隧道不良地質(zhì)條件施工

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1、不良地質(zhì)條件隧道施工主講人仇文革教授2010年7月不良地質(zhì)種類及施工一般原則富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r、膨脹性和擠壓性圍巖、巖溶地質(zhì)、高地應(yīng)力硬巖地質(zhì)（巖爆）隧道施工坍方的處理措施主要內(nèi)容不良地質(zhì)中隧道施工的一般原則：充分利用各種手段和方法，盡可能準(zhǔn)確掌握不良地質(zhì)的情況；根據(jù)掌握的不良地質(zhì)情況，制定相應(yīng)的施工方案和處理措施；隨著施工揭露地質(zhì)，并根據(jù)施工安全性和支護(hù)措施的效果，及時修正設(shè)計(jì)，保證施工安全和隧道質(zhì)量。不良地質(zhì)條件施工一般原則在隧道施工中，往往會遇到斷層破碎帶、富水軟巖及大量涌水地段，這些地段往往不是單

2、獨(dú)出現(xiàn)，不少情況是同時存在的。因此三者之間既有聯(lián)系，又各有特點(diǎn)，其施工措施也是既有共性，又各有側(cè)重。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況斷層破碎帶是常見的不良地質(zhì)段，斷層帶內(nèi)巖體破碎，呈塊石、破碎或角礫狀，甚至呈斷層泥，巖體強(qiáng)度低，圍巖自穩(wěn)能力差，施工困難。其施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動性以及隧道軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系等因素。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（一）斷層破碎帶隧道軸線接近于垂直構(gòu)造線方向時，斷層規(guī)模較小，破碎帶不寬，且含水量較小時，條件比較有利可隨挖隨撐。當(dāng)隧道軸

3、線斜交或者平行于構(gòu)造方向時，則隧道穿過破碎帶的長度增大，施工難度大。見下頁圖。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（一）斷層破碎帶富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（一）斷層破碎帶隧道中線與斷層帶的位置富水軟巖是指各類土質(zhì)、軟巖、極嚴(yán)重的風(fēng)化的各種巖層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層，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。施工難度極大，俗稱“爛洞子”。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（二）富水軟巖大量涌水也是常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在雨量充沛和地下水豐富的地區(qū)，隧道穿過斷層破碎帶、裂隙密集帶、不同巖層接觸帶或巖溶發(fā)育地段時，施

4、工中往往會發(fā)生地下水和承壓水大量涌出的現(xiàn)象。典型隧道：渝懷線圓梁山隧道、蘭武線烏鞘嶺隧道。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（三）大量涌水富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r概況（三）大量涌水烏鞘嶺隧道7號斜井洞內(nèi)涌水對于富水軟弱破碎圍巖隧道，設(shè)計(jì)一般根據(jù)地表探測和少量的地質(zhì)鉆孔，來推斷地下深處的隧道地質(zhì)條件，往往與實(shí)際地質(zhì)條件存在差異。因此，準(zhǔn)確預(yù)報施工掌子面前方的地質(zhì)條件就非常必要，應(yīng)把地質(zhì)超前預(yù)報作為一個工序納入生產(chǎn)過程。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（一）超前地質(zhì)預(yù)報地質(zhì)預(yù)報方法主要有：鉆孔超前探測；超前地質(zhì)導(dǎo)坑；地震波、聲波、地質(zhì)雷達(dá)等

5、物理探測。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（一）超前地質(zhì)預(yù)報重點(diǎn)預(yù)報內(nèi)容：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；地下水活動情況等。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（一）超前地質(zhì)預(yù)報地下水處理原則：以堵截為主，排引為輔。堵截地下水方法：一類是整個富水段注漿止水，加固圍巖，相當(dāng)于提高圍巖等級；如深孔劈裂、擠壓注漿。一類沿隧道開挖輪廓線以外進(jìn)行環(huán)形注漿，形成止水帷幕，防止或減少地下水進(jìn)入開挖面；如淺孔注漿、管棚注漿、小導(dǎo)管注漿等。排水輔助措施：導(dǎo)坑、鉆孔；目的是排水降壓。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（

6、二）注漿堵水并加固圍巖雖地層經(jīng)注漿加固，為確保施工安全，一般在開挖前采用超前支護(hù)，如超前錨桿、超前小導(dǎo)管等；地下水較大的隧道，開挖前采取排水降壓措施，排水主要采用鉆孔，鉆孔深度應(yīng)超出注漿范圍。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（三）開挖及支護(hù)開挖方法視圍巖穩(wěn)定情況，有：臺階法、正臺階預(yù)留核心土開挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。開挖手段有兩種：一是非爆破開挖，如十字鎬、風(fēng)鎬或小型挖裝機(jī)開挖；二是控制爆破，如松動爆破、微振動爆破。目的是盡可能減少開挖對圍巖的擾動。富水?dāng)鄬悠扑閲鷰r施工（三）開挖及支護(hù)概念：膨脹巖是指土中粘土礦物成分主

7、要由親水性礦物組成，同時具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性且具有濕脹干縮往復(fù)變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物質(zhì)主要是蒙脫石粘土礦物。膨脹巖及其對隧道施工的影響（一）膨脹巖概念膨脹巖判別標(biāo)準(zhǔn)：一是間接反應(yīng)巖石膨脹指標(biāo)；二是定量反應(yīng)巖石膨脹力學(xué)指標(biāo)。膨脹巖和擠壓性圍巖（一）膨脹巖概念項(xiàng)目指標(biāo)極限膨脹力（Pmax）＞100kPa極限膨脹率（ρmax）＞3%干燥飽和吸水率（Rdw）＞10%自由膨脹率（Fs）＞30%礦物質(zhì)成分（蒙脫石、伊利石含量）≥15%膨脹巖分級：按膨脹性的大小進(jìn)行分級。膨脹巖

8、和擠壓性圍巖（一）膨脹巖概念項(xiàng)目極限膨脹力(kPa)極限膨脹率(%)干燥飽和吸水率(%)自由膨脹率(%)弱膨脹巖100~3003~1510~3030~50中膨脹巖300~50015~3030~5050~70強(qiáng)膨脹巖＞500＞30＞50＞70由于膨脹性巖層所具有的特征，在隧道開挖后不久即產(chǎn)生膨脹性壓力，往往發(fā)生如下一些現(xiàn)象：風(fēng)化迅速，挖出的土石塊很快酥散；坑道頂部及兩側(cè)常被擠壓，底部隆起；隨著時間的增長，支撐、襯砌往往發(fā)生嚴(yán)重的變形或破壞。膨