第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工不良地質(zhì)施工概述

富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r

膨脹性和擠壓性圍巖

黃土地質(zhì)

巖溶地質(zhì)

煤系地層

高地應(yīng)力硬巖(巖爆)地質(zhì)

隧道施工坍方處理措施

第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工第一節(jié)概述一、不良和特殊地質(zhì)地段的概念(一)不良地質(zhì)地段不良地質(zhì)地段是指滑坡、崩塌、巖堆、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強(qiáng)度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程的不良地質(zhì)環(huán)境。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(二)特殊地質(zhì)地段特殊地質(zhì)地段是指膨脹地層、軟弱黃土地層、含水未固結(jié)圍巖、溶洞、斷層、巖爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地層等。二、開挖和支護(hù)過程中可能造成的危害土石坍塌(大塌方或小塌方)隧道支撐變形襯砌結(jié)構(gòu)斷裂嚴(yán)重影響施工進(jìn)度第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工三、不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程的一般規(guī)定施工前要認(rèn)真研究分析工程及水文地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，作出風(fēng)險(xiǎn)評估，制定完整的施工技術(shù)方案，并結(jié)合專項(xiàng)應(yīng)急救援預(yù)案，做好人員組織、技術(shù)、物資、機(jī)械的儲備，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。軟弱破碎圍巖宜積極采用巖土控制變形分析法施工技術(shù)。軟弱及不良地質(zhì)隧道仰拱距開挖工作面距離宜控制在40m以內(nèi)，洞口段、淺埋段、斷層破碎帶，二次襯砌應(yīng)及時(shí)施作。隧道施工中發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方案。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工四、不良地質(zhì)地段隧道施工注意事項(xiàng)1.選擇施工方法注意事項(xiàng)施工以“先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”為指導(dǎo)原則。選擇施工方法(包括開挖及支護(hù))時(shí)，應(yīng)以安全及工程質(zhì)量為前提，綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機(jī)械裝備、工期要求、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的可行性等因素而定。同時(shí)應(yīng)考慮圍巖變化時(shí)施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以免造成工程失誤和增加投資。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工2.加強(qiáng)監(jiān)控和量測工作3.使用噴錨技術(shù)注意事項(xiàng)

(1)爆破后如開挖工作面有坍塌可能時(shí)，應(yīng)在清除危石后及時(shí)噴射混凝土護(hù)面。

(2)錨噴支護(hù)后仍不能提供足夠的支護(hù)能力時(shí)，應(yīng)及早裝設(shè)鋼拱架支撐加強(qiáng)支護(hù)。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工4.采用臨時(shí)支護(hù)時(shí)注意事項(xiàng)

(1)支撐要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。

(2)圍巖出現(xiàn)底部壓力，產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時(shí)應(yīng)加設(shè)底梁

(3)當(dāng)圍巖極為松軟破碎時(shí)，應(yīng)采用先護(hù)后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密；

(4)根據(jù)現(xiàn)場條件，可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護(hù)，形成聯(lián)合支撐

(5)支護(hù)作業(yè)應(yīng)迅速、及時(shí)，以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工5.選用掘進(jìn)方法時(shí)注意事項(xiàng)特殊地質(zhì)地段隧道施工時(shí)，不宜采用全斷面開挖。應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全、工程質(zhì)量等條件合理選用。6.掘進(jìn)時(shí)遇有圍巖壓力過大注意事項(xiàng)拱部擴(kuò)挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)先挑頂后擴(kuò)挖。當(dāng)擴(kuò)挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計(jì)斷面部分的拱圈，待混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度并加強(qiáng)拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護(hù)后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工7.遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進(jìn)時(shí)注意事項(xiàng)8.襯砌出現(xiàn)開裂或下沉?xí)r注意事項(xiàng)采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液加固圍巖的方法，以提高其自穩(wěn)性。當(dāng)拱腳、墻基松軟時(shí)，灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工第二節(jié)富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r一、概述

斷層破碎帶是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)地段，斷層帶內(nèi)巖體擠壓破碎，常呈塊石、碎石或角礫狀有的甚至呈斷層泥，巖體強(qiáng)度低，圍巖壓力增大，自穩(wěn)能力下降，容易坍塌，施工困難。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工

富水軟巖是指在各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層中，在富含地下水的情況下，巖體強(qiáng)度很低，自穩(wěn)能力極差的圍巖。二、開挖施工要求(一)充分應(yīng)用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)開挖施工要求1.預(yù)報(bào)方法地質(zhì)預(yù)報(bào)方法主要有：鉆孔超前探測；對超前導(dǎo)坑進(jìn)行地質(zhì)、水文觀測素描；地震波、聲波、地質(zhì)雷達(dá)等物理探測。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工2.預(yù)報(bào)的重點(diǎn)內(nèi)容預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)情況，圍巖整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對施工的影響，地下水活動(dòng)情況等。3.預(yù)報(bào)方式①長期預(yù)報(bào)總體預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)斷層規(guī)模、分布、性質(zhì)、構(gòu)造分帶，富水性等，并分段作出工程地質(zhì)評價(jià)。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工②中期預(yù)報(bào)巖石微觀構(gòu)造研究工程地質(zhì)類比地震反射波法地質(zhì)雷達(dá)法圖析法第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工③短期預(yù)報(bào)開挖面及其附近的預(yù)測預(yù)報(bào)掌子面超前鉆孔預(yù)報(bào)(二)注漿堵水并加固圍巖富水軟弱破碎圍巖隧道處理地下水原則一般是：以堵截為主，排引為輔。采用注漿堵水結(jié)合超前鉆孔限量排水特大涌水采用輔助導(dǎo)坑排水第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工堵截地下水的辦法主要有兩類：整個(gè)富水段進(jìn)行注漿止水，并加固松散巖體。對富水地段沿隧道開挖輪廓線以外進(jìn)行環(huán)形注漿，形成止水帷幕，防止或減小地下水進(jìn)入開挖工作面。排水輔助措施有導(dǎo)坑、鉆孔等，目的是排水降壓。當(dāng)?shù)叵滤c地表水連通時(shí)，埋深小于20m采用地表注漿，埋深大于20m時(shí)采用洞內(nèi)注漿。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(三)開挖及支護(hù)開挖施工要求根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析結(jié)果，采取防塌預(yù)防措施，保證開挖工作面的穩(wěn)定。洞內(nèi)涌水對周邊生態(tài)環(huán)境影響較大時(shí)，宜采用注漿堵水措施。當(dāng)隧道埋深在20m以內(nèi)時(shí)，可采用地表注漿；當(dāng)隧道埋深超過20m時(shí)，則應(yīng)采用開挖工作面預(yù)注漿。單線隧道采用正臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，雙線和多線隧道采用CD法、CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，循環(huán)進(jìn)尺0.5~1.5m開挖手段上，采取兩種方法，一是在特別軟弱的圍巖段，采用非鉆爆開挖，如利用十字鎬、風(fēng)鎬開挖或利用小型挖裝機(jī)開挖。另一種是采用控制爆破措施，如松動(dòng)爆破、微振動(dòng)爆破等。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工根據(jù)量測結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)支護(hù)施工要求根據(jù)量測結(jié)果確定施作時(shí)機(jī)襯砌施工要求仰拱必須及早施作，形成封閉結(jié)構(gòu)在承壓水地段，若容許限量排水，襯砌背后的排水管道必須順暢地連接到隧道排水溝，防止地下水在襯砌背后聚集對其形成壓力；若不容許排水，應(yīng)修筑抗水壓襯砌。

應(yīng)用實(shí)例之一宜萬鐵路別巖槽隧道F1高壓富水?dāng)鄬?、工程概況宜萬鐵路別巖槽隧道位于重慶市萬州區(qū)境內(nèi)，隧道里程DK403+049~DK406+770，全長3721m。隧道最大埋深530m，設(shè)置-13.3‰的單面坡。由于巖溶及巖溶水極其發(fā)育，因而，該隧道被列為宜萬鐵路8座I級風(fēng)險(xiǎn)隧道之一。

如圖1所示，別巖槽隧道穿越方斗山弧狀背斜構(gòu)造，發(fā)育F1(茨竹埡斷裂)、F2(水塘溝斷裂)和F3(蒿子壩斷裂)3條斷層，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。隧道DK404+101~+550段發(fā)育F1斷層，現(xiàn)場實(shí)測斷層帶水壓力為0.6~1.8MPa，超前探孔單孔涌水量為10~160m3/h。該斷層破碎帶寬40~100m，斷裂帶主要由可溶的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r鈣質(zhì)膠結(jié)而成，兩側(cè)分支斷層、節(jié)理等次級構(gòu)造發(fā)育，造成巖體破碎，圍巖級別為Ⅵ級。預(yù)測該段正常涌水量約2.5萬m3/d，最大涌水量約15.5萬m3/d。2超前預(yù)測預(yù)報(bào)在勘察設(shè)計(jì)階段已基本確定了該斷層的性質(zhì)和規(guī)模。在接近F1斷層時(shí)，通過超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。每循環(huán)布設(shè)超前鉆孔3個(gè)，分別位于拱頂及左、右兩側(cè)，鉆孔長度32m。通過對鉆進(jìn)速度、卡鉆情況、排出碴樣巖性、單孔涌水量、水壓力等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析(F1斷層核心位置進(jìn)行取心鉆探)，確定前方地質(zhì)情況，從而制定出針對性處理方案。3、注漿堵水及開挖支護(hù)采取全斷面帷幕注漿進(jìn)行注漿堵水和加固圍巖。設(shè)計(jì)參數(shù)注漿孔布設(shè)注漿材料

根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，采取工程類比法選擇注漿材料，并在現(xiàn)場進(jìn)行注漿試驗(yàn)研究。針對該斷層，注漿材料采用普通水泥單液漿和普通水泥--水玻璃雙液漿，以普通水泥單液漿為主。在注漿過程中，當(dāng)長時(shí)間注漿壓力不上升時(shí)，采用雙液漿控制漿液擴(kuò)散范圍。普通水泥單液漿配比為：水灰比0.6:1~0.8:1，必要時(shí)，摻加1％~2％的緩凝劑，將單液漿凝膠時(shí)間控制在2h以內(nèi)。普通水泥一水玻璃雙液漿配比為：水泥漿水灰比0.6:1~0.8:1、水泥漿與水玻璃體積比1:0.3~1:1、水玻璃濃度35Be。漿液配合比控制原則為“先稀后濃、逐級變換”。機(jī)械設(shè)備配置

F1斷層及影響帶隧道內(nèi)縱向范圍大，因此，注漿工程量巨大，這在以往的工程施工中很少遇到。根據(jù)注漿工期要求和地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備配置，對于本工程注漿，按“適合地層、快速高效、配足配齊”的原則進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的配置。機(jī)械設(shè)備配置如表2。注漿參數(shù)

注漿順序控制

注漿采取前進(jìn)式分段注漿。注漿順序按兩序孔進(jìn)行，即先跳孔注單序孔(一序孔)，然后注剩下的二序孔，這樣，一序孔完成后實(shí)現(xiàn)了對二序孔的約束，從而提高了注漿效果。同時(shí)，二序孔注漿又是對一序孔的檢查。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)控制單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：

(1)一序孔注漿采取定量一定壓相結(jié)合原則，注漿量可達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算單孔單段注漿量的1.2~2倍；(2)二序孔主要采取定壓控制，注漿壓力應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿速度應(yīng)小于5L/min。全段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：

(1)所有注漿孔均符合單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏注現(xiàn)象；(2)分析注漿成果資料，選取注漿薄弱環(huán)節(jié)鉆檢

查孔進(jìn)行巖心，漿液應(yīng)充填飽滿；(3)檢查孔無坍孔現(xiàn)象，檢查孔涌水量小于0.2L/m·min。注漿實(shí)施

進(jìn)口共進(jìn)行帷幕注漿循環(huán)l7個(gè)，其中5m注漿帷幕7個(gè)循環(huán)，8m注漿帷幕10個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了平均生產(chǎn)能力為1個(gè)循環(huán)/32d，完成“鉆探－注漿－開挖”進(jìn)度指標(biāo)為22m/月。為實(shí)現(xiàn)在影響帶的安全對接，出口進(jìn)行了一個(gè)循環(huán)的注漿帷幕。開挖支護(hù)超前預(yù)支護(hù)為確保施工安全，減少注漿盲區(qū)帶來施工風(fēng)險(xiǎn)，在

注漿結(jié)束后施作拱部周邊~b108大管棚并進(jìn)行注漿，

形成超前預(yù)支護(hù)體系，管棚環(huán)向問距30~40cm，縱向

長28m。初期支護(hù)

采取臺階法開挖，采用I18鋼架支護(hù)，間距0.5~1m/榀，掛網(wǎng)噴射C20混凝土25cm。監(jiān)控量測

加強(qiáng)開挖過程中監(jiān)控量測，及時(shí)反饋?zhàn)冃涡畔ⅲ現(xiàn)1高壓富水?dāng)鄬佣伍_挖支護(hù)后變形情況如圖5所示。變形值均未超過40mm，大部分地段控制在30mm以內(nèi)。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工第三節(jié)

膨脹性和擠壓性圍巖一、膨脹性圍巖的基本特征與分級

(一)膨脹巖基本特征

(1)質(zhì)軟，強(qiáng)度低

(2)自由膨脹率高

(3)空隙率大

(4)易風(fēng)化、崩解性強(qiáng)

(5)膨脹壓力大第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(二)膨脹巖的判別與分級判別依據(jù)：間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)直接定量反應(yīng)巖石膨脹力學(xué)指標(biāo)以及不同荷載下的膨脹率大小的指標(biāo)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工膨脹巖的判別標(biāo)準(zhǔn)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工膨脹巖的分級膨脹巖的物理力學(xué)指標(biāo)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工二、膨脹性圍巖對隧道施工的危害圍巖普通開裂坑道下沉圍巖膨脹突出和坍塌隧道底部隆起襯砌變形和破壞第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工三、高地應(yīng)力作用下的軟巖1.高地應(yīng)力軟巖的概念當(dāng)圍巖內(nèi)部的最大地應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度的比值達(dá)到某一水平時(shí)，才能稱為高地應(yīng)力或極高應(yīng)力。圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比=第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(1)圍巖大變形量的劃分鐵路隧道大變形的變形量劃分

(2)烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟巖隧道大變形分級擠壓性隧道的大變形分級標(biāo)準(zhǔn)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工2.高地應(yīng)力擠壓性圍巖的變形特點(diǎn)變形量大變形速度高變形持續(xù)時(shí)間長第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工四、擠壓性圍巖的隧道設(shè)計(jì)理念1.柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)膨脹性和擠壓性圍巖的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法主要可歸納為兩類：一是減輕作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載而容許發(fā)生一定位移的方法(柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))，另一是為了控制松弛而盡可能早地控制位移的方法(剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))。(1)先行導(dǎo)坑法(2)多重支護(hù)方法第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工2.剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)大剛度支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)(2)大范圍圍巖加固法(3)可縮式支護(hù)方法(4)分階段綜合控制法第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工3.烏鞘嶺隧道設(shè)計(jì)實(shí)例(1)活動(dòng)性斷層高地應(yīng)力區(qū)段二次襯砌

預(yù)留變形量

噴混凝土

預(yù)留變形量

噴混凝土

系統(tǒng)錨桿

補(bǔ)強(qiáng)系統(tǒng)錨桿

第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(2)嶺脊高地應(yīng)力軟巖區(qū)段系統(tǒng)錨桿

二次襯砌

預(yù)留變形量

噴混凝土

第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工推薦支護(hù)參數(shù)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工五、膨脹性及擠壓性圍巖隧道施工1.加強(qiáng)調(diào)查、量測圍巖的壓力和流變特性2.合理選擇施工方法3.防止圍巖濕度變化4.合理進(jìn)行圍巖支護(hù)5.適時(shí)襯砌控制變形(1)噴錨支護(hù)，穩(wěn)定圍巖(2)襯砌結(jié)構(gòu)及早閉合六、工程實(shí)例陶恩隧道

1970~1975年修建于奧地利的陶恩隧道，為雙向行駛的公路隧道，全長6400m，埋深600~1000m。新奧法的鼻祖Rabcewicz教授親自主持該隧道的設(shè)計(jì)并參加施工。該隧道施工中在千枚巖和綠泥石地段發(fā)生大變形，產(chǎn)生了50~120cm的位移，最大位移速率20cm/d，是世界上第一座知名的大變形隧道。由于陶恩隧道設(shè)計(jì)時(shí)對擠壓性圍巖缺乏經(jīng)驗(yàn)，初期支護(hù)較弱(長4m錨桿，厚25cm噴混凝土，TH36@75鋼架)。在洞壁發(fā)生大變形后，采用了6~9m長錨桿，可縮鋼架及噴層預(yù)留縱縫等加強(qiáng)措施，對洞壁已侵入模注混凝土凈空部位進(jìn)行了危險(xiǎn)的擴(kuò)挖作業(yè)，工程非常艱難，但最后仍取得成功。阿爾貝格隧道

阿爾貝格隧道也在奧地利，系公路隧道，全長13980m。該隧道是緊接著陶恩隧道后開工(1974~1979年)，設(shè)計(jì)時(shí)已吸收了陶恩隧道的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，所以雖然也是擠壓性圍巖隧道，但支護(hù)變形較小，施工較為順利。隧道最大埋深740m，原始地應(yīng)力13MPa，圍巖為千枚巖、片麻巖、片巖綠泥石等，抗壓強(qiáng)度1.2~2.9MPa。為防止大變形，設(shè)計(jì)時(shí)采用了強(qiáng)大的初期支護(hù)系統(tǒng)：厚20~25cm噴混凝土；可縮式@75鋼架；6m長的@125cm錨桿。雖然如此，在局部地質(zhì)較壞地段，仍產(chǎn)生了20~35cm的支護(hù)位移，變形速度達(dá)4~6cm/d，最大11.5cm/d。在增加了9~12m長錨桿后，使變形初速度降為5cm/d。惠那山隧道日本惠那山公路隧道為雙洞隧道。I號隧道(8300m)于1975年8月建成。1978年開工修建第二座隧道(8635m)，于1985年建成。兩座隧道均通過長400m斷層帶，圍巖軟弱，為風(fēng)化的變質(zhì)角頁巖，單軸抗壓強(qiáng)度1.7~4.0MPa，該處埋深400m。兩隧道在施工中均發(fā)生了支護(hù)大變形。

I號隧道主洞開挖先以0.8m間距安設(shè)重型鋼架H250，并輔以襯板，先后澆注兩層模筑混凝土。由于變形量大且速度快，鋼架被大量破壞，混凝土襯砌大規(guī)模開裂，拱頂下沉43~94cm。側(cè)壁內(nèi)移20~52cm，因此在澆注第二層混凝土?xí)r以補(bǔ)充了H-200@80cm鋼架。雖然模筑混凝土襯砌總厚達(dá)1.2m，而且加入了大量的重型襯砌，襯砌仍發(fā)生了大規(guī)模的開裂，最后不得不用鋼纖維加筋混凝土來反復(fù)修補(bǔ)。吸收了I號隧道教訓(xùn)，II號隧道采用新奧法柔性初期支護(hù)。其特點(diǎn)是：采用長錨桿(9~13.5m)；預(yù)留變形量(上50cm，下30cm)；鋼纖維混凝土(厚25cm)及可縮式鋼架；二次襯砌為45cm厚的素混凝土。最終發(fā)生的初期支護(hù)位移為20~25cm，最大為56cm，完成了大變形地段的施工。家竹箐隧道家竹箐隧道是我國南昆鐵路上的著名險(xiǎn)洞，以高瓦斯、高地應(yīng)力、大涌水而著稱。由于煤系地段軟弱，且地應(yīng)力較高(16.09MPa)，在390m長的地段內(nèi)產(chǎn)生了大變形，洞壁位移60~80cm，拱頂下沉接近100cm。當(dāng)時(shí)因國內(nèi)對高地應(yīng)力擠壓性圍巖尚缺乏認(rèn)識，以為只是一般的軟弱圍巖，故只采取了一般標(biāo)準(zhǔn)的初期支護(hù)。(1)改善洞形，加大邊墻曲率(2)將預(yù)留量加大為45cm(拱)及25cm(墻)。(3)系統(tǒng)錨桿加長為8~13m。(4)噴混凝土加厚(初20復(fù)15)(5)鋼架改為U29可縮式(6)雙層模筑(外55鋼纖維配筋混凝土，內(nèi)25鋼纖維混凝土。木柵隧道木柵隧道位于中國臺灣北部第二高速公路上，隧道穿越臺北市南郊的木柵山區(qū)，全長1875m，為三車道公路隧道(斷面150m2)。該隧道在通過潭灣大斷層時(shí)，發(fā)生大變形，拱頂下沉150cm以上，邊墻內(nèi)擠70cm。潭灣斷層帶寬75m，與隧道斜交，大變形地段長205m。由于初期支護(hù)僅采用常規(guī)的錨噴支護(hù)，故產(chǎn)生了嚴(yán)重的大變形。該隧道變形整治有一個(gè)特色，即應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力錨索(長15.2m，預(yù)拉力50t)，但隧底采用長9m的一般錨桿。通過錨索孔及錨桿孔向地層注漿加固圍巖，強(qiáng)大的錨索及錨桿使隧道趨于穩(wěn)定。弧型導(dǎo)坑完成后，采用挖馬口的方法，分別開挖左右兩側(cè)邊墻，邊墻開挖后，立即進(jìn)行噴錨支護(hù)并將格柵拱順接下來，形成整體；邊墻開挖完成后，最后開挖核心土。二次襯砌，采用先墻后拱法施工，每環(huán)混凝土的灌注長度控制在2.0~4.0m。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工第四節(jié)黃土地質(zhì)按塑性指數(shù)(Ip)的大小可分為：一、黃土分類及對隧道工程的影響(一)黃土分類老黃土新黃土黃土質(zhì)粘砂土(1＜Ip≤7）黃土質(zhì)砂粘土(7＜Ip≤17)黃土質(zhì)粘土(17＜Ip)第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工(二)黃土地層對隧道工程的影響

(1)黃土節(jié)理影響在隧道開挖時(shí)，土體容易順著節(jié)理張松或剪斷。

(2)黃土沖溝地段對施工的影響當(dāng)隧道在較長的范圍內(nèi)沿著沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工

(4)水對黃土隧道施工的影響

(3)黃土溶洞與陷穴影響隧道若建在其上方，則有基礎(chǔ)下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。隧道若修建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓，使圍巖與襯砌處于不利的受力狀態(tài)。黃土濕陷造成突然下沉現(xiàn)象。排水不良造成道路泥濘，給運(yùn)輸及仰拱施工帶來困難。新老黃土具有不同方向的原生與構(gòu)造節(jié)理，特別是垂直節(jié)理發(fā)育，并具黃土多孔、疏松，隧道開挖時(shí)土體極易順節(jié)理方向張開或剪斷，隧道埋深較淺時(shí)地表附近拉力過大而開裂，常伴隨隧道開挖產(chǎn)生地表平行及環(huán)形裂縫。表2-1調(diào)查的12座黃土隧道縱向裂縫和環(huán)向裂縫情況

名稱埋深最大地表變形/mm最大洞內(nèi)變形/mm縱向裂縫橫向裂縫位置寬/mm位置寬度/mm潼洛川隧道進(jìn)口15m~23175155兩側(cè)1對0.2～15洞口0.2～30mm凰嶺隧道進(jìn)口13～5743130左側(cè)1條10～90未發(fā)現(xiàn)鳳凰嶺隧道出口14～96兩側(cè)2對0.5~40洞口0.2～2高橋隧道出口36~6180167左側(cè)1條5～50未發(fā)現(xiàn)黃龍村隧道出口11～18252兩側(cè)2對10~20淺埋段5～20賀家莊隧道出口25～27140224右側(cè)兩條10~30地表滲水段2~30張茅隧道出口9未發(fā)現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)長山隧道進(jìn)口22未發(fā)現(xiàn)洞口20~30涵古關(guān)隧道進(jìn)口14～47250230兩側(cè)1對10~40洞口10~30呂家崖隧道進(jìn)口200兩側(cè)1對60~80洞口段10~20閿鄉(xiāng)隧道進(jìn)口30210兩側(cè)1對10～60洞口1~3鞏義隧道進(jìn)口22～4170洞口5~10未發(fā)現(xiàn)臺村隧道進(jìn)口16～25600604兩側(cè)1對90～200全隧10～90

對鄭西38座隧道，調(diào)查了12座黃土隧道，出現(xiàn)規(guī)律性的對稱縱向裂縫和縱向之間的環(huán)向裂縫。黃土隧道洞口淺埋區(qū)段地表多可見裂縫，多見于60m埋深以下。地表可見或?qū)挻罅芽p多發(fā)生于地表沉降值在80mm以上。在隧道偏壓區(qū)段，容易在偏壓外側(cè)出現(xiàn)滑坡形式的滑動(dòng)裂縫。隧道施工工作面前方已有可見裂縫形成，隨著隧道掘進(jìn)裂縫不斷發(fā)展。——調(diào)查結(jié)論第八章不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工三、黃土隧道施工方法黃土隧道施工應(yīng)根據(jù)斷面大小、圍巖級別采用臺階法、三臺階弧形導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法等。黃土隧道的施工應(yīng)根據(jù)斷面大小采用機(jī)械或人工挖掘，應(yīng)優(yōu)先采用機(jī)械開挖。1、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用性評價(jià)：雙側(cè)壁法在淺埋砂質(zhì)新黃土中對地表下沉的控制效果顯著。但施工中需耗費(fèi)大量時(shí)間和材料用于架設(shè)和拆除臨時(shí)支撐，施工進(jìn)度慢（月進(jìn)尺25~30m），成本比較高。因此，在地表下沉有嚴(yán)格控制要求的淺埋砂質(zhì)黃土地層以及難以自穩(wěn)的飽和黃土地層，可采用雙側(cè)壁法。適用于Ⅴb和Ⅵ級黃土圍巖的淺埋大斷面隧道施工。12234556789101112施工工法關(guān)鍵：

針對淺埋砂質(zhì)新黃土以及飽和黃土，為確保掌子面的穩(wěn)定，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法上臺階開挖應(yīng)留核心土，并施做超前小導(dǎo)管或大管棚支護(hù)，必要時(shí)進(jìn)行掌子面注漿或地表注漿預(yù)加固前方土體。從減小開挖對掌子面的擾動(dòng)考慮，宜采用銑挖機(jī)開挖，或采用0.5m3以下的小型挖掘機(jī)開挖并嚴(yán)格控制其超挖行為。對于挖掘機(jī)開挖時(shí)雙側(cè)壁上撐不能及時(shí)架設(shè)的難題，可采取底撐緊跟方法解決。為便于機(jī)械施工，在仰拱封閉和襯砌跟進(jìn)情況下，宜及時(shí)拆除內(nèi)壁以增加施工空間。12234556782、CRD法適用性評價(jià)：

CRD法可有效控制淺埋砂質(zhì)黃土中的拱頂下沉，雖控制效果不如雙側(cè)壁，但臨時(shí)支撐比雙側(cè)壁省，施工進(jìn)度相對較快（月進(jìn)尺35m），成本相對較低。因此，對于地表下沉沒有嚴(yán)格控制要求的淺埋砂質(zhì)黃土地層，可采用CRD法。

CRD法適用于Ⅴa和Ⅴb級黃土圍巖的淺埋大斷面隧道施工。施工工法關(guān)鍵：

相對雙側(cè)壁法，CRD法一次開挖面積較大，在淺埋砂質(zhì)新黃土中如何確保掌子面的穩(wěn)定是值得重視的問題，尤其是導(dǎo)坑上臺階開挖環(huán)節(jié)。對此，CRD法開挖除采取短進(jìn)尺、加大核心土截面以減少環(huán)形一次開挖時(shí)間和盡早支護(hù)外，應(yīng)重視施做超前小導(dǎo)管，必要時(shí)采取超前注漿加固措施。采用挖掘機(jī)時(shí)，應(yīng)選擇0.5方及以下小型挖掘機(jī)并嚴(yán)格控制超挖。對于挖掘機(jī)開挖時(shí)CRD上撐不能及時(shí)架設(shè)的難題，同樣可采取底撐緊跟方法解決。在仰拱封閉和襯砌跟進(jìn)情況下，宜及時(shí)拆除中壁以增加施工空間。3、CD法適用性評價(jià)：與雙側(cè)壁和CRD相比，CD法控制凈空位移的能力較弱，尤其是在凈空高度比較大的大斷面黃土隧道，CD法相對帶橫撐的CRD法，其中壁的穩(wěn)定性相對較差。因此，對于鄭西客運(yùn)專線大斷面黃土隧道，淺埋條件下采用CD法應(yīng)慎重。建議用于黏質(zhì)黃土和老黃土的砂質(zhì)土中。

CD法適用于Ⅳb級黃土圍巖的大斷面隧道施工。1223455678施工工法關(guān)鍵：

為減小開挖對中壁穩(wěn)定性的影響，及時(shí)封閉超前導(dǎo)坑基底是技術(shù)關(guān)鍵。同時(shí)，在仰拱封閉和襯砌跟進(jìn)情況下，宜及時(shí)拆除中壁以增加施工空間。施工中，應(yīng)加強(qiáng)對中壁的監(jiān)測。

CD法一次開挖面積較大，在自穩(wěn)能力較差的砂質(zhì)黃土中，應(yīng)重視掌子面的穩(wěn)定。對此，CD法導(dǎo)坑開挖應(yīng)采取臺階左右分塊方式（見圖例）以減少一次開挖時(shí)間使支護(hù)盡早進(jìn)行，同時(shí)用超前小導(dǎo)管取代難以發(fā)揮作用的拱部錨桿。采用挖掘機(jī)開挖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制超挖對掌子面的擾動(dòng)，不宜使用大斗容鏟斗。4、三臺階七步法適用性評價(jià)：試驗(yàn)表明，弧形導(dǎo)坑采用三臺階法，不僅適用于不同埋深條件下砂質(zhì)及黏質(zhì)老黃土，而且可用于淺埋非飽和砂質(zhì)新黃土。月進(jìn)尺：深埋老黃土可達(dá)70m以上，淺埋老黃土50m以上，淺埋砂質(zhì)新黃土40m以上。因此，在可以允許較大地表下沉的場合，采用上述弧形導(dǎo)坑法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益相對于雙側(cè)壁、CRD法而言是顯而易見的。上述弧形導(dǎo)坑法可適用于Ⅳa~Ⅴb級黃土圍巖的深、淺埋大斷面隧道施工。施工工法關(guān)鍵：

推薦采用三臺階七步開挖弧形導(dǎo)坑法。對于非飽和砂質(zhì)黃土開挖后失水易失穩(wěn)問題，弧形導(dǎo)坑法除在開挖后應(yīng)圍繞快速支護(hù)，抓住短進(jìn)尺、快封閉環(huán)節(jié)，關(guān)鍵強(qiáng)調(diào)要實(shí)施超前小導(dǎo)管、鎖腳錨管和大拱腳等支護(hù)手段。1234567黃土隧道開挖(1)雙線IV級圍巖、單線V級圍巖宜采用三臺階弧形導(dǎo)坑法；雙線V級圍巖宜采用CRD法；雙線V級圍巖洞口淺埋或偏壓段宜采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。開挖除考慮圍巖級別外還應(yīng)結(jié)合土層含水量、施工中變形監(jiān)測結(jié)果綜合考慮。(2)墻腳、拱腳等處應(yīng)預(yù)留60~70cm人工開挖，嚴(yán)禁超挖。(3)開挖循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)不同圍巖級別宜采用0.5~1.5m。(4)濕陷性黃土隧道基底可采用樹根樁、灰土擠密樁、注漿、換填等處理措施。(5)施工中如發(fā)現(xiàn)突水、變形異常等不安全因素時(shí)，應(yīng)暫停開挖，加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，調(diào)整施工方案。(6)合理選擇工序步距。小型機(jī)械作業(yè)宜選擇上臺階長5m，下臺階15m。開挖工作面距仰拱填充的距離為20~30m。(7)嚴(yán)格控制施工用水，采用濕噴工藝，拌和用水在拌和站控制，噴完后用高壓風(fēng)代替水吹洗濕噴機(jī)；噴射混凝土和仰拱、填充、二襯混凝土均采用噴霧器養(yǎng)護(hù)取代灑水養(yǎng)護(hù)；嚴(yán)格控制混凝土拌和用水，避免混凝土泌水浸泡黃土隧道基底。黃土隧道支護(hù)開挖后立即對隧道周邊及開挖面進(jìn)行噴射混凝土封閉，并及時(shí)施作錨桿、鋼筋網(wǎng)及型鋼鋼架。當(dāng)洞身黃土含水量較大時(shí)，應(yīng)采用煤礦螺旋鉆成孔；錨桿宜采用藥包式或早強(qiáng)砂漿式錨桿。鋼架基腳或分部開挖基腳等處設(shè)置注漿鎖腳錨桿(管)或設(shè)置墊板，以控制鋼架沉降。鋼架每側(cè)應(yīng)施作鎖腳錨桿(管)不少于2~4根，鎖腳錨桿直徑不小于22mm，長度不小于3.5m，外插角35~40度，必要時(shí)采用鎖腳錨管。黃土隧道施工防排水(1)進(jìn)洞前按設(shè)計(jì)做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)，排水溝應(yīng)進(jìn)行鋪砌，防止地表水下滲。(2)雨季前應(yīng)做好隧道洞門。(3)對地表沖溝、陷穴、裂縫等應(yīng)采取回填夯實(shí)、填土反壓、改變地表水徑流等措施，將水排至隧道范圍以外，洞口淺埋段地表沖溝、陷穴、裂縫等除采用上述方法處理外，還應(yīng)用砂漿抹面，以免下滲水影響結(jié)構(gòu)安全。(4)地層含水量大時(shí)，上、下臺階開挖工作面附近宜開挖橫向水溝，將水引至隧道中部縱向排水溝排出洞外，以免浸泡拱腳。(5)必要時(shí)配合井點(diǎn)降水降低水位至隧底以下1.5m。施工完成的高橋隧道進(jìn)口斜切式洞門鄭西線高橋隧道出口雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法高橋隧道進(jìn)口水泥土擠密樁施工鄭西線潼洛川隧道出口CRD開挖法

鄭西線潼洛川隧道弧形導(dǎo)坑開挖法工程簡介鄭西鐵路客運(yùn)專線某隧道位于潼關(guān)縣，設(shè)計(jì)為一座雙線大跨度黃土隧道，全長7684m。其中384m為V級圍巖，7300m為Ⅳ級圍巖。該隧道為目前國內(nèi)最大斷面黃土隧道，開挖斷面積為163m2，洞室最大寬度15.18m、最大高度13.32m。隧道縱坡為3‰、5‰和6‰的上坡，洞門采用斜切式洞門。洞口Ⅴ級圍巖DK333+390~465在超前管棚預(yù)支護(hù)下進(jìn)洞，并在超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)下采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。開挖至DK333+465進(jìn)入過渡段施工，DK333+465~+500段Ⅴ級圍巖拱部120°范圍內(nèi)超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)下采用CRD法施工。黃土隧道坍方處理實(shí)例工程地質(zhì)條件該隧道進(jìn)口段位于黃河二級階地上，第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土厚度10~18m，堅(jiān)硬~硬塑；沖積砂質(zhì)黃土厚度大于15m，硬塑，局部軟塑。砂質(zhì)黃土具Ⅲ~Ⅳ級（嚴(yán)重）自重濕陷性，濕陷性土層厚約22m。DK333+430~DK333+545受錯(cuò)落體影響，為不良地質(zhì)地段。塌方經(jīng)過20