不良地质隧道施工

不良地质隧道处理方案设计

学院：土木与交通学院

班级：地下建筑13-1班

组员： 1309170113

1309170105

1309170102

13091701

130917101

指导教师：

目录

1. 前言 (1)

2. 松散性围岩 (1)

3. 膨胀性围岩 (1)

3.1膨胀土围岩的特性 (2)

3.2膨胀土围岩对隧道施工的危害 (2)

3.3膨胀土围岩的隧道施工要点 (2)

4.流沙地质 (3)

5.岩溶地质 (4)

5.1溶洞对隧道施工的影响 (4)

5.2隧道遇到溶洞的处理措施 (4)

6.高地应力硬岩（岩爆）地质 (5)

7.煤系地层 (5)

7.1瓦斯的性质 (6)

7.2瓦斯放出的类型 (6)

7.3防止瓦斯事故的措施 (6)

8.隧道施工坍方 (7)

8.1隧道塌方的原因分析 (7)

8.2预防坍塌的措施 (7)

8.3坍塌处理方法 (8)

1.前言

隧道施工中不良地质条件通常是指施工环境周围存在着断层发育、岩体破碎、地质发生异变及含水量与最优含水量的偏差较大等情况。常见的不良地质有膨胀性围岩、岩爆、塌方等。不良和特殊地质地段隧道施工的一般原则是：（1）充分利用各种手段和方法，尽可能准确掌握不良地质情况。（2）根据掌握的不良地质情况，制定相应的施工方案及处理措施。（3）随着施工揭露地质，并根据施工安全性和支护措施的效果，及时修正设计，保证施工安全和隧道质量。

2.松散性围岩

松散地层结构松散，胶结性弱，稳定性差，在施工中极易发生坍塌。如极度风化破碎已失岩性的松散体；漂卵石地层、砂夹砾石和含有少量粘土的土壤以及无胶结松散的干沙等。隧道穿过这类地层，应减少对围岩的扰动，必须先超前支护强行增加围岩的整体性，开挖后及时钢支撑锚喷封闭，同时做好控制地下水等措施。下面简述几种主要施工方法：

1、超前支护

隧道开挖前，先向围岩内打入钎、管、板等构件，用以预先支护围岩，防止坑道掘进时岩体发生坍塌。

1）超前锚杆或超前小钢管：采用这种方法是爆破前，将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。超前铺杆宜采用早强型砂浆锚杆，以尽早发挥超前支护作用。

2）超前管棚法：此法适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常散软、破碎的土壤，钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时，管棚长度应按地质情况选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度，可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，在其防护下施工。

2、超前小导管预注浆

超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。它既能将洞周围岩体预加固，又能起超前预支护作用。此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵（砾）石层等松散地层施工。

3、降水、堵水、排水

在松散地层中含水，对隧道施工的危害极大。排除施工部位的地下水，有利于施工。降水、堵水的方法较多，如降水可在洞内或辅助坑道内井点降水。在埋深较浅的隧道中，可用深井泵降水，在洞外地面隧道两侧布点进行。允许衬砌背后设置超量排水管将水排至中心排水沟。

4、开挖方法一般采用台阶法、CD法及侧壁导坑法。施工中必须短进尺、弱爆破、强支护。开挖循环进尺宜为50~100cm。

3.膨胀性围岩

膨胀土系指土中粘土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复变形的高塑性粘性土。决

定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。穿过膨胀土地层的隧道，常常可以见到开挖后不久围岩因开挖而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入，底部膨起，随着时间的增长导致围岩失稳，支撑、衬砌变形和破坏。

3.1膨胀土围岩的特性

1）膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力。当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。

2）膨胀土中有各种形态发育的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。

3）膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。一是使主体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。

3.2膨胀土围岩对隧道施工的危害

1）围岩裂缝：隧道开挖后，由于开挖面上主体原始应力释放产生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大。沿围岩周边产生裂缝，尤其在拱部围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。

2）坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，而产生坑道下沉变形。坑道的下沉，往往造成支撑变形、失效，进而引起主体坍塌等现象。

3）围岩膨胀突出和坍塌：膨胀土开挖过程中或开挖后。围岩产生膨胀土变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。在土体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。

4）底膨：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又无支护体约束的条件下，由于应力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀。因而造成洞底围岩膨出变形。

3.3膨胀土围岩的隧道施工要点

1）加强调查、量测围岩的压力和流变

在膨胀土地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提出的技术要求外，在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探明分布范围及规律，了解水对施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。如原设计难以适应围岩动态情况，也可据此作适当修正。

2）合理选择施工方法

膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因。采用理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。因此，在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法。如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时