脆弱圍巖隧道預防坍方安全施工技術

目前在建隧道6600公里，已規(guī)劃建設隧道7600公里，隧道呈現(xiàn)

“三多”特點（隧道數(shù)量多、長大隧道多、風險隧道多）。其中

脆弱圍巖隧道占有相當大的比例。

脆弱圍巖隧道施工，除地質(zhì)條件差，還會遇到斷面大、埋深

淺、下穿大路或建筑物等狀況,從而使施工愈加簡單，難度更大。

目前，由于技術措施不合理、施工方法不當、施工工藝不到位、

現(xiàn)場管理薄弱等環(huán)節(jié)的諸多成績，形成了大量的隧道變形和坍方

事故，損失巨大，教訓深入。

如何進步脆弱圍巖隧道施工程度，預防變形和坍方，確保施

工安全,其核心是抓住脆弱圍巖隧道工程特點，落實好“三超前、

四到位、一強化”施工技術關鍵環(huán)節(jié)。

⑴三超前：超前預告、超前加固、超前支護

⑵四到位：工法選擇到位、支護措施到位、快速封閉到位、襯砌

跟進到位

⑶一強化：強化量測

1脆弱圍巖隧道變形、坍方事故案例

L1事故案例

鄭西客專南山口隧道大坍方（2007年7月15日發(fā)生）。坍

方段埋深86米，地質(zhì)為強風化粉砂巖及卵石土，實行臺階法施

工。掌子面初期支護首先消滅掉塊、開裂，3天后發(fā)生大坍方,

坍方長度146米，洞內(nèi)初期支護全部毀壞，形成地表房屋開裂,

經(jīng)濟損失較大。坍方緣由：快速封閉不到位、襯砌跟進不到位、

量測未到位。（下臺階開挖83米，仰拱距掌子面126米，二襯距

掌子面146米）。

大坍方146nl

HLii.tAX.I

貴廣鐵路東科嶺隧道涌砂坍方（2010年1月19日發(fā)生）。

坍方段埋深21m（屬淺埋），地質(zhì)為向斜構造全風化花崗巖，呈

砂狀，開挖擾動后呈流塑狀，地表為水田和常年流水水溝。進口

開挖到398米處，掌子面施作超前小導管時，忽然發(fā)生涌砂坍方,

涌砂量約800立方，隨后地面消滅坍陷，坍坑直徑約35米。

涌砂坍方緣由：未進行超前預告、未進行超前加固、未進行

超前支護

東科嶺隧道涌砂坍方照片

東科嶺隧道地面坍塌照片

張集鐵路舊堡隧道初期支護開裂變形（2010年2月26日發(fā)

生）。變形段隧道埋深約300米，地質(zhì)為麻粒巖夾輝綠巖脈，處

于F3斷層影響帶，構造節(jié)理發(fā)育，巖體裂開。進口開挖到4136

米處，初期支護工25b鋼架發(fā)生變形，變形速率151mm/d,隨

后掌子面后方30米范圍內(nèi)初期支護歪曲變形，放射混凝土開裂、

掉塊，滲水量增大。該段變形緣由：由于對工程地質(zhì)特性生疏不

足，工法選擇不到位、支護措施不到位。

舊堡隧道初期支護變形開裂照片

集包鐵路新旗下營隧道坍方（2010年3月19日發(fā)生）。坍

方段埋深約70米，地質(zhì)為變質(zhì)大理巖，后期施工時經(jīng)常發(fā)生局

部掉塊。進口開挖到370米處。后方56米地位初期支護（格柵

鋼架）失穩(wěn)毀壞坍方，形成多名作業(yè)人員遇難。

坍方緣由：支護措施不到位、快速封閉不到位、量測不到位

新旗下營隧道坍方照片

1.2事故統(tǒng)計與分析

統(tǒng)計2006年至今脆弱圍巖隧道發(fā)生事故

2006年

3月21日:武康二線王家溝隧道坍方，8人受困。

5月16日:大麗線南場嶺隧道洞口坍方，6人受困。

5月21日:洛湛線雙牌二號隧道洞口坍方，1死3傷。

8月12日:鄭西客專秦東隧道坍方，2人死亡。

9月13日:武康二線系家山一號隧道坍方，2人死亡。

2006年發(fā)生事故5起，形成5死3傷14人受困

2007年

4月30日:太中銀吳堡隧道坍方，4死1傷。

7月15日:鄭西客專南山口隧道大坍方146米。

8月6日:石太客專南莊隧道坍方，2人死亡。

8月6日:廣深港客專水田隧道洞口坍方，2人死亡。

9月2日:合寧線亭子山二號隧道坍方，5人死亡。

9月30日:蘭青二線八盤峽二號隧道坍方，8人受困。

2007年發(fā)生事故7起，形成13死2傷8人受困

2008年

1月9日:蘭青二線楊家店隧道坍方，2人死亡。

1月20日:鄭西客專盤東隧道坍方，3人死亡。

3月21日:田德線百安隧道坍方，2死3傷。

3月25日:包西線活沙兔隧道坍方，4人死亡。

7月15日:洛湛線古欖隧道坍方，1人死亡。

8月29日:西格二線克士隧道坍方，4死7傷。

2008年發(fā)生事故6起，形成16死10傷

2009年

2月17日:包西線寨山村隧道坍方，2人死亡。

3月8日:石武客專木蘭隧道坍方，2死2傷。

3月16日:向莆線寶臺山隧道坍方，3死1傷。

7月19日:襄渝二線楊家溝隧道坍方，2人死亡。

8月1日:湘桂線梅子坳隧道洞口坍方，3人死亡。

10月29日:包西線新響沙灣隧道坍方，人員逃脫。

12月19日:包西線鄧家樓一號隧道坍方，6人受困。

2009年發(fā)生事故7起，形成12死3傷6人受困

2010年

1月14日:南廣線白云隧道突水突泥，5人死亡。

3月19日:集包線新旗下營隧道坍方，10人死亡。

7月11日:南黎線那適2號隧道坍方，10人死亡。

2010年發(fā)生事故3起，已形成25人死亡。

對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，脆弱圍巖隧道事故次要表如今三個方

面：

一是洞口坍方，占20%。

二是掌子面變形坍方，占33%。

三是掌子面后方坍方“關門”，占47%。

據(jù)以上不完全統(tǒng)計，從2006年到2010年為止，4年多工夫

內(nèi)，脆弱圍巖隧道發(fā)生事故28起,死亡71人,事故發(fā)生之頻繁，

死亡人數(shù)之多，令人傷心。究其緣由，次要有兩個方面，一是客

觀上地質(zhì)和環(huán)境的簡單性，二是客觀上技術措施、施工方法及工

藝、現(xiàn)場管理等緣由。因此，進步對脆弱裂開圍巖的生疏，進步

設計和施工程度，做到“三超前、四到位、一強化”，對杜絕工

程事故的發(fā)生格外重要。

2脆弱圍巖隧道地質(zhì)特征和工程特點

2.1脆弱圍巖隧道地質(zhì)特征

圍巖強度低，承載力量低。如黏性土、粉土、砂類土、黃土、

全風化巖體等。節(jié)理發(fā)育、裂開、自穩(wěn)力量差。如巖體裂開的泥

巖、頁巖、砂巖、千枚巖、板巖等。斷層帶散體結構、自穩(wěn)力量

極差。受構造影響，斷層帶結構面雜亂無序，呈角礫、縻棱狀或

碎裂結構，充填泥質(zhì)或泥夾巖屑。

2.2脆弱圍巖隧道工程特點

脆弱圍巖強度低、自穩(wěn)力量差，隧道開挖后地應力重新分布,

使隧道周邊產(chǎn)生較大的松動圈。一旦工程措施（包括設計措施）

和施工方法不當，將極易發(fā)生初期支護變形侵限和隧道坍方等工

程事故。因此，脆弱圍巖隧道施工的核心是“把握變形、防止坍

方”。

3脆弱圍巖隧道施工技術

脆弱圍巖隧道施工，應在以下八個方面予以注重，完成標準

化施工管理，從而避開變形和坍方事故的發(fā)生：

（1）超前預告（2）地表加固（3）超前加固（4）超前支護

（5）開挖工法（6）初期支護（7）二次襯砌（8）監(jiān)控量測

3」超前預告

現(xiàn)場時常會遇到實踐開挖揭示的地質(zhì)與設計供應的地質(zhì)存

在較大差異，惹起技術措施和施工方法的變化。因此，除設計階

段加強地質(zhì)勘察外，施工階段也必需進行超前地質(zhì)預告工作，這

一點尤為重要。

地質(zhì)素描、物探、超前鉆探方法是脆弱圍巖超前預告的次要

手腕。在裂開帶和斷層地段，加強超前長、短鉆孔，準時探明隧

道后方地質(zhì)狀況，特殊是地下水的發(fā)育狀況，嚴禁在未探明狀況

下自覺開挖。參建各方都該當注重施工階段超前地質(zhì)預告工作，

建立責任制，明白責任和分工。高和極高風險隧道，必需進行超

前地質(zhì)預告的專項設計。

3.2地表加固

隧道上部需加固土體接受鉆孔壓力注漿加固與雙管旋噴樁

注漿兩種加固方法。沿隧道縱向方向首先接受旋噴樁劃分為三等

分進行加固，其中隧道兩側(cè)加固邊界接受雙排旋噴樁進行加固O

地表加固施工時先橫向根據(jù)5m間距接受旋噴樁進行加固。在由

旋噴樁圍成的5mx4.393m的方格，然后再在旋噴樁加固的網(wǎng)格

內(nèi)接受鉆孔壓力注漿加固。

雙管旋噴樁空氣緊縮氣壓0.5?0.7MPa,噴漿壓力20Mpa,

提升速度為7?14cm/min,旋轉(zhuǎn)速度可取11?14r/min。漿液接

受1：1水泥漿。

321、技術把握要點

1）固結體的全體性和均勻性；

2）固結體的有效直徑；

3）固結體的垂直度；

4）固結體的強度特性（包括軸向壓力，程度推力，抗酸堿性

等）；

5）固結體的溶蝕和耐久功能等。

3.2.2、把握方法

開挖檢查：以檢查固結體垂直度和固結外形；

室內(nèi)實驗：求協(xié)作比及檢查固結體的強度;

鉆孔檢查：鉆取旋噴固結體的巖芯，來觀看推斷其固結全體

性，并做好標準試件進行室內(nèi)力學物理性實驗，以求待其強度特

性（按巖體取芯，丹州自然抗壓強度L2MPa目的把握），鑒定其

能否符合設計要求。

3.3超前加固

在斷層裂開帶和脆弱地層，特殊是富含水時，必需對圍巖進

行超前加固，改良地層，確保隧道安全施工。必需裝備專業(yè)隊伍、

專業(yè)設備，進行專項設計，保證加固效果。目前，常用的圍巖加

固方法是注漿法。注漿法次要分全斷面注漿和局部注漿兩種。在

富水斷層地帶，常實行全斷面注漿。全斷面注漿法鉆孔數(shù)量多，

施作周期長；局部注漿是針對隧道后方地層特點，對薄弱部位進

行注漿，鉆孔數(shù)量少，施作周期短。無論是全斷面注漿，還是局

部注漿，都要求必需裝備先進的鉆孔注漿設備，必需實行信息化

注漿。

別巖槽隧道Fl斷層全斷面注漿照片

齊岳山隧道F11斷層信息化注漿照片

注漿加固范圍：縱向加固長度應根據(jù)鉆機力量和地層特點確

定，普通為20?30m。特殊地層條件下，應準時調(diào)整縱向注漿加

固長度，否則既影響進度，又影響質(zhì)量。環(huán)向加固厚度普通為3?

5m,局部可添加到5~8m。

中國產(chǎn)MGJ-50鉆機中國產(chǎn)XY-2PCG鉆機

該類鉆機最大扭矩2000—3000N?m鉆進速度3?5m/h

中國產(chǎn)MZ200鉆機

最大扭矩3400N?m鉆進速度5?15m/h

日本產(chǎn)RDP-150鉆機

最大扭矩8000N?m鉆進速度15?20m/h

日本礦巖RPD-180C多功能鉆機

最大扭矩8000N?m,鉆進速度15?20m/h

卡薩C6鉆機（意大利）

加則酬w辛或幽

意大利C6鉆機

最大扭矩13550N?m鉆進速度20?30m/h

意大利產(chǎn)SM400鉆機

最大扭矩13630N?m鉆進速度20?30m/h

德國KR805鉆機

最大扭矩27000N?m鉆進速度25?30m/h

3.4超前支護

常用的超前支護方式有超前大管棚和超前小導管兩種。

(1)超前大管棚：超前大管棚普通是在對沉降有嚴厲要求

時運用，合適于淺埋洞口、積累體、砂土質(zhì)地層、斷層裂開帶地

層，以及下穿大路、鐵路、地面建筑物時接受。大管棚普通接受

4)70mm-4)159mm的鋼管，縱向長度10?100m根據(jù)工程需求

設置。

洞內(nèi)大管棚照片

設管棚工作間：普通施作管棚時都要設置管棚工作間，管棚

工作間按鉆機特點設計，比隧道斷面加寬50?70cm,工作間長

度7?10m,假如只進行一個循環(huán)管棚施作，管棚工作間比較簡

約。但假如循環(huán)多時，施作多個管棚工作間就存在著三個成績。

隧道后期管棚工作間照片

一是為施作工作間，隧道斷面加大后，開挖難度加大，開挖

安全風險添加。

二是若循環(huán)注漿后未能按設計開挖到位，工作間尺寸將滿足

不了要求，將無法進行正常管棚作業(yè)。

三是由于管棚工作間實行擴挖斷面方法，既添加了開挖費

用，又添加了回填混凝土的費用，鋪張大。

無工作間管棚施作技術：在標準斷面接受頂進器將管棚頂?shù)?/p>

開挖斷面外。該技術不需求擴大斷面，不切割大量的管棚，降低

了施工風險，進步了工效，節(jié)省了投資，應大力推行。

隧道斷層后期無管棚工作間照片

超前小導管：超前小導管是在對施工安全要求較高的條件下

運用。在裂開圍巖、積累體、砂土質(zhì)地層、斷層裂開帶中普遍接

受。當?shù)貙涌ㄣ@嚴峻時，可接受自進式錨桿。小導管普通接受小

32mm?4)60mm的鋼管，縱向長度2.5?6m根據(jù)工程需求設置。

小導管布設后根據(jù)地層波動狀況，如需求可進行注漿，加固周邊

地層。

洞內(nèi)超前小導管施工照片

程度旋噴支護：軟塑土體、含水砂層等可接受程度旋噴進行

超前加固與支護。

預切槽支護：用特制的鏈式機械切刀沿斷面周邊連續(xù)切割出

一條厚約數(shù)十厘米，深數(shù)米的窄槽，同時運用與切刀一體化的混

凝土灌注設備注入混凝土，構成一個連續(xù)的，起預先支護作用的

混凝土拱殼。然后在“拱殼”支護下進行工作面的全斷面機械發(fā)

預切槽法三維表示

3.5開挖工法

常用的開挖工法有臺階法、環(huán)形導坑（預留核心土）法、CD

法、CRD法、雙側(cè)壁導坑法等。

開挖工法應根據(jù)地質(zhì)狀況和地層加固狀況確定。實施中根據(jù)地質(zhì)

狀況和量測成果準時調(diào)整工法。開挖工法選擇時，準繩上在確保

安全條件下，應從簡約到簡單，盡量增添開挖步驟?，F(xiàn)場施工應

嚴厲執(zhí)行設計工法，不得私自更改。

臺階法：該工法普通合適于IV級圍巖，要求臺階長度不大于

1倍洞徑，仰拱距掌子面距離不大于2倍洞徑。

環(huán)形導坑（預留核心土）法：該方法利用核心土波動掌子面,

然后開挖兩側(cè)邊墻、中部核心土，最終開挖仰拱。該工法步驟多,

工藝要求高。

rr

目前，脆弱圍巖大斷面隧道多接受環(huán)形導坑法（三臺階七步

流水法），消滅的成績也最多，對該工法技術要求如下（雙線隧

道）：下臺階每循環(huán)開挖進尺V、VI級圍巖不大于1根鋼架，IV

級不大于2根。邊墻開挖進尺不大于2根。仰拱開挖前必需完成

鋼架鎖腳錨桿（管），每循環(huán)開挖進尺不大于3m。初期支護封閉

成環(huán)地位距掌子面距離準繩上不宜不大于2倍洞徑。根據(jù)地質(zhì)、

量測狀況，設置暫時仰拱或橫撐。

環(huán)形導坑（預留核心土法）照片

CD法（中隔壁法）：該工法合適于淺埋地段或穿越建（構）

筑物時接受，以增添沉降，防止坍方。該工法是將隧道分為左右

兩部分進行開挖，先在一側(cè)接受臺階法分層開挖及支護，再開挖

隧道另一側(cè)。每臺階縱向長度3?5m。初期支護仰拱緊跟下臺階,

封閉成環(huán)。

CRD法（交叉中隔壁法）：該工法在特殊條件下接受。該工

法是將大斷面隧道上、下、左、右分塊開挖，并施作初期支護和

暫時橫撐（暫時仰拱），每臺階縱向長度3?5m,步步封閉成環(huán)。

CRD工法開挖照片

雙側(cè)壁導坑法：該工法在特大斷面等特殊條件下接受。該工

法先開挖隧道兩側(cè)導坑，再進行中部開挖支護。工法特點：把握

沉降變形好，但連接點多，受力簡單，對工藝要求高。

雙側(cè)壁導坑法工法開挖照片

對于巖石強度低，環(huán)境要求高的隧道應接受單臂掘進機、銃

挖機、機械裂開等開挖。

3.6初期支護

初期支護方式：錨網(wǎng)噴；錨網(wǎng)噴+鋼拱架，鋼架方式有格柵

鋼架、工字鋼、H型鋼。特殊地質(zhì)條件下運用噴鋼纖維混凝土。

初期支護受力特征：隧道開挖后短工夫或變形量小時，初期支護

與地層共同承受形變壓力。支護不準時或支護后變形量過大，巖

體松動后荷載加大，由初期支護完全被動地承受松動壓力。因此,

必需保證初期支護的強度和剛度，準時支護，把握變形。

初期支護仰拱（暫時仰拱）準時閉合極其重要，閉合成環(huán)后，

進步了卻構的承載力量，從而有效地把握變形、避開坍方。

技術要求：雙線隧道IV、V級圍巖接受臺階法開挖時，必需

設置鎖腳錨桿（管）等把握拱（墻）腳位移的措施。雙線隧道V

級圍巖應設置橫向暫時支撐或暫時仰拱，暫時支撐接受型鋼，縱

向每2根設1處。鋼拱架宜接受八字節(jié)格柵拱架。鋼拱架應工廠

化制造，出廠前必需進行檢驗、試拼裝。噴混凝土準繩上接受濕

噴工藝，特殊地質(zhì)條件下可另行設計。

3.7監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是脆弱圍巖隧道安全施工的“眼睛”，是推斷結構

波動性、指點脆弱圍巖隧道安全施工“最重要”的信息化手腕。

不進行監(jiān)控量測，將無法保證脆弱圍巖的安全施工。很多隧道的

變形與坍方是由于沒有進行量測、或沒有運用量測成果才產(chǎn)生的,

教訓深入。

監(jiān)控量測次要包括拱頂下沉和程度收斂，淺埋段應進行地表

沉降量測。目前接受有尺量測的較多。由于隧道斷面大，實行有

尺量測時，施工干擾大、耗時長。應大力推行接受全站儀利用貼

片反射進行量測。

技術要求：建立等級管理、信息反饋和報告制度。隧道監(jiān)控

量測必需設置專職人員，培訓后上崗，實行專業(yè)化管理，城