特殊地质地段隧道开挖—黄土27页PPT
特殊地质条件下隧道开挖技术
特殊地质条件下隧道开挖技术五公司 姜子良 王宝臣 张志伟一、 工程概况经棚隧道是国道306线经棚陈家营子段的控制工程，隧道全长290m ，其中明挖段进出口各有60m ＋20m ，暗挖段210m 。
经棚隧道出口端120m 的洞身处于风积砂－强风化－弱风化岩层的交接面上，即隧道开挖面的左侧拱腰部至面侧拱脚为风积砂，向下分别为强风化花岗岩（Ⅱ－Ⅲ类），弱风化花岗岩（Ⅲ－Ⅳ类），风积砂主要为粉细砂，稍湿，厚度20m ～ 40m ，直至地表，砂中粘土含量小于50%，未胶结，自稳性极差，隧道下部5～7m 范围内为弱风化花岗岩，岩石硬度大，岩体完整，结理不发育，非爆破段难以开挖。
二、 施工方案比选针对经棚隧道出口端上软下硬的特殊地质情况，我们明确了采用拱部大管棚超前支护，人工开挖，风镐开挖与爆破相结合，全断面格栅喷射砼初期支护的基本方案。
但在开挖的顺序及施工工艺的确定上，我们提出了三种方案进行比选，具体如下：1、按原设计进行侧壁导坑法施工。
本方案是在原地勘隧道为风积砂地质条件下的开挖方式，其做法是先进行隧道拱脚以下两侧壁的开挖，然后拱部，然后核心土，完成开挖。
其优点是开挖安全能够保证，较为稳妥，缺点是侧壁导坑的成洞需靠爆破手段，工序繁多，人力物力投入大，施工速度慢，侧壁导坑法的施工流程如下：①侧壁导坑爆破→②侧壁导坑支护→③施作拱部大管棚超前支护→④拱部开挖→⑤拱部支护→⑥核心土开挖→⑦全断面衬砌。
2、全断面法开挖本开挖方法一般在石质隧道中使用，利用光爆技术一次成洞，整体衬砌，其优点是常规，快速，但此方案最大的缺点是震动力太大，对拱部砂层的扰动巨大，拱部容易坍塌，漏顶，其工艺流程如下：①拱部大管棚超前支护→②全断面爆破→③全断面支护→④衬砌3、先拱后墙上下导坑法开挖（正台阶法）此方案是先开挖拱部上导坑，随后自上而下逐步支护，直至成洞，其优点是拱部砂层开挖后可及时支护，防止坍塌，成功的把握较大，缺点是向下的逐次开挖爆破会对拱部砂层进行扰动，如初期支护强度不足或压力过大，亦容易引起坍方，其工艺流程如下：①拱部大管棚超前支护→②人工开挖拱部→③拱部支护→④下导坑开挖→⑤下导坑支护→⑥全断面衬砌。
关于黄土隧道施工过程中需注意的问题分析
关于黄土隧道施工过程中需注意的问题分析黄土隧道是指位于黄土地带中的地下隧道工程，由于黄土的特殊性质和地质条件，黄土隧道的施工过程中存在着许多需要注意的问题。
下面就对黄土隧道施工过程中需注意的问题进行分析。
黄土隧道施工中需要注意的问题是黄土地层的力学性质。
黄土属于非饱和土，其力学性质复杂，隧道开挖中黄土的稳定性是首要考虑的问题。
黄土中含有较高的含水量，且黄土颗粒较大，易发生沉陷和塌陷。
在隧道开挖过程中，需要根据实际情况采用合适的支护和加固措施，保证施工安全。
黄土隧道施工中需注意的问题是隧道围岩的稳定性。
黄土属于软弱土，围岩的稳定性容易受到影响，隧道的开挖和支护对围岩的稳定性有着直接影响。
在进行隧道开挖时，需要对黄土地层进行详细的地质勘察和力学性质试验，以确定合理的开挖方案和支护措施，保证隧道围岩的稳定性。
黄土隧道施工中需注意的问题是地下水的排水和防渗。
黄土地层中的地下水含量较高，对隧道的施工和运营都会带来一定的影响。
在隧道开挖过程中，需要采取有效的地下水排水措施，避免地下水对施工造成干扰。
隧道的防渗措施也需要得到重视，避免地下水对隧道的运行安全产生影响。
黄土隧道施工中还需要注意的问题是施工工艺和设备选择。
黄土地质条件复杂，施工过程中需要根据实际情况选择合适的施工工艺和设备。
尤其是在黄土隧道的盾构施工中，需要根据地质情况和隧道要求选择合适的盾构机，并严格控制施工参数，确保施工质量和安全。
黄土隧道施工中还需要注意的问题是环境保护和灾害防范。
黄土地区属于生态脆弱地区，隧道施工在一定程度上会对周边环境产生影响。
在施工过程中需要严格遵守环保法律法规，采取有效的环保措施，减少对周边环境的影响。
黄土地区易发生滑坡、泥石流等地质灾害，隧道施工需要进行灾害防范规划和措施，确保施工安全。
黄土隧道施工中需要注意的问题主要包括黄土地层的力学性质、围岩的稳定性、地下水排水和防渗、施工工艺和设备选择，以及环境保护和灾害防范等方面。
特殊地质地段隧道施工
⑷绕
• 若溶洞处理耗时，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 ⑴ 多做物探超前预报，如地质雷达。 ⑵ 穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危
石。 ⑶ 严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。
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。
⑵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。
⑶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！
2. 岩爆的防治措施
⑴ 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。 ⑵ 弱化围岩 ◆方法：
面坍塌。
北京地铁10号线工程苏州街车站东南出入口发生塌方事故
路面塌陷情况
事故处理
北京西单路口路面塌陷
盾构施工引起地表塌陷
隧道推进引起地表发生塌陷破坏
法国某地铁施工事故
广州地铁三号线滑坡事故(2004年4月)
某地下通道施工挖断消防栓水柱喷出
成都水管爆裂
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。从二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自然爆管，可见水管 爆裂的后果是非常严重的。
见 图6-21。
⑶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)。
特殊地质地段隧道开挖—黄土
黄土地层对隧道施工的影响主要有：
（1）黄土节理：在红棕色或深褐色的古土壤黄土层，常具有各方向的构造 黄土节理：在红棕色或深褐色的古土壤黄土层， 节理，有的原生节理呈X型，成对出现，并有一定延续性。在隧道开挖时， 节理，有的原生节理呈X 成对出现，并有一定延续性。在隧道开挖时， 土体容易顺着节理张松或剪断。如果这种地层位于坑道顶部， 土体容易顺着节理张松或剪断。如果这种地层位于坑道顶部，则极易产生 塌顶” 如果位于侧壁，则普遍出现侧壁掉土，若施工时处理不当， “塌顶”。如果位于侧壁，则普遍出现侧壁掉土，若施工时处理不当，常会 引起较大的坍塌。 引起较大的坍塌。 • （2）黄土冲沟地段：隧道在黄土冲沟或塬边地段施工时，当隧道在较长的 黄土冲沟地段：隧道在黄土冲沟或塬边地段施工时， 范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下， 范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发 生较大的坍塌或滑坡现象。 生较大的坍塌或滑坡现象。 • （3）黄土溶洞与陷穴：黄土溶洞与陷穴，是黄土地区经常见到的不良地质 黄土溶洞与陷穴：黄土溶洞与陷穴， 现象，隧道若修建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方， 现象，隧道若修建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方， 常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压。 常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压。 • （4）水对黄土隧道施工的影响；在含有地下水的黄土层中修建隧道，由于 水对黄土隧道施工的影响；在含有地下水的黄土层中修建隧道， 黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。当其受水浸湿后， 黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。当其受水浸湿后， 呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象， 呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳 能力，如果支护措施满足不了变化后的情况，极容易造成坍塌。 能力，如果支护措施满足不了变化后的情况，极容易造成坍塌。 •
隧道施工培训PPT幻灯片
⑤
3~5 m
3~5 m
⑥
3~5 m
3~5 m
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二 隧道开挖方法 开挖方法—双侧壁导坑法
该工法是先开挖隧道两侧导坑，及时施作导坑四周初期支护 及临时支护，然后再根据地质条件、断面大小，对剩余部分 采用二部或三部开挖的方法
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三 初期支护
初期支护主要包含： 1. 湿喷混凝土 2. 锚杆支护 3. 钢筋网 4. 钢拱架 5. 超前小导管/管棚
道塌方的前提。2、通过合理的选择各种参数严格控制装药量，合理的
炮眼布置、爆破器材，利用围岩的抗拉强度远小于抗压强度这一特征，
在隧道周边实行“密眼小爆破”的技术，使隧道周边形成规则的轮廓线
，并尽可能使轮廓线以外的岩石少受扰动，保持围岩的自身强度。3、
良好的初期支护和超前预支护是预防塌方的有效手段。4、监控量测是
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二 隧道开挖方法
④隧道施工安全意识淡薄，防塌意识不强。
开挖方法—交叉中隔壁法（CRD法） 2、初期支护局部侵限未检测到，发现有侵限情况后未及时处理。
另外，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数。
该作业台架便于不同断面的隧道作业， 既方便又安全。
引 遇到地下暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。
该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初 措施：严格按照设计要求进行安装。
三 洞口坍塌 ②爆破施工作业不合理，光面爆破效果差。
措施：检查现场检查，术，强化现场文明施工及标准化工地建设，给隧道施工提供一个良好的施工环境。 运用较多的锚杆主要包含砂浆锚杆、中空注浆锚杆和自进式锚杆三种形式
四 开挖 1、安装环向、纵向排水盲管土工布包裹严密，安装牢固，线形按顺坡方向顺直。
2、通过合理的选择各种参数严格控制装药量，合理的炮①眼布置、爆破器材，利用围岩的抗拉强度远小于抗压强度这一特征，在隧道周 边实行“密眼小爆破”的技术，使隧道周边形成规则的轮廓线，并尽可能使轮廓线以外的岩石少受扰动，保持围岩的自身强度。
隧道工程不良地质隧道施工
黄土节理
褐色古土壤黄 土层，有一定
坑道顶部极易产生“塌顶”；位于 侧壁出现侧壁掉土，处理不当会引
延续性
起较大坍塌
黄土冲沟 地段
较大范围内平 行走向，且埋 深较小
当隧道在较长范围内沿着冲沟或塬 边平行走向，而覆盖较薄或偏压很 大时，易发生较大的坍塌或滑坡。
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影响因素
特征
潜在危险
隧道在其上方，基础有下沉的危 黄土溶洞 常见的一种不 害；隧道在其下方，常发生冒顶；
（四）合理进行围岩支护
喷锚支护，稳定围岩。 衬砌结构及早封闭。
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膨胀岩和挤压性围岩隧道设计 柔性结构设计
先行导坑法。通过围岩释放部分初始应力。 多重支护法。 可缩式支护方法。先刚性支护。可缩式锚杆、钢架。 分阶段综合控制。大刚度支护和衬砌；大范围围岩加固。
刚性结构设计
大刚度支护和衬砌。 大范围围岩加固。
围岩普遍开裂 洞室下沉 围岩膨胀突出和坍塌 隧道底部隆起 衬砌变形和破坏
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挤压性围岩
（（一一））挤概压念岩概念
挤压性围岩是高地应力作用下的软岩。挤压性软弱围岩在高地应力作 用下发生挤压大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响，还与 初始应力场状况及工程因素有关 。
（二）挤压性围岩隧道变形特征
地层时代 全新世 晚更新世 中更新世 早更新世
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常用名称 新黄土 新黄土 老黄土 老黄土
黄土按其物理性质分：
分类名称 黄土质粘砂土 黄土质砂粘土 黄土质粘土
塑性指数 1＜IP≤7 7＜IP≤17 17＜IP
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（二）黄土地层对隧道施工的影响
影响因素
隧道开挖施工方案#岩溶特殊地质#施工要点讲述#案例分析#图片说明
齐岳山隧道平导PDK364+005绕行方案
（2）堵：
对于已经停止发育，跨径比较小的无水的溶洞，可以 根据其余隧道相交的位置及填充情况，采用混凝土、浆砌 片石或干砌片石予以回填封闭。或加强边墙基础，加固隧 道底部。当隧道拱顶有溶洞时，可视溶洞岩石的破碎程度 在溶洞顶部采用锚杆或钢筋网喷锚加固，必要的时候可以 考虑注浆，并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理。
岩溶的形态
漏斗
岩溶的形态
溶蚀洼地
岩溶的形态
落水洞
岩溶的形态
坡立谷
岩溶的形态
广西英西峰林
江西三清 山
天 子 山
云南石林
岩溶的形态
干谷
岩溶的形态
溶洞
岩溶的形态
暗河
1.熔岩特殊地质形态及其基本特征
1.2熔岩的地质特征
1.熔岩呈多层结构，部分溶、土共存. 2.溶洞形态在剖面上整体为扁平状、局部呈犬牙交错的不规 则状，也有 溶、土洞相连接沟通. 3.大多数溶洞均有从顶部坍塌的堆填物，既有粘性土，也有 硅质岩、灰岩角或 碎块，由于受地下水浸泡，土质极为松软。大多数溶洞未填， 或受数溶洞半充填 有灰色淤泥质土，硅质粘性土及岩块。 4.有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂，范围宽广。
1.熔岩特殊地质形态及其基本特征
1.1熔岩的基本概念
岩溶的形态:
由于溶蚀作用和由此引起的机械冲刷坍陷等作用共的的结 果，在地表与地下形成的奇特地形形态有十几种。如：
1.溶沟和石芽 2.溶蚀裂隙
3.漏斗
4.溶蚀洼地5.落Leabharlann 洞6.坡立谷7.峰林
8.干谷
9.溶洞
10.暗河
岩溶的形态
溶沟
岩溶的形态
石笌
特殊地质概述
特殊地质概述在隧道施工过程中常遇到一些不利于施工的特殊地质地段，如膨胀土围岩、黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、瓦斯、煤与瓦斯突出、岩爆等。
隧道在开挖、支护和衬砌过程中，由于各种因素的影响可能发生土石坍塌、坑道支撑变形、衬砌结构断裂等情况，严重影响施工进度、安全和质量。
隧道穿越含有瓦斯的地层、具有煤与瓦斯突出危险性的煤系地层和具有岩爆危险性的地层时，可能发生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出和岩爆等事故，更严重地威胁着施工安全。
隧道通过特殊地质地段施工时应注意以下几点：（1）施工前应对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，深入细致地作施工调查，制订相应的施工方案和措施，配备相应的技术管理人员，备足有关机具及材料，认真编制和实施施工组织设计，使工程达到安全、优质、高效的目的。
反之，即便地质并非不良，也会因准备不足、施工方法不当或措施不力导致施工事故，延误施工进度。
（2）特殊地质地段隧道施工，以“先治水（抽排瓦斯、消除煤与瓦斯突出危险性、消除岩爆危险性）、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。
在选择和确定施工方案时，应以安全为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期和经济的可行性等因素而定。
同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。
（3）施工前首先要做好隧道施工过程中的超前地质预测预报工作（物探、钻探及超前炮孔探测），探明有突水（瓦斯、煤与瓦斯突出、岩爆）可能的施工地段，应编制防治水（瓦斯、煤与瓦斯突出、岩爆）专项施工方案，实施超前排放水（超前排放瓦斯、超前防突措施消除突出危险、超前卸压措施消除岩爆危险），严防突水（瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、岩爆）事故发生。
（4）采用新奥法施工。
为了掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全，应实施现场监控量测，充分利用监控量测指导施工。