护 喷射钢纤维混凝土喷射钢纤维混凝土( (取消钢筋网取消钢筋网) )（2 2）辅助施工措施：）辅助施工措施：如
24、前节所述如前节所述 （3 3）衬砌：）衬砌：必须设仰拱。必须设仰拱。5. 膨胀土隧道的支护结构481.黄土地层对隧道施工的影响 黄土节理黄土节理 在隧道开挖时，土体顺着节在隧道开挖时，土体顺着节 理张松或剪断。理张松或剪断。 隧道顶部极易产生隧道顶部极易产生“塌顶塌顶”； 侧壁普遍出现掉土。侧壁普遍出现掉土。6.5.2 6.5.2 黄土黄土491.黄土地层对隧道施工的影响6.5.2 6.5.2 黄土黄土 黄土冲沟地段 隧道沿黄土冲沟或隧道沿黄土冲沟或塬边塬边( (四边陡、顶上平的黄土高地四边陡、顶上平的黄土高地) )地段穿过，且覆盖较薄或偏地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的压较大
25、时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。坍塌或滑坡现象。 50 黄土溶洞与陷穴黄土溶洞与陷穴 这是黄土地区经常见到的现象。这是黄土地区经常见到的现象。 隧道若在其上方，则有基础下沉的危害；隧道若在其上方，则有基础下沉的危害； 隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险；隧道若在其下方，常有发生冒顶的危险； 隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。隧道若在其邻侧，则有可能承受偏压。6.5.2 6.5.2 黄土黄土 水对黄土隧道施工的影响水对黄土隧道施工的影响黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利 进行。但当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，进行。但当土受水浸湿后则呈
26、不同程度的湿陷性， 会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。1.黄土地层对隧道施工的影响512.黄土隧道的施工方法 施工原则：施工原则： “ “短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。 开挖方法：开挖方法： 短、超短台阶法、环形开挖留核心法。短、超短台阶法、环形开挖留核心法。6.5.2 6.5.2 黄土黄土52 岩溶：岩溶：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等，在水的作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。作用下产生沟槽、空洞以及地表陷穴等现象。 溶洞：溶洞：溶洞是岩
27、溶现象的一种。溶洞是岩溶现象的一种。 1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响 溶洞类型：溶洞类型： 死、干、小型溶洞：较容易处理死、干、小型溶洞：较容易处理 活、湿、大型溶洞：较难处理活、湿、大型溶洞：较难处理 6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞53深切河谷深切河谷大型溶洞大型溶洞暗河流水暗河流水54对隧道施工影响： 溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；溶洞岩质破碎，容易发生坍塌； 溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底 难于处理；难于处理； 溶洞涌泥危及施工。溶洞涌泥危及施工。 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策 处理溶洞的方法：处理溶洞的方法：“引、堵、越、
28、绕引、堵、越、绕”四种四种。6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞1. 溶洞的类型及其对隧道施工的影响55典型隧道地质灾害典型隧道地质灾害u某隧道某隧道20062006年年1111月月发生大型突水事故发生大型突水事故宜万铁路马鹿箐隧道突水宜万铁路马鹿箐隧道突水1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响6.5.2 6.5.2 溶洞溶洞56典型隧道地质灾害典型隧道地质灾害u沪蓉西公路龙潭隧道沪蓉西公路龙潭隧道 发生塌方、涌泥事故发生塌方、涌泥事故1.溶洞的类型及其对隧道施工的影响6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞57 引 注意：注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。 方法：
29、方法：暗管、涵管或小桥等，暗管、涵管或小桥等，见图见图6-196-19。 堵 对象：对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。 方法：方法： 混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图见图6-206-20； 隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵水，隧顶溶洞，锚喷加固，必要时注浆加固与堵水， 并加设隧道护拱及拱顶回填，见并加设隧道护拱及拱顶回填，见 图图6-216-21。6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策58图6-20 溶洞堵填示意图干砌片石片石、碎石回填密实图6-21 锚喷加固与护拱示意图混凝土填实浆砌片
30、石浆砌片石浆砌片石或混凝土护拱锚杆水流隧道浆砌片石暗管，涵洞或小桥图6-19 渲泄水流示意图6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞59 越 现象现象1 1： 隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。 方法：方法：加深该侧的边墙基础加深该侧的边墙基础( (图图6-22)6-22)。 现象现象2 2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。隧道底部遇有较大溶洞并有流水。 方法：方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过，承重墙内套设涵管引排溶洞水重墙内套设涵管引排溶洞水( (图图6-23)6-23)。 现象现象3 3：隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深隧
31、道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。边墙基础困难。 方法：方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过在边墙下或隧底以下筑拱跨过( (图图6-24)6-24)。 6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策60混凝土拱拱基础溶洞图6-24 筑拱跨越溶洞示意图浆砌片石承重墙涵管浆砌片石水流图6-23 在承重墙内套设涵管示意图浆砌片石图6-22 加深边墙基础示意图混凝土墙基6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞61 绕 若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工隧道前方的施工, ,同时处理溶洞。同时处理溶洞。 3. 3.
32、溶洞地段施工的注意事项溶洞地段施工的注意事项 多作物探超前预报，如地质雷达。多作物探超前预报，如地质雷达。 穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。 严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。6.5.3 6.5.3 溶洞溶洞 2. 隧道遇到溶洞时的工程对策62溶腔边界复合地基锚喷网防护砼垫层灰岩软塑黏土充填。o=100kPa隧道中线黏土夹碎石充填灰岩o=1000kPa桩基础左线中线右线中线承 台危岩复合地基隧底结构复合地基隧底结构 桩基承台隧底结构桩基承台隧底结构4.4.工程实例工程实例63 150400隧道中线200150
33、“+629+629”溶洞处理典型横断面图溶洞处理典型横断面图 排水支洞控制排放情况排水支洞控制排放情况4.4.工程实例工程实例64 双层框架结构双层框架结构横 梁混凝土回填立柱支顶锚喷网防护溶腔边界注浆加固砼换填钢管桩加固4.4.工程实例工程实例652540103513052053532594拱圈拱上回填砼空洞不对称拱形结构不对称拱形结构 4.4.工程实例工程实例66 1.岩爆的概念 岩体中聚集的高弹性应变能因隧岩体中聚集的高弹性应变能因隧道开挖而发生的一种应力释放现象。道开挖而发生的一种应力释放现象。 2.岩爆形成的两个条件 (1) (1)地层的岩性条件。地层的岩性条件。结构基本完整的脆硬岩
34、地层。多见结构基本完整的脆硬岩地层。多见于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、于石英岩、花岗岩、正长岩、闪长岩、花岗闪长岩、大理岩、片麻岩等。片麻岩等。 (2) (2)地应力条件。地应力条件。只有埋深大的隧道才足以形成高地应力，只有埋深大的隧道才足以形成高地应力，埋深超过埋深超过700m700m的隧道发生岩爆的情况居多。的隧道发生岩爆的情况居多。6.5.4 6.5.4 岩爆岩爆673.隧道内岩爆的特点 岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。岩爆在发生前并无明显预兆，总是突然发生。 岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几厘米到几十厘
35、米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。米不等，甚至上吨重岩石从拱部弹落。 岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。 危险性：危险性：伤害人员、损坏机械伤害人员、损坏机械！6.5.4 6.5.4 岩爆岩爆682. 岩爆的防治措施 强化围岩强化围岩 出发点：出发点：给围岩一定的给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。从平面转向三维。 方法：方法：锚喷加固、网锚锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。浆等。6.5.4 6.5.4 岩爆岩爆693.施工注意事项 超前地质预报：超前地质预报：平导超前、地质雷达
36、等。平导超前、地质雷达等。 爆破方法：爆破方法：尽量采用能预先释放地应力的方法，如预尽量采用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。裂爆破、切缝法等。 缩短爆破进尺：缩短爆破进尺：尽快闭合支护尽快闭合支护。6.5.4 6.5.4 岩爆岩爆70 弱化围岩弱化围岩 往岩层中注水：往岩层中注水：可改变岩石的物理力学性质，降低岩石可改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。的脆性和储存能量的能力。 解除围岩中的高地应力解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。可消减围岩中的能量。 2. 岩爆的防治措施 1.高地温的热源 火山
37、热的热源火山热的热源 放射性元素裂变热的热源放射性元素裂变热的热源 2. 隧道施工注意事项及措施 事项事项1 1：洞内温度应满足相关规定，不要超过洞内温度应满足相关规定，不要超过3030。 措施：措施： 主要措施为通风和洒水。主要措施为通风和洒水。 事项事项2 2：注意工人的劳动强度。注意工人的劳动强度。 措施：措施：根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。根据隧道内的高温程度，合理确定劳动工时。6.5.5 6.5.5 高地温高地温71 2. 隧道施工注意事项及措施 事项事项2 2：防止高温地段的二衬开裂。：防止高温地段的二衬开裂。 措施：措施： (1)(1)宜采用高炉矿碴水泥宜采用高炉矿碴水
38、泥( (分离粉碎型水泥分离粉碎型水泥) )。 (2)(2)用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二用防水板和无纺布，将二衬与喷层隔离，可使二衬的收缩不受约束。衬的收缩不受约束。 (3)(3)在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。围岩热量。 (4)(4)适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。6.5.5 6.5.5 高地温高地温72 1.1.瓦斯的基本性质瓦斯的基本性质 无色、无臭、无味的气体，极易使人窒息死亡。无色、无臭、无味的气体，极易使人窒息死亡。 比重仅为空气的一半，扩散速度比空气大比重仅为空气的一半，扩散速度
39、比空气大1.61.6倍，很容倍，很容易透过围岩裂隙渗入隧道易透过围岩裂隙渗入隧道 不能自燃，但极易燃烧。不能自燃，但极易燃烧。6.5.6 6.5.6 瓦斯地层瓦斯地层 2. 2. 瓦斯的燃烧和爆炸性瓦斯的燃烧和爆炸性 浓度小于浓度小于5%5%遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸；遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸； 浓度在浓度在5%5%6%6%到到14%14%16%16%时，遇到火源具有爆炸性；时，遇到火源具有爆炸性； 浓度大于浓度大于14%14%16%16%时，遇火能平静地燃烧时，遇火能平静地燃烧, ,一般不爆炸；一般不爆炸； 瓦斯燃烧时，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。瓦斯燃烧时
40、，一旦遇到障碍而受压缩，就会形成爆炸。733.瓦斯释放的方式 （1 1）施工阶段）施工阶段 1) 1)瓦斯的渗出：瓦斯的渗出：缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露面或裂隙中渗出。暴露面或裂隙中渗出。 2) 2)瓦斯的喷出：瓦斯的喷出：比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。 3) 3)瓦斯的突出：瓦斯的突出：在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨在短时间内，突然喷出大量瓦斯，有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。大轰响，并夹有煤块或岩石。 以以第第1)1)种种放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。
41、 （2 2）运营阶段）运营阶段 地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等地层中的瓦斯主要通过衬砌本体的细微裂隙和施工缝等通道渗入隧道内。通道渗入隧道内。6.5.6 6.5.6 瓦斯地层瓦斯地层744.隧道防止瓦斯事故的措施 (1)(1)制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。 (2)(2)应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。 (3)(3)加强通风加强通风是防止瓦斯爆炸是防止瓦斯爆炸最有效的措施最有效的措施。 (4)(4)洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。 (5)(5)当通风难以稀释到安
42、全标准时，可使用超前周边全当通风难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。封闭预注浆。 (6)(6)必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯必须采用防爆设备施工，如防爆电器设备、防瓦斯爆破器材等。爆破器材等。 (7)(7)专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。专人监测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。6.5.6 6.5.6 瓦斯地层瓦斯地层75 1.发生坍方的主要原因 （1 1） 不良地质及水文地质条件不良地质及水文地质条件 （2 2） 隧道设计考虑不周隧道设计考虑不周6.5.7 6.5.7 坍方坍方76 （3 3）施工方法和措施不当）施工方法和措施不当 1) 1)施工方法与地质条件不
43、相适应；施工方法与地质条件不相适应； 2) 2)喷锚支护不及时，围岩暴露时间过久；喷射混凝土的质喷锚支护不及时，围岩暴露时间过久；喷射混凝土的质量、厚度不符合要求量、厚度不符合要求 3)3)没有没有按规定进行量测，或信息处理失误、或反馈不及按规定进行量测，或信息处理失误、或反馈不及时，导致决策失误，丧失了对围岩的有效控制。时，导致决策失误，丧失了对围岩的有效控制。 4)4)没有没有科学地进行控制爆破，围岩爆破用药量过多，因而科学地进行控制爆破，围岩爆破用药量过多，因而扰动过度，引起坍塌。扰动过度，引起坍塌。 5)5)对对危石检查不重视、不及时，或处理危石措施不当，误危石检查不重视、不及时，或处
44、理危石措施不当，误将冠石撬下，引起岩层坍塌。将冠石撬下，引起岩层坍塌。6.5.7 6.5.7 坍方坍方 1.发生坍方的主要原因77 (1) (1) 选择安全合理的施工方法选择安全合理的施工方法 (2) (2) 加强坍方的预测加强坍方的预测 1) 1) 观察法。观察法。 2) 2) 一般量测法。一般量测法。 3) 3) 微地震学测量法和声学测量法。微地震学测量法和声学测量法。 (3) (3) 加强初期支护加强初期支护6.5.7 6.5.7 坍方坍方 2.预防坍方的工程措施783.3.塌方处治工作程序塌方处治工作程序塌方发展趋势评估塌方发展趋势评估是否可控是否可控撤离人员、设备撤离人员、设备不可控
45、不可控采取塌方控制措施采取塌方控制措施塌方发展、扩大塌方发展、扩大是否有效是否有效可控可控无效无效是否稳定是否稳定不稳定不稳定稳定稳定采取加固措施采取加固措施塌方段施工塌方段施工6.5.7 6.5.7 坍方坍方79 隧道发生坍方后，应及时迅速的处理，切忌拖延，隧道发生坍方后，应及时迅速的处理，切忌拖延，因为随着时间的推移，坍穴岩壁会进一步恶化，导致坍因为随着时间的推移，坍穴岩壁会进一步恶化，导致坍方范围继续扩大。方范围继续扩大。 （1 1）小坍方处理）小坍方处理 （2 2）大坍方处理）大坍方处理 （3 3）坍方冒顶处理）坍方冒顶处理 （4 4）洞口坍方处理）洞口坍方处理6.5.7 6.5.7
46、坍方坍方 4.隧道坍方的处理措施80 坍方体控制措施塌体塌腔塌方影响区段6.5.7 6.5.7 坍方坍方 3.隧道坍方的处理措施81 坍方体的处理措施6.5.7 6.5.7 坍方坍方 4.隧道坍方的处理措施82 （5 5）防排水的处理措施）防排水的处理措施 “治坍应先治水治坍应先治水” ” 1) 1)地表沉陷和裂缝，用粘土紧密夯实，周围开挖截地表沉陷和裂缝，用粘土紧密夯实，周围开挖截水沟，防止地表水渗入。水沟，防止地表水渗入。 2) 2)坍方冒顶时，在陷穴口地表四周挖沟排水，并设坍方冒顶时，在陷穴口地表四周挖沟排水，并设雨棚遮盖穴顶。陷穴口的回填应高出地面，并用粘土或雨棚遮盖穴顶。陷穴口的回填应高出地面，并用粘土或圬工封口。圬工封口。 3) 3)坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排坍体内有地下水活动时，应用管槽引至排水沟排出，以防止水对坍体的继续破坏。出，以防止水对坍体的继续破坏。6.5.7 6.5.7 坍方坍方 4.隧道坍方的处理措施83本讲思考题本讲思考题 1. 1.什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属于预加固？哪些属于预支护？于预加固？哪些属于预支护？ 2. 2.隧道遇到溶洞时的处理方法有哪些？隧道遇到溶洞时的处理方法有哪些？ 3.3.隧道坍方处理措施有哪些？隧道坍方处理措施有哪些？小小 结结84
