1、第8章 特殊地质地段隧道施工1.第1页，共86页。特殊地质地段：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩爆，瓦斯地层等。施工注意:l 制订针对性强的施工方案。l 施工总原则：“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳前进”l 充分考虑采用预支护、预加固措施。2.第2页，共86页。1.膨胀土围岩的特性膨胀土：土中粘土成分主要由蒙脱石等亲水性矿物组成。特点：明显的塑性流变特性，开挖后塑性变形大。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。3.第3页，共86页。2.膨胀土围岩对隧道施工的危害 围岩裂缝 隧道下沉 围岩鼓出(包括底鼓)、坍塌 衬砌变形和破坏4.第4页，共8
2、6页。3.隧道在膨胀土围岩中的施工要点 加强观查与量测 合理选择施工方法：短台阶或超短台阶法单侧壁导坑法环形开挖留核心土法眼镜工法等5.第5页，共86页。4.隧道在膨胀土围岩中的基本施工原则 应尽量减少对围岩的扰动和防止水的浸湿。注意两点：尽量不用爆破，而是采用风镐、液压镐等开挖机械。尽可能缩短围岩暴露时间，及时支护。6.第6页，共86页。5.膨胀土隧道的支护结构有较大的侧压力，边墙应设计为曲边墙防止出现底鼓，应设仰拱，且应先做仰拱。7.第7页，共86页。1.黄土分类及其对隧道施工的影响 黄土节理在隧道开挖时，土体顺着节理张松或剪断。隧道顶部极易产生“塌顶”；侧壁普遍出现掉土。8.第8页，共8
3、6页。黄土冲沟地段 隧道沿黄土冲沟或塬边(四边陡、顶上平的黄土高地)地段穿过，且覆盖较薄或偏压较大时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。黄土溶洞与陷穴 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。9.第9页，共86页。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，施工可顺利进行。当土受水浸湿后则呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，极容易造成隧道坍塌。10.第10页，共86页。2.黄土隧道的施工方法施工原则：“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”。开挖方法：短、超短台阶法、环形开挖留核
4、心土法。11.第11页，共86页。6.7.3溶洞 岩溶：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。溶洞：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：死、干、小型溶洞：较容易处理 活、湿、大型溶洞：较难处理。12.第12页，共86页。对隧道施工影响：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，使隧道基底难于处理；溶洞涌泥、涌水危及施工。2.隧道遇到溶洞时的工程对策处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种。13.第13页，共86页。引注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。方法：暗管、涵管或小桥等，见图6-19。14.第1
5、4页，共86页。堵对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。方法：混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭，见图6-20；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 图6-21。15.第15页，共86页。越现象1：隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。方法：加深该侧的边墙基础(图6-22)。现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。方法：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(图6-23)。16.第16页，共86页。现象3：隧道过墙部位遇到较大、较深的溶洞，加深边墙基础困难。方法：在边墙下或隧底以下筑拱跨过(图6-24)。17.第17页，共86页。绕 若溶洞处
6、理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。3.溶洞地段施工的注意事项 多做物探超前预报，如地质雷达。穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危石。严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。18.第18页，共86页。6.7.4 岩爆岩爆：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突发现象。岩爆形成的两个条件：(1)地层的岩性条件。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、片麻岩等。(2)地应力条件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地应力，埋深超过700m的隧道发生岩爆的情况居多。19.第19页，共86页。1.隧道内岩爆的特点岩爆
7、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。危险性：伤害人员、损坏机械！20.第20页，共86页。2.岩爆的防治措施 强化围岩出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态从平面转向三维。方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网喷联合、注浆等。弱化围岩方法：往岩层中注水：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。解除围岩中的高地应力：预裂爆破、排孔法、切缝法等。可消减围岩中的能量。21.第21页，共86页。3.施工注意事项 超前地质预报：平导超前、地质雷达等。爆破方法：尽量采
8、用能预先释放地应力的方法，如预裂爆破、切缝法等。缩短爆破进尺：要尽快闭合支护。22.第22页，共86页。6.7.5高地温1.高地温的热源 火山热的热源 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1：洞内温度应满足相关规定，不要超过30。措施：主要措施为通风和洒水。23.第23页，共86页。事项2：防止高温地段的二衬开裂。措施：(1)宜采用高炉矿碴水泥(分离粉碎型水泥)。(2)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。(3)在防水板和二衬之间设置隔热材料，有助于隔断围岩热量。(4)适当缩短衬砌混凝土的浇筑长度。事项3：注意工人的劳动强度。措施：根据隧道内的高温程度，
9、合理确定劳动工时。24.第24页，共86页。6.7.6 瓦斯地层1.瓦斯的基本性质无色、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1.6倍，很容易透过围岩裂隙渗入隧道不能自燃，但极易燃烧。25.第25页，共86页。2.瓦斯的燃烧和爆炸性浓度小于5%遇火源时，瓦斯只在火源附近燃烧而不爆炸；浓度在5%6%到14%16%时，遇到火源具有爆炸性；浓度大于14%16%时，遇火能平静地燃烧,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。26.第26页，共86页。3.瓦斯释放的方式1)施工阶段(1)瓦斯的渗出：缓慢地、均匀地、不停地从煤系岩层的暴露面或裂隙中渗出。
10、(2)瓦斯的喷出：比渗出强烈，通常有较大的响声和压力。(3)瓦斯的突出：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。以第(1)种放出的瓦斯量为最大，因其最不易被人发觉。2)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通道渗入隧道内。27.第27页，共86页。4.隧道防止瓦斯事故的措施1)制订瓦斯稀释、防爆、紧急救援措施。2)应尽快闭合衬砌，故以全断面法或台阶法为优。3)加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的措施。4)洞内瓦斯浓度必须控制在允许值。5)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。6)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。7)专人监
11、测瓦斯含量、严禁明火、制度严明。28.第28页，共86页。地下工程安全事故案例地下工程安全事故案例29.第29页，共86页。岩爆弹射下来的岩块大变形导致初期支护严重变形大埋深高地应力地质条件，硬岩岩爆、软岩大变形问题突出特殊地质特殊地质地应力高，硬岩岩爆、软岩大变形显著地应力高，硬岩岩爆、软岩大变形显著30.第30页，共86页。阿尔卑斯山穿越隧道中等岩爆阿尔卑斯山穿越隧道中等岩爆31.第31页，共86页。2005-12-22董家山隧道发生特大瓦斯爆炸事故造成44人死亡事故瓦斯爆炸事故32.第32页，共86页。北京东三环京广桥污水管道破裂与地铁十号线暗挖区间隧道施工事故北京东三环京广桥污水管道破
12、裂与地铁十号线暗挖区间隧道施工事故 33.第33页，共86页。事故原因事故原因:掌子面前上方土体受污水管线长期渗漏形成水掌子面前上方土体受污水管线长期渗漏形成水囊或饱和水淤泥层，开挖之后地层的稳定性极囊或饱和水淤泥层，开挖之后地层的稳定性极差，这时没有严格制定先加固后开挖的原则，差，这时没有严格制定先加固后开挖的原则，致使包含水囊或淤泥的地层大范围失稳，污水致使包含水囊或淤泥的地层大范围失稳，污水管悬露范围过大而造成断裂，进而引发大面积管悬露范围过大而造成断裂，进而引发大面积的地面坍塌。的地面坍塌。34.第34页，共86页。35.第35页，共86页。北京地铁10号线工程苏州街车站东南出入口发生
13、塌方事故36.第36页，共86页。路面塌陷情况路面塌陷情况 事故处理事故处理北京西单路口路面塌陷北京西单路口路面塌陷37.第37页，共86页。盾构施工引起盾构施工引起地表地表塌陷塌陷38.第38页，共86页。隧道推进引起隧道推进引起地表地表发生塌陷破坏发生塌陷破坏39.第39页，共86页。法国某地铁施工事故法国某地铁施工事故40.第40页，共86页。(2004年年4月月)41.第41页，共86页。某地下通道施工挖断消防栓水柱喷出某地下通道施工挖断消防栓水柱喷出42.第42页，共86页。成都水管爆裂成都水管爆裂直径直径1000毫米的主水管爆管，巨大的水流冲破柏油路面喷涌而出，将整个路面抬高半米。
14、从二毫米的主水管爆管，巨大的水流冲破柏油路面喷涌而出，将整个路面抬高半米。从二号桥到红星路整条三槐树路变成河流。爆管处是号桥到红星路整条三槐树路变成河流。爆管处是20多年前的老管线，原因为管道热胀冷缩而引发的多年前的老管线，原因为管道热胀冷缩而引发的自然爆管，可见水管自然爆管，可见水管 爆裂的后果是非常严重的。爆裂的后果是非常严重的。43.第43页，共86页。上海地铁上海地铁4号线严重流沙涌水事故号线严重流沙涌水事故(2003年年7 7月月1 1日日)44.第44页，共86页。45.第45页，共86页。46.第46页，共86页。47.第47页，共86页。48.第48页，共86页。49.第49页
15、，共86页。50.第50页，共86页。51.第51页，共86页。52.第52页，共86页。53.第53页，共86页。54.第54页，共86页。55.第55页，共86页。56.第56页，共86页。57.第57页，共86页。58.第58页，共86页。59.第59页，共86页。60.第60页，共86页。61.第61页，共86页。62.第62页，共86页。63.第63页，共86页。抢险措施抢险措施(1)封堵隧道，向隧道内灌水，隧道内外水压力平衡封堵隧道，向隧道内灌水，隧道内外水压力平衡保障保障1、2号号线安全。线安全。3墙墙1塞塞+灌水灌水64.第64页，共86页。抢险措施抢险措施(2)减轻地面荷载，
16、防止对地面的冲击振动；减轻地面荷载，防止对地面的冲击振动；65.第65页，共86页。抢险措施抢险措施(3)防止黄浦江水和地表水进入事故区段防止黄浦江水和地表水进入事故区段抢筑防汛围堰；加厚、加高、加固防汛围岩；封闭风井；对渗水处抢筑防汛围堰；加厚、加高、加固防汛围岩；封闭风井；对渗水处紧急封堵；全面加固防汛主堤；对防汛墙和围堰监测。紧急封堵；全面加固防汛主堤；对防汛墙和围堰监测。66.第66页，共86页。抢险措施抢险措施(4)稳定土体，减少土体扰动范围，补充地层损失稳定土体，减少土体扰动范围，补充地层损失 钢板桩加固围堰钢板桩加固围堰；分区灌浆；分区段同步回填塌陷地面；分区灌浆；分区段同步回填
17、塌陷地面67.第67页，共86页。抢险措施抢险措施(4)全面管控，保障安全顺利抢险全面管控，保障安全顺利抢险68.第68页，共86页。2004.8开始，原址修复；开始，原址修复；2007.9完工，完工，2007年底运营。年底运营。主体主体3基坑，深基坑，深65地连墙，降水地连墙，降水34m，开挖深度，开挖深度39.m。两段损坏隧道与完好隧道连接部用反复冻结法施工。两段损坏隧道与完好隧道连接部用反复冻结法施工。完好隧道进行清理，浦东侧完好隧道进行清理，浦东侧1000m，浦西侧，浦西侧700m。69.第69页，共86页。(1)冻结法施工方案调整存在缺陷冻结法施工方案调整存在缺陷u降低了对冻土平均温
18、度要求，从降低了对冻土平均温度要求，从-10度降到度降到-8度；度；u制冷量不足，未考虑夏季施工冷气损失；制冷量不足，未考虑夏季施工冷气损失；u冻结管量减少，从冻结管量减少，从24根减到根减到22根，长度从根，长度从25m减到减到16m；(2)冻结不充分即开挖，要求冻结冻结不充分即开挖，要求冻结50天，实际天，实际43天天(3)土温上升，水压力达到承压水压力时，未采取紧急止水措施，未上土温上升，水压力达到承压水压力时，未采取紧急止水措施，未上报报施工管理不当酿成大祸，直接损失施工管理不当酿成大祸，直接损失1.5亿元，亿元，6人移交司法机关处人移交司法机关处理，理，2人撤职，总包、施工和监理公司
19、的人撤职，总包、施工和监理公司的3个上级单位主要负责个上级单位主要负责人承担领导责任（记大过）人承担领导责任（记大过）地下水的危害：地下水的危害：管涌管涌 、流土流土70.第70页，共86页。新加坡地铁环线尼浩大道站事故新加坡地铁环线尼浩大道站事故2004.4.202004.4.2071.第71页，共86页。Collapsed Area72.第72页，共86页。W/L/D 150m 100m 30mW/L/D 150m 100m 30m塌陷塌陷73.第73页，共86页。74.第74页，共86页。75.第75页，共86页。Car,pipe,fire76.第76页，共86页。77.第77页，共86
20、页。78.第78页，共86页。79.第79页，共86页。80.第80页，共86页。81.第81页，共86页。82.第82页，共86页。南端破碎的钢筋混凝土连续墙(外)83.第83页，共86页。中铁四局立刻成立了事故调查专家组，对事故原因展开调查。初步得出的原因有三点，一是杭州的土质特殊，经勘测，发生事故的这段路属于淤泥质粘土，含水的流失性强。第二个原因是事故坍塌所在地点风情大道一直作为一条交通主干道来使用，来往车流量大，包括不少负载量很大的大型客车、货车都来往于这条路上，这给基坑西面的承重墙带来太大冲击。另外一个原因是十月份杭州出现的一次罕见的持续性降雨过程，使得地底沙土地流动性进一步加大。梅小峰表示，“责任在我们施工方”。他说，这属于突变情况，之前真的是没有预料到。84.第84页，共86页。本章学习指导：本章学习指导：地质条件是确定施工方法的最重要条件；在众多的施工方法中尤以新奥法最为重要，这是当今隧道施工的主打方法；新奥法的辅助施工措施必不可少；要真正理解新奥法为什么有那么多种施工方案，目的是在保证围岩安全的前提下争取大的进度。85.第85页，共86页。思考题1.新奥法的施工方法有哪些？它们各自的特点及适用条件？2.与传统矿山法相比，新奥法有什么优势？3.什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属于预加固？哪些属于预支护？86.第86页，共86页。
