項(xiàng)目十二

特殊隧道施工PARTONE本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容：掌握特殊地質(zhì)地段施工原則，掌握膨脹巖、黃土、溶洞和瓦斯隧道施工方法和施工要求，了解高地溫、巖爆、風(fēng)積沙施工要求，掌握隧道坍方產(chǎn)生的原因和處理方法。重難點(diǎn)：重點(diǎn)：膨脹巖、黃土、溶洞隧道的施工和要求，坍方產(chǎn)生的原因和處理方法。難點(diǎn)：溶洞的處理。1膨脹性圍巖2黃土3溶洞6巖爆4風(fēng)積沙7高地溫8塌方5瓦斯地層特殊地層包含：膨脹性圍巖、黃土、溶洞、斷層、瓦斯地層等特殊地層施工原則“先治水、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、早支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則特殊地質(zhì)概述一、膨脹性圍巖的特性1.定義：土中黏土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有吸水膨脹和失水收縮的特性。分布：云貴川等地12.1膨脹性圍巖超固結(jié)特性，土中儲(chǔ)存較高初始應(yīng)力具有多裂隙特性吸水膨脹，失水收縮討論：結(jié)合膨脹巖特性，分析如何能降低危害？2膨脹巖特性圍巖裂隙坑道下沉圍巖膨脹突出或坍塌底鼓襯砌變形和破壞三、膨脹性圍巖施工要點(diǎn)施工原則：“加固圍巖，改善洞形、先柔后剛，先放后抗，變形留夠，底部加強(qiáng)”的24字方針。不分部或少分部單線：超短臺(tái)階（正臺(tái)階）雙線：側(cè)壁導(dǎo)坑法2開(kāi)挖方法3支護(hù)初期支護(hù)應(yīng)做到“先放后抗、先柔后剛”，初期支護(hù)可分層施作、逐層加強(qiáng)，并盡早初噴混凝土封閉巖面；初期支護(hù)的施作原則是“寧加勿拆”，在支護(hù)上加支護(hù)，盡量控制變形的發(fā)展；襯砌結(jié)構(gòu)及早閉合，支護(hù)體系應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)、逐步限制變形。一、黃土的分類1.定義：黃土是在干燥氣候條件下形成的一種具有褐黃、灰黃等顏色，并且具有針狀大孔、垂直節(jié)理發(fā)育的特殊土。2.黃土分類按其形成的年代可分為，Q1和Q2的離石黃土，稱為老黃土；Q3和Q4的次生黃土，稱之為新黃土。12.2黃土（1）黃土節(jié)理

易引起坍塌（2）沖溝地段

易產(chǎn)生滑坡、坍塌（3）溶洞、陷穴

基礎(chǔ)下沉、坍方冒頂、偏壓（4）水遇水會(huì)濕陷性，產(chǎn)生下沉、坍塌2黃土對(duì)施工影響2黃土對(duì)施工影響1.施工原則管超前短進(jìn)尺強(qiáng)支護(hù)早封閉勤量測(cè)二、黃土隧道施工方法根據(jù)隧道斷面大小、圍巖級(jí)別、埋深采用不同開(kāi)挖方法單線Ⅳ：超短臺(tái)階（正臺(tái)階）雙線Ⅳ：弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土2開(kāi)挖方法單線Ⅴ：弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土雙線Ⅴ：雙側(cè)壁導(dǎo)坑（CRD）

2開(kāi)挖方法3黃土支護(hù)噴錨網(wǎng)與鋼拱架形成強(qiáng)力支護(hù)復(fù)合二次襯砌結(jié)構(gòu)作為永久支護(hù)4施工要點(diǎn)加強(qiáng)節(jié)理產(chǎn)狀與分布調(diào)查；必要時(shí)做超前支護(hù)；襯砌背后回填密實(shí)；工序緊湊、精心組織；嚴(yán)格按設(shè)計(jì)做好洞頂、洞門、洞口的防排水系統(tǒng)工程。5施工注意事項(xiàng)隨時(shí)加固工作面；嚴(yán)格拱腳與墻腳的施工；宜先做仰拱；施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素，停止開(kāi)挖，加強(qiáng)初期支護(hù)、調(diào)整工序安排

1溶洞定義溶洞是以巖溶水的溶蝕作用為主，溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。12.3溶洞溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長(zhǎng)期溶蝕的結(jié)果，石灰?guī)r里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用能轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。由于侵蝕的程度不同，就逐漸被溶解分割成互不相依、千姿百態(tài)、陡峭秀麗的山峰和奇異景觀的溶洞，由此形成的地貌一般稱為喀斯特地貌。一、溶洞對(duì)施工的影響1.溶洞類型溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種2.溶洞危害隧道碰到溶洞時(shí)，常產(chǎn)生塌方、不均勻沉陷、及涌水等危害。有填充物時(shí)，可能大量坍塌，造成塌方。隧道旁穿溶洞，易造成不均勻下沉而毀壞襯砌溶洞地區(qū)一般地下水發(fā)育，極易突然涌水1、施工原則：按照以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜綜合治理的原則。二、溶洞施工（1）疏導(dǎo)遇到暗河或溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵溶洞突水洞內(nèi)表狀溶洞突水洞口表狀巖溶水較大時(shí)，應(yīng)采取泄水洞宣泄巖溶水，降低水位（2）宣泄對(duì)于停止發(fā)育、跨徑較小、無(wú)水的溶洞；用混凝土、漿砌片石、干砌片石回填；隧道頂部有空溶洞時(shí)，錨桿、鋼筋網(wǎng)加固（3）填狹長(zhǎng)而較深溶洞，加深邊墻基礎(chǔ)（4）跨越溶洞處理困難，采用迂回導(dǎo)坑法（5）繞2#溶洞充填物:粉細(xì)砂探明地質(zhì)、確定方案；工序銜接緊密、防止突發(fā)性涌水；支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固合理，必要時(shí)超前支護(hù)；若發(fā)現(xiàn)巖層硬度變化、鉆頭忽快，應(yīng)注意重視；溶洞范圍，應(yīng)設(shè)明顯標(biāo)志，并經(jīng)常檢查。

2溶洞施工要點(diǎn)12.4風(fēng)積沙一、概述1.定義：是指粉粘粒含量很少，表面活性很低，松散、無(wú)聚性，無(wú)粘結(jié)性。2.危害：圍巖失穩(wěn)坍塌，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，甚至倒塌破壞3.施工原則：開(kāi)挖應(yīng)遵循“先開(kāi)挖、后支護(hù)”的原則；含水隧道應(yīng)遵循“先治水、后開(kāi)挖”的原則二、加強(qiáng)調(diào)查，制定方案三、因地制宜，綜合治水采取“防、截、排、堵”的治理方法。1.防——建立地表溝槽倒排系統(tǒng)及仰坡地表局部防滲處理，防止降雨和地表水下滲。2.截——在正洞之外水源一側(cè)，采用深井降水，將儲(chǔ)藏豐富構(gòu)造裂隙水，通過(guò)深井抽水排走，減少正洞的靜水壓力和動(dòng)水壓力，對(duì)地下水起到攔截作用。3.排——有條件的隧道在正洞水源下游一側(cè)開(kāi)挖一條洞底低于正洞仰拱的泄水洞，用以降排正洞的地下水，或采用水平超前鉆孔真空負(fù)壓抽水的辦法，排除正洞的地下水。4.堵——采用注漿方法充填裂隙，形成止水帷幕，減少或堵塞滲水通道四、先護(hù)后挖，加強(qiáng)支護(hù)1.超前支護(hù)：超前注漿，以改善圍巖結(jié)構(gòu)；2.開(kāi)挖方法：交叉中隔壁法、中隔壁法、臺(tái)階加設(shè)仰拱；3.邊挖邊封閉，遇縫必堵，嚴(yán)防沙粒從支撐縫隙中逸出。4.盡快襯砌，封閉成環(huán)：流沙地段，拱部和邊墻襯砌砼的灌注應(yīng)盡量縮短時(shí)間，盡快與仰拱形成封閉環(huán)。瓦斯:隧道中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。有時(shí)單獨(dú)指甲烷。瓦斯的燃燒、爆炸性是隧道主要災(zāi)害之一。12.5瓦斯地層一、瓦斯物理化學(xué)性質(zhì)瓦斯是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭的氣體；瓦斯對(duì)空氣的相對(duì)密度是0.554，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716kg；瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸；達(dá)到一定濃度時(shí)，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒或爆炸；二、瓦斯爆炸和燃燒瓦斯爆炸的三個(gè)必備條件是：（1）一定濃度的瓦斯（5%～16%）（2）一定溫度的引火源（650℃～750℃）（3）足夠氧氣（大于12%）三、瓦斯隧道分類（1）低瓦斯隧道：隧道相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且隧道絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。（2）高瓦斯隧道：隧道相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或隧道絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。四、瓦斯放出類型瓦斯?jié)B出：瓦斯由煤層或巖層表面非常微細(xì)的裂隙和孔隙中緩慢、均勻地或持久地涌出。瓦斯噴出：大量承壓狀態(tài)的瓦斯從煤、巖裂縫中快速噴出的現(xiàn)象。瓦斯突出：在極短時(shí)間內(nèi)，從煤巖內(nèi)以極快速度向采掘空間涌出煤巖和瓦斯。1.施工方法宜采用全斷面開(kāi)挖；通風(fēng)效果好隨掘進(jìn)隨襯砌施工作業(yè)采用防爆型設(shè)施五、瓦斯地層施工采用機(jī)械通風(fēng)通風(fēng)后難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，采用全斷面封閉注漿加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯積聚2瓦斯隧道防治措施3瓦斯隧道容許濃度4.采用防爆設(shè)施1）遵守電器設(shè)備及其他設(shè)備的安全規(guī)則，避免發(fā)生電火，瓦斯散發(fā)區(qū)段，使用防爆安全型的電氣設(shè)備，洞內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械必須有防爆性能，避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生高溫火花。2）鑿巖時(shí)用濕式鉆巖，防止鉆頭發(fā)生火花，洞內(nèi)操作時(shí)，防止金屬與堅(jiān)石撞擊、摩擦發(fā)生火花。3）爆破作業(yè)，瓦斯工區(qū)必須采用電力起爆，必須采用煤礦許用電雷管，嚴(yán)禁使用秒或半秒級(jí)電雷管；使用煤礦許用毫秒延期電雷管時(shí)，最后一段的延期時(shí)間不得超過(guò)130ms。4）洞內(nèi)只準(zhǔn)用電纜，不準(zhǔn)使用皮線。使用防爆燈或蓄電池?zé)粽彰鳌?）鏟裝石碴前必須將石碴澆濕，防止金屬器械摩擦和撞擊發(fā)生火花。瓦斯檢查制度：指定專人、定時(shí)、和經(jīng)常進(jìn)行檢查；隨時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)報(bào)告技術(shù)主管負(fù)責(zé)人，采取措施進(jìn)行處理。洞內(nèi)嚴(yán)禁使用明火。進(jìn)洞人員必須經(jīng)過(guò)瓦斯知識(shí)和防止瓦斯爆炸的安全教育；搶救人員未經(jīng)專門培訓(xùn)不準(zhǔn)在瓦斯爆炸后進(jìn)洞搶救。瓦斯檢查人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)、考試合格者，方可進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。六嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)制度12.6巖爆單擊此處編輯母版文本樣式二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)

埋深較深的隧道工程，在高應(yīng)力、脆性巖體中，由于施工爆破擾動(dòng)原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體突然釋放出潛能，產(chǎn)生脆性破壞，這時(shí)圍巖表面發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來(lái)，這種現(xiàn)象稱之巖爆。(1)巖爆在未發(fā)生前并無(wú)明顯的預(yù)兆。(2)巖爆時(shí)，巖塊自洞壁圍巖母體彈射出來(lái)，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀。(3)巖爆發(fā)生的地點(diǎn)，多在新開(kāi)挖工作面及其附近，個(gè)別的也有距新開(kāi)挖工作面較遠(yuǎn)處。巖爆發(fā)生的頻率隨暴露后的時(shí)間延長(zhǎng)而降低。二、巖爆產(chǎn)生的主要條件

地層的巖性條件和地應(yīng)力的大小是產(chǎn)生巖爆與否的兩個(gè)決定性因素。一、隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn)三、巖爆的防治措施1.強(qiáng)化圍巖：噴射混凝土或噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、錨噴支護(hù)、錨噴網(wǎng)聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合，緊跟混凝土襯砌等。這些措施的出發(fā)點(diǎn)是給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)較快地從平面轉(zhuǎn)向三維應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到延緩或抑制巖爆發(fā)生的目的。2.弱化圍巖：注水、超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。注水的目的是改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖石的脆性和儲(chǔ)存能量的能力。后三者的目的是解除能量，使能量向有利的方向轉(zhuǎn)化和釋放。

四、巖爆地段隧道施工的注意事項(xiàng)(1)平導(dǎo)應(yīng)掘進(jìn)超前正洞一定距離，以了解地質(zhì)。(2)爆破應(yīng)選用預(yù)先釋放部分能量的方法，先期將巖層的原始應(yīng)力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。(3)考慮縮短爆破循環(huán)進(jìn)尺。初期支護(hù)和襯砌要緊跟開(kāi)挖面，以盡可能減少巖層的暴露面和暴露時(shí)間，防止巖爆的發(fā)生。(4)巖爆引起坍方時(shí)，應(yīng)迅速將人員和機(jī)械撤到安全地段；充分作好巖爆現(xiàn)象觀察記錄；采用聲波探測(cè)預(yù)報(bào)巖爆工作。

一、高地溫?zé)嵩储宓厍虻牡蒯?duì)流㈡火山熱的熱源由于火山供給的熱是地下的巖漿集中處的熱能而產(chǎn)生熱水，這種熱水（泉水）成為熱源又將熱供給周圍的巖層。㈢放射性元素的裂變熱的熱源地殼內(nèi)巖石中含有放射性物質(zhì)，其裂變產(chǎn)生地溫對(duì)隧道有影響的是：火山的熱源和放射性元素的裂變熱源12.7高地溫二、高地溫隧道施工措施1.隧道內(nèi)氣溫不得超過(guò)28℃2.施工中一般采取通風(fēng)和灑水及通風(fēng)與灑水相結(jié)合的措施3.防止襯砌砼出現(xiàn)裂縫4.防止中暑5.合理安排高溫作業(yè)時(shí)間6.加強(qiáng)健康管理三、防止高地溫襯砌混凝土裂縫措施⒈為了防止高溫時(shí)的強(qiáng)度降低，應(yīng)選定合適的水灰比，并考慮到對(duì)溫泉水的耐久性，宜采用高爐礦渣水泥。砼配合比和摻合劑應(yīng)作試驗(yàn)優(yōu)選。⒉在防水板和砼襯砌之間設(shè)置隔熱材料，可隔斷從巖體傳播來(lái)的熱量，使砼內(nèi)的溫度應(yīng)力降低。⒊把一般襯砌砼的澆筑長(zhǎng)度適當(dāng)縮短。⒋把防水板和無(wú)紡布組合成緩沖材料，由于與噴射砼隔離，因此，砼襯砌的收縮可不受到約束。⒌適當(dāng)設(shè)置裂縫誘發(fā)縫，一般在兩拱腳延長(zhǎng)方向設(shè)置。四、中暑癥的防治措施⒈熱痙攣：癥狀：作業(yè)中和作業(yè)后，發(fā)作性肌肉痙攣和疼痛。對(duì)此癥應(yīng)采取充分地?cái)z入水和鹽類予以緩解癥狀。⒉熱虛脫：癥狀：血壓降低、速脈、小脈、頭暈、嘔吐、皮膚蒼白、體溫輕度上升。采取的措施是，循環(huán)器官有異常的人員嚴(yán)禁參加施工。對(duì)有癥狀者增加補(bǔ)水次數(shù)，并在陰涼處?kù)o臥休息。⒊熱射癥：癥狀：體溫高、興奮、乏力和皮膚干燥等。采取的措施，對(duì)高溫不適應(yīng)者應(yīng)避免在洞內(nèi)作重體力勞動(dòng)。在高溫施工地段采用冷水噴霧等方法降溫，必要時(shí)對(duì)患者可采取醫(yī)療急救處置。12.8塌方（坍方）一、發(fā)生坍方的主要原因1.不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件①隧道穿過(guò)斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段；通過(guò)各種堆積體；在軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育或泥質(zhì)充填物過(guò)多地段。②隧道穿越地層覆蓋過(guò)薄地段。③水是造成坍方的重要原因之一。2.隧道設(shè)計(jì)考慮不周

①隧道選定位置時(shí)，地質(zhì)調(diào)查不細(xì)，未能作詳細(xì)的分析，或未能查明可能坍方的因素，沒(méi)有繞開(kāi)可以繞避的不良地質(zhì)地段。②缺乏詳細(xì)的的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，引起施工指導(dǎo)或施工方案的失誤。

3.施工方法和措施不當(dāng)

①施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)；地質(zhì)條件發(fā)生變化，沒(méi)有及時(shí)改變施工方法；工序間距安排不當(dāng)；施工支護(hù)不及時(shí)，支撐架立不合要求，或抽換不當(dāng)“先拆后支”；地層暴露過(guò)久，引起圍巖松動(dòng)、風(fēng)化、導(dǎo)致坍方。②噴錨支護(hù)不及時(shí)，噴射混凝土的質(zhì)量、厚度不符合要求。③新奧法施工的隧道，沒(méi)有按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)，或信息反饋不及時(shí)，決策失誤、措施不力。④圍巖爆破用藥量過(guò)多，因震動(dòng)引起坍塌。⑤對(duì)危石檢查不重視、不及時(shí)，處理危石措施不當(dāng)，引起巖層坍塌。二、預(yù)防坍方的施工措施(1)隧道施工預(yù)防坍方，選擇安全合理的施工方法和措施至關(guān)重要。應(yīng)