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不良和特殊地质地段施工措施在修筑隧道中,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、岩爆等在开挖、支护和衬砌过程中,由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌,坑道受压支撑变形,衬砌结构断裂和各种特殊施工问题,严重影响施工进度、安全和质量隧道穿越含有瓦斯的地层,更严重地威胁着施工安全本章将讲述一些在特殊地质条件下进行隧道施工时应掌握的基本加识、采取相应的施工办法和防范措施.隧道通过特殊地质地段施工时应注意以下几点⑴施工前应对设汁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,制订相应的施工方法和措施,备足有关机具材料,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,施上方法不当或者措施不力导致施工事故,延误施工进度⑵特殊地质地段隧道施工,以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则隧道选择施工方法(包括开挖及支护)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、断面型式、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⑶隧道开挖方式,无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法,还是采用人工和机械混合开挖法,应视地质、环境、安全等条件合理选用如用钻爆法施工时,光面爆破和预裂爆破技术,既能使开挖轮廓线符合设计要求,又能减少对围岩的扰动破坏爆破应严格按照钻爆设计进行施工,如遇地质变化应及时修改完善设计.⑷隧道通过自稳时间短的软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶流泥地段、砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带以及大面积淋水或者涌水地段时,为保证洞体稳定可采用超前锚杆、超前小钢管、管棚、地表预加固地层和围岩预注浆等辅助施工措施,对地层进行预加固、超前支护或者止水⑸采用新奥法施工的隧道,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对软岩浅埋隧道须进行地表下沉观测,这对及时预报洞体稳定状态,修正施工都十分重要⑹特殊地质地段隧道,除大面积淋水地段、流沙地段,穿过未胶结松散地层和寒冷地区的冻胀地层等,施工时应采取相应的措施外,均可采用锚喷支护施工爆破后如开挖工作面有坍塌可能时,应在清除危石后及时喷射混凝土护面如围岩自稳性很差,开挖难以成形,可沿设计开挖轮廓线预打设超前锚杆锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时应及早装设钢架支撑加强支护.⑺当采用构件支撑作暂时支护时,支撑要有足够的强度和刚度,能承受开挖后的围岩压隧道穿过断层地段,施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系(正交、斜交或者平行)此外与施工过程中对围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等,均有很大关系当隧道轴线接近于垂直构造线方向时,断层规模较小,破碎带不宽,且含水量较小时,条件比较有利,可随挖随撑但当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时,则隧道穿过破碎带的长度增大,并有强大侧压力,应加强加墙衬砌,及时封闭隧道轴线接近乖直构造线方向6o2断层地带隧道施工步骤6o
2.1探明断层地带情况施工前,切实掌握所遇断层带的所有情况当断层破碎带的宽度较大,破坏程度严重,碎带的充填物情况复杂,且有较多地下水时,应在隧道一侧或者两侧开挖调查导坑.利用调查导坑详细测绘地质状况后,应及时做好封闭衬砌;调查导坑穿过断层后,宜在较好的岩层中掘进一段距离再转入正洞,开辟新的工作面,以加快施工进度如没有平行导坑时,可超前于正洞,预先了解正洞断层的实际地质情况,并有利于排水.
6.2o2选择合理施工方法在断层带施工,应根据有关施工技术与机具设备条件,进度要求,材料供给等,谨慎选择通过断层地段的施工方法断层地段浮现大量涌水,则宜采取排堵结合的管理措施.
6.
2.3施工注意事项⑴防排水作业
①如断层带地下水是由地表水补给时,应在地表设置截排系统引排.对断层承压水,应在每一个掘进循环中,向巷道前进方向钻凿不小于2个超前钻孔,其深度宜在4m以上,以探明地下水的情况;
②随工作面的向前推进挖好排水沟,并根据岩质情况,必要时加以铺砌.如为反坡掘进,则除应准备足够的抽水设备外,并应安排适当的集水坑;
③坑壁或者坑顶有水流出时,应凿眼安置套管集中引排,使其不漫流.⑵施工工序通过断层带的各施工工序之间的距离宜尽量缩短,并尽快地使全断面衬砌封闭,以减少岩层的暴露,松动和地压增大;⑶开挖作业
①采用爆破法掘进时围岩的震动;应严格掌握炮眼数量、深度及装药量原则上应尽量减小爆破对围岩的扰动
②采用分部开挖法时,其下部开挖宜摆布两侧交替作业.如遇两侧软硬不同时,应用偏槽法开挖,按先软后硬顺序交织进行⑷支护作业
①断层地带的支护应宁强勿弱,并应时常检查加固;
②在断层地带中,开挖面要即将喷射一层混凝土,并架设有足够强度的钢架支撑;⑸衬砌作业
①衬砌应紧跟开挖面;
②衬砌断面应及早封闭7隧道施工塌方的预防措施断层破碎带岩体破碎,一经开挖,潜在应力释放,围岩失稳,就会造成塌方,此外,裂隙特殊发育的地段,挤压破碎带、软弱岩脉穿插带等破碎结构地层中,相互挤压的岩块在开挖后也会失稳,岩层软弱相间的地层、有软弱夹层的围岩,在地下水作用下会使开挖后的岩面强度大大降低而引起塌方.隧道施工预防坍方首先要做好地质预报工作,掌握地质情况,选择安全、合理的施工方法和制定可靠的保证措施在施工过程中要做到以下几点先排水:在施工前和施工中都要采取相应的防排水措施,尽可能将隧道外之水堵截于隧道之外,特殊是软弱岩层和岩石破碎地段短开挖:短进尺各部开挖工序间的距离要尽量缩短,以减少围岩暴露时间弱爆破破碎岩层尽量用风镐等人工开挖,必须爆破时,要用浅眼、密眼,并严格控制用药量.快、强支护每步开挖后要及时进行初期支护,针对地压情况,确保支护结构有足够的强度快衬砌:衬砌工作须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成环.勤检查、勤量测加密监控量测频率,发现围岩变形或者异状,即将采取有效措施及时处理隐患8突水和涌泥的预防施工要做好超前地质预报,对可能发生涌水的地段采用TSP-203测试仪测试和进行超前地质钻探,根据钻探结果,判明涌水情况对于洞内涌水能堵者堵,或者用泄水孔进行排水“堵〃主要采用注浆堵水封堵裂隙、隔离水源、阻塞水点,以减少洞内涌水量,改善施工条件对于不间断涌水可采用超前帷幕注浆的形式进行管理浆液采用普通水泥、超细水泥或者化学浆液要根据实际情况选择注浆材料及合适的注浆工艺,对于可能发生突水的地段,采用超前钻孔探测,确定后用超前高压注浆止水.在大裂隙岩溶岩地层和大量涌水的条件下,单纯注浆要耗费大量浆液,为节省浆液材料可先压注砂、砾石、岩屑等,利用这些材料充填过水通道,缩小过水断面,增加浆液流动阻力,防止跑浆.当洞内发生突水、突泥灾害时,可采取以下步骤处理利用工作面现有的钻孔台架同时搭设钢管脚手架,安装大口径钢管,对出水进行初步归流,使大部份涌水沿导流管排出;在工作面施做止浆墙,考虑到工作面处出水口未从导流管流出的散水较多,止浆墙施工时泥浆水等会流入混凝土内,会降低混凝土质量,止浆墙可分两段施工第一段浇筑起归流作用,第二段浇筑起堵水作用;为便于施工,在止浆墙混凝土浇筑的同时,可在涌水部位设暂时集水槽以汇集未从导流管流出的散水,并设引流钢管将水引出止浆墙外;超前帷幕注浆堵水,根据涌水量、水压等情况综合确定注浆孔布置,注浆方式可视情况采用孔□管前进式注浆或者止浆塞后退式注浆,其余注浆施工有关参数基本同前述突发涌水处理具体见图1“突发涌水处理示意图〃图1突发涌水处理示意图9溶洞地段隧道施工处治方法在施工中采用TSP-203超前地质预报技术随时探明溶洞的位置、大小与路线的相对关系等情况,以便采取防范措施,以策施工安全根据大量隧道岩溶处理的工程实践,岩溶处理遵循“因地制宜,以疏为主、堵排结合”的原则进行处理针对施工过程中可能会遇到的岩溶孔洞和岩溶裂隙水、岩溶高压突水突泥等地质灾害问题,采取如下施工方法及技术措施
9.1岩溶水引排措施根据超前钻孔和地质雷达及红外线探水等多种地质手段探测,探明隧道周围暗河和溶洞及溶管的发育方向,对于流动路径比较明确的暗河和溶洞及溶管水,如确系隧道将溶管截断,可以通过在拱顶、边墙或者底部适当部位增加辅助通道将暗河和溶洞及溶管连通开设过水通道,不改变地下水总的流动趋势,将水引至隧道开挖轮廓断面以外9o2超前钻孔探水为了更好地了解隧道开挖工作面前方地质情况对大型溶洞需进行超前地质预报.
9.3岩溶水注浆堵水措施岩溶处理主要以注浆加固、封堵、充填封闭、疏导、跨越等措施,施工时根据不同的岩溶形态、规模、充填物情况、含水情况和地下水活动情况、地质情况等综合确定处理方案.其中注浆方式包括超前帷幕注浆、径向注浆、局部注浆、补注浆等四种方式.
9.4超前帷幕注浆封堵适应范围超前帷幕注浆合用于溶洞规模较大、内部充填了大量的泥沙,且含有丰富的地下水或者富水的断裂带,一旦揭穿可能发生大规模突水突泥的情况注浆范围及方式:注浆加固的范围为隧道开挖轮廓线以外1〜2倍洞径,每循环注浆段长30%孔径90~180nlin注浆压力为水压力的2〜3倍,浆液扩散半径为2m根据注浆压力,第一循环混凝土止浆墙为2m厚注浆方式可根据水压大小、成孔难易程度,采取袖阀管后退式或者孔口管分段前进式注浆注浆材料可根据溶洞内充填物的情况选用水泥浆、TGRM浆、HSC浆等注浆后检验注浆效果,当达到开挖效果时,每循环开挖22m留8m作为止浆墙如开挖后存在薄弱部位采用长管或者短管进行局部补充注浆(补注浆)超前帷幕注浆封堵具体做法见图2”超前帷幕注浆封堵溶洞示意图”.图2超前帷幕注浆封堵溶洞示意图9o5径向注浆隧道开挖后,隧道周边存在大面积湿渍或者渗漏水现象时,采取径向注浆进行封堵注浆加固范围普通为隧道开挖轮廓线外0o
5、L0倍洞径.采用风钻或者小型液压钻机在出水部位及其附近钻孔,钻孔直径为40nini摆布,钻孔深度应为3o0~50m梅花形布置在集中出水点处,间距控制在
0.5〜
1.0m在普通渗水处间距控制在lo0^
1.5mo径向注浆见图3径向注浆示意图”图3径向注浆示意图注浆采用642mm钢管,根据钻孔出水部位,在钢管前端20m^
3.0m范围内钻花孔注浆材料选用超细水泥浆、普通水泥浆、TGRC水泥基灌浆料或者其他特种注浆材料如水量较大,水泥浆在地层中凝固艰难,在浆液中加入外加剂,缩短其凝胶时间,或者使用少量水泥-水玻璃浆液及化学浆液.注浆材料配合比应根据现场注浆试验确定9o6局部注浆局部注浆合用于岩层的溶隙、软弱夹层的局部有股状涌水现象,出水比较清澈,受大气降雨影响不大其处理采用直接封堵法和间接封堵法.直接封堵法:对于涌水压力PWO5MPa的股状出水点,如来水方向可以确定,可采用直接封堵法进行处理沿着出水部位和出水方向直接钻孔,孔间距应控制在
0.5〜
1.0m钻孔深度应为开挖轮廓线外(
0.5〜10)-D(D为开挖孔径)注浆材料应选用普通水泥浆、TGRM浆,如局部浮现漏浆可采用发泡注浆抢堵剂进行封堵,尽量不使用水玻璃注浆前应做压水试验,以确定注浆压力,注浆压力大于2倍〜3倍涌水压力间接封堵法:对于涌水压力05MpaPaWlOMPa的股状出水点,或者来水方向不能明确判断的出水部位,可采用间接封堵法进行处理在围岩表面距离出水部位,向出水方向钻斜孔,孔间距控制在
0.5~10叫钻孔深度与直接注浆法类似,大部份孔应穿过出水岩层,将水引出其注浆材料、注浆工艺、注浆结束标准和间接注浆法类似.该法的特点是钻孔受水的影响较小,且钻孔容易探到出水部位,同时对围岩加固效果好9O7充填封闭如隧道拱部、边墙或者底部存在小型干溶洞或者空腔,内部无填充物和水可以采用砂石料、浆砌片石、干砌片石、水泥砂浆、混凝土等进行全部填充,必要时进行压浆加固如空腔内有少量流动水,则应预留过水通道,使地下水流管道畅通.9o8岩溶地段施工注意事项施工前应做好超前探测工作,及时了解岩溶及岩溶水发育程度采用地质雷达或者地震波反射超前探测注意研究岩溶状态,制定处理方案.用引、排、堵相结合的方式,处理好岩溶水、消除隐患处理岩溶溶洞时,注意检查溶洞顶板,及时处理危石,做好安全防护工作溶洞地段爆破作业时,应遵循多打眼、打浅眼,弱爆破的原则处理岩溶地段,定耍本着安全第•预防为主,科学组织,精心施工,不留后患10岩爆的处理岩爆可以分为以下四级(见表1)表1岩爆分级表岩爆的产生与岩石的单轴抗压强度、岩质和岩性、岩体结构、地应力场的应力值以及坑道轮廓的平整度有关普通当岩石单轴抗压强度超过80MPa岩性坚硬、脆性,岩体完整或者基体完整,地应力值与岩石单轴抗压强度的比值大于lo5时会发生岩爆据此猜测隧道部分地段可能产生岩爆.岩爆普通分为以下三种类型
①破裂松脱型围岩成块状、板状、鳞片状,爆裂声响微弱,弹射距离很小,岩壁上形成破裂坑的深度主要受围岩应力和强度的控制属小规模岩爆
②爆裂弹射型岩片弹射及岩粉喷射,爆裂声响如同枪声,弹射岩片体积普通不超过l/3m3直径5〜lOcmo岩片弹射距离普通为2飞m岩快多为中间厚,周边薄的菱形岩片属中规模岩爆.
③爆炸抛射型岩爆发生时巨石抛射,其声响如同炮弹爆炸,抛射岩快的体积数立方米到数十立方米,抛射距离几米到几十米对人员、设备危害较大属大规模岩爆中大规模的岩爆严重威胁着施工人员和设备的安全,影响施工进度通过岩爆地段时采取技术措施如下加强支护工作,支护的方法是在爆破后即将对拱部及侧壁进行喷射混凝土,再加设锚杆及钢筋网衬砌工作要紧跟开挖工序进行,以减少岩层暴露时间,减少岩爆发生和确保人身安全;控制光面爆破效果,减少应力集中现象;在掌子面和隧道洞壁定期(每天二次)喷泗水或者采用高压注水,以弱化围岩;采用超前钻孔应力解除法形成局部应力释放区采用光面爆破,并严格控制装药量,尽量减少爆破对围岩的影响,以改善洞壁应力分布,避免岩爆的发生喷钢纤维混凝土,配打缓冲锚杆挂钢筋网进行防护掘进采用短进尺,多循环,改善围岩应力状态为防止岩爆损坏施工机械,所有在掌子面附近的设备、设施要安设防护罩与防护网.11大断面软岩隧道变形控制的技术措施客运专线大断面软岩隧道在地质条件复杂,隧道埋深较大局部地段地下水丰富地段,可能产生较大的位移变形施工中必须赋予高度重视应采取如下措施:
11.1防排水作业软弱围岩遇水会失去强度,产生较大的塑性变形,因此,防水工作至关重要,如地下水是由地表补给,可以在地表设置排水系统引排对承压水,在每一个掘进循环中,在掌子面处钻超前探孔,以探明地下水情况.当水量较小时,随工作面的向前推进挖好排水沟;当水量较大时,先进行注浆止水.llo2施工工序通过软弱围岩及大变形地层时,各施工工序之间的距离要尽量缩短,并尽快施作初期支护,快速封闭围岩,以减少岩层暴露、松动和地压增大
11.2o1开挖作业采用爆破法掘进时,严格掌握炮眼数量、深度及装药量,尽量减少爆破对围岩的震动
11.
2.2支护结构及作业采用台阶法、CRD法开挖,并设暂时仰拱,及早使支护结构封闭成环,在上台阶拱脚地段设锁脚锚杆,施作暂时仰拱或者横撑将拱脚顶紧,形成拱部暂时封闭结构,防止拱部过大变形暂时仰拱布设见图4“暂时仰拱布设示意图”图4暂时仰拱布设示意图加长锚杆并扩大锚设范围,抑制围岩变形;采用自进注浆锚杆,防止锚孔塌孔而影响锚杆施工,实现长锚杆施作并根据现场实际情况,加大预留变形量采用可伸缩钢拱架,允许围岩在一定范围内变形,使围岩压力得到一定程度的释放llo2o3o衬砌作业在软弱围岩段衬砌紧跟开挖面使衬砌断面及早封闭力.围岩浮现底部压力,产生底膨现象或者可能产生沉陷时应加段底梁.当围岩极其松软破碎时应采用先护后挖,暴露面应用支撑封闭严密.根据现场条件,可结合管棚或者超前锚杆等支护,形成联合支撑.支撑作业应迅速、及时,以充分发挥构件支撑的作用.⑻围岩压力过大,支撑受力下沉侵入衬砌设计断面,必须挑顶(即将隧道顶部提高)时其处理方法是拱部扩挖前发现顶部下沉,应先挑顶后扩挖,当扩挖后发现顶部下沉应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部份的拱圈,待混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后,再行挑顶灌筑其余部份挑顶作业宜先护后挖.⑼对于极松散的未固结围岩和自稳性极差的围岩,当采用先护后挖法仍不能开挖成形时宜采用压注水泥砂浆或者化学浆液的方法,以固结围岩,提高其自稳性.⑩特殊地质地段隧道衬砌,为防止围岩松弛,地压力作用在衬砌结构上导致衬砌浮现开裂、下沉等不良现象.因此,采用模筑衬彻施工时,除遵守隧道施工技术规范的相关规定施工外,还应注意当拱脚、墙基松软时,灌筑混凝土前应采取措施加固基底.衬砌混凝土应采用高标号或者早强水泥,提高混凝土等级,或者采取掺速凝剂、早强剂等措施,提高衬砌的早期承载能力仰拱施工,应在边墙完成后抓紧进行,或者根据需要在初期支护完成后即将施作仰拱,使衬砌结构及早封闭,构成环形改善受力状态,以确保衬砌结构的长期稳定坚固1膨胀土围岩对隧道影响及注意事项膨胀土系指土中黏土矿物成份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黏土矿物.我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一.现已发现行膨胀土分布是十分广泛的膨胀土围岩的特性隧道穿过膨胀土地层,隧道开挖后不久,往往可以见到围岩因开挖而产生变形,或者因浸水而膨胀或者因风化而开裂等现象使坑道的顶部及两侧向内挤入,底部鼓起,随着时间的增长导致围岩失稳支撑、衬砌变形和破坏这些现象说明膨胀土围岩性质是极其复杂的它与普通土质的围岩性质有着根本的区别膨胀土围岩的基本特性,主要有以下三方面⑴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,膨胀土围岩往往具有明显的塑性流变特性,开挖后将产生较大的塑性变形⑵膨胀土中发育有各种形态的裂隙,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;⑶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,一是使土体结构破坏,强度衰减或者丧失,围岩压力增大二是造成围岩应力变化,五是膨胀压力或者收缩压力,都将破坏围岩的稳定性,特殊是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用.膨胀土围岩对隧道施工的危害由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性,使膨胀土的隧道围岩具有普遍外裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象膨胀土隧道围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较艰难等特点.膨胀性围岩对隧道施工的影响简述如下1围岩普通开裂隧道开挖后,由于开挖面上膨胀土体的原始应力释放而产生开裂,乂因表层土体外露风干而失水产生收缩裂缝这两种因素促使膨胀土围岩裂缝宽度扩大,特别拱部围岩更容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通,形成拱顶局部变形区•一脱离区2坑道下沉由于坑道下部膨胀土体的承载力较低,加之坑道上部围岩压力过大,坑道下沉变形明显止匕外,隧道只能采用分部开挖,在后部工序开挖暴露的围岩浮现风化膨胀产生较大的收缩地压力,加之坑道下沉变形,都会使支撑过度变形或者折断、失效、破坏,从而引起围岩±体坍塌、挤压和膨胀变形等3围岩膨胀凸出和坍塌隧道坑道开挖过程中和开挖后,围岩产生膨胀变形,周边膨胀土体向洞内膨胀凸出,造成开挖断面缩小.在膨胀土体丧失支撑支撑失效或者支撑力度不够的状态下,由于围岩压力与膨胀压力的叠加作用,使围岩土体产生局部破坏形成坍塌现象4隧道底部隆起坑道底部开挖后,洞底围岩的上部竖向压力解除,尚无仰拱支护体约束时,由于膨胀地压力释放,洞底围岩产生卸荷膨胀;又因坑道易积水,使洞底土体产生浸水膨胀,因此造成洞底隆起变形5衬砌变形和破坏模筑棍凝土衬砌中,常发生下列影响
①拱顶受挤压下沉也有向上凸起.拱顶外缘时常浮现纵向贯通张拉裂缝普通是在拱圈封顶后几小时到几天内浮现,而拱内缘浮现鱼鳞状挤裂、脱皮、掉块现象.
②在拱腰部位浮现纵向裂缝,这些裂缝有时可逐渐发展到张开、错台
③当采用直墙式边墙时,边墙常受膨胀侧压而开裂,甚至张开、错台少数曲边墙也有浮现水平裂缝的情况.
④当底部未做仰拱或者未做一般铺底时,有时会浮现底部隆起,铺底被破坏.膨胀土围岩隧道施工要点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合理的施工方法,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,并及时衬砌,以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力减少围岩膨胀变形,开挖方法宜不分部或者少分部,多采用正台阶法、侧壁导坑法和“眼镜法”,正台阶法合用于跨度小的隧道,它分部少相互干扰小,且能较早地使支护衬砌闭合.侧壁导坑法较“眼镜法”较合用于跨度较大的隧道,它具有防止上半断而支护衬砌下沉的优势,但全断面闭合时间较迟,必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤.3防止围岩湿度变化隧道开挖后,膨胀土围岩风干脱水或者浸水,都将引起围岩体积变化,产生胀缩效应,因此,隧道开挖后及时喷射混凝土,封闭和支护围岩在有地下水渗流的隧道,应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施,防止施工积水对围岩的浸湿等.如局部渗流,可采用注浆堵水阻挠地下水进入坑道或者浸湿围岩4合理进行围岩支护膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性在施工时应注意以下几点
①喷锚支护,稳定山岩喷锚支护作为开挖膨胀土围岩的施工支护,可以加强围岩的自承能力,允许有一定的变形而又不失稳采用喷锚支护,应紧跟开挖,必要时在喷射混凝土的同时,采用钢筋网也可采用钢纤维混凝上提高喷层的抗拉和抗剪能力当膨胀压力很大时,可用锚喷及钢架或者格栅联合支护,在隧道底部打设锚杆,也可以在隧道顶部打人超前锚杆或者小导管支护.膨胀土围岩隧道的支护,尽可能使其在开挖面周壁上迅速闭合如果是台阶开挖,可在上半部开挖后尽快作出半部闭合,使围岩及早受到约束.总之,不论采用哪一类型的支护,都必须根据工程实际情况及围岩变形状态而定.
②衬砌结构及早闭合.膨胀上围岩隧道开挖后,围岩向内挤压变形普通是在四周同时发生,所以施工时要求隧道衬砌及时封闭从理论上讲,拱部、边墙及仰拱宜整体完成,衬砌受力条件最好但受施工条件的限制往往难以实现因此,在灌筑拱圈部份时,应在上台阶的底部先设置暂时混凝土仰拱或者喷射混凝上作暂时仰拱,以使拱圈在边墙、仰拱未完成前自身形成暂时封闭结构然后当进行下部台阶施工时,再拆除暂时仰拱,并尽快灌筑永久性仰拱2黄土地段隧道施工技术要求黄土在我国分布较广,黄河中游的陕西和甘肃省大部份地区,山西南部、河南西部地区为我国黄土和湿陷性黄土的主要分布区这些地区的黄土地层分布连续、厚度较大,发育较典型、,其他在青海、新疆、河北、山东、内蒙古和东北各地亦有所分布在黄土地层修筑隧道和地下工程时,应了解黄土地层对隧道施工的影响.施工技术要求和施工注意事项等知识2o1黄土地层对隧道施工的影响⑴黄土节理影响红棕色或者深褐色的古土壤黄土层浮现,常具有各方向的构造节理,有的原生节理呈x型,成对浮现,并有一定延续性,在隧道开挖时,土体容易顺着节理张松或者剪断.如果这种地层位于坑道顶部,则极易产生“塌顶”;如果位侧壁,则普遍浮现侧壁掉土,若施工时处理不当,常会引起较大的坍塌⑵黄土冲沟地段对施工的影响当隧道在较长的范围内沿着黄土冲沟或者河边平行走向,而覆土较薄或者偏压很大的情况下,容易发生较大的坍塌或者滑坡现象⑶黄土溶洞与陷穴影响黄土溶洞与陷穴,是黄土地区时常见到的不良地质现象,隧道若修筑在其上方,则有基础下沉的危害;隧道若修筑在其下方,常有发生冒顶的危(wei)险;隧道若修筑在其邻侧边则有可能承受偏压,使围岩与衬砌结构处于不利的受力状态⑷水对黄土地层隧道施工的影响在含有地下水黄土层中修筑隧道,由于黄土在干燥时很稳固,承压力较高,施工本可较顺利进行但当黄土受水浸湿后,呈不同程度的湿陷性,会蓦地发生下沉现象,使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力,如支护措施满足不了变化后的情况,极易造成坍塌.施工中洞内排水不良,洞内道路会形成泥浆浮层,而且越陷越深不管是无轨还是有轨运输都会给洞内道路的维修养护、机械的使用与保养、隧道的铺底或者仰拱施工作业等方面带来很大的艰难.2o2黄土隧道施工方法及技术要求2o2o1黄土隧道施工方法⑴黄土地层隧道施工,应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查对因构造节理切割而形成的不稳定部位,在施工时应加强支护措施,防止坍塌,以策安全施工⑵黄土围岩开挖后不能暴露时间过长,否则围岩周壁风化至内部,围岩体松弛会加快,进而造成坍塌方因此,宜采用复合式衬砌,在开挖时应少扰动,开挖坑道后及时喷射混凝土,并以锚杆、钢筋网和支撑作初期支护,以快速形成严密的支护体系.必要时可采用超前锚杆、管棚预支护加固围岩并应在初期支护基本稳固后,进行永久支护衬砌的施工衬砌背后特别是拱顶回填要密实⑶做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程,并妥善处理好陷穴、裂缝,以免地面积水浸蚀洞体周围,造成土体坍塌在有含水的黄土地层中施工时,洞内应做良好的排水设施地下水量较大时,应在洞内采用井点降水法,将地下水位降至隧道衬砌底部以下,以改善施工条件,加快施工速度;在干燥无水的黄土层中施工,应管理好施工用水,不使废水漫流
2.
2.2黄土围岩隧道施工有关要求⑴应认真调查黄土地层中节理的产状与分布状况对因构造节理切割而形成的不稳定部位加强支护.⑵施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、及时密贴、实回填、严治水、勤量测”的施工原则,紧凑施工工序,精心组织施工⑶开挖方法宜采用短台阶开挖方法或者分部开挖法留核心法O初期支护应紧跟开挖面施作2o3黄土隧道施工注意事项⑴做好洞口、洞门及洞顶的排水系统,并妥善处理好陷穴、裂缝,以免地面积水浸蚀洞体周围,造成土体坍塌;⑵施工中如发现工作面有失稳现象,应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护喷射机的压力不宜超过
0.2MPa;⑶施工时要特殊注意拱脚与墙脚处断面如超挖过大,应用浆砌片石回填如发现该处土体承载力不够,应即将加设锚杆或者采取其它措施进行加固.钻锚杆孔时,宜采用干钻⑷在开挖与灌筑仰拱前,为防止边墙向内位移,宜加设横向撑梁顶紧;⑸锚杆宜采用药包式或者早强砂浆式锚杆.若拱部位于砂层时,为防止喷射混凝土层塌落,可用
①4一
①6的密钢筋网,紧贴开挖面作为固定初喷混凝土层之用;⑹施工中如发现不安全因素时,应暂停开挖,加强暂时支护,以便适应调整工序安排3松散地层隧道施工方法松散地层的特点是:结构松散,胶结性弱、稳定性差,在施工中极易发生坍塌若有地下水则更甚松散地层隧道普通采取先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭的方法在这种地层中开挖坑道,主要是减少对围岩的扰动,必要可采用超前注浆预加固地层方法,及早控制地下水.在松散地层中,有以下几种常用的隧道施工方法
3.1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超前锚杆或者超前小钢管采用这种方法是爆破前,将超前锚杆或者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者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的间内不发生松弛坍塌超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆,以及早发挥超前支护作用
(2)超前管棚法此法合用于围岩为砂黏土、粘砂土、亚黏土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹黏土等非常散软、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者设置钢筋笼,注入水泥砂浆于是在地层中建立起一个暂时承载棚,在其防护下施工
3.2超前小导管预注浆超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线,以一定角度打人管壁带孔的小导管,并以一定压力向管内压注水泥或者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合用于自稳时间很短的砂层、砂卵(砾)石层等松散地层施工
3.3降水、堵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,如降水可在洞内或者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在地下水丰富,而且排水条件或者排水费用太高,经过技术、经济比选可采用注浆堵水措施注浆堵水乂分地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆二者采用哪种方法,应根据隧道埋深、工程地质和水文地质情况;钻孔和压浆设备能力;以及技术、经济、工期等方面进行综合分析后采用4隧道施工流沙管理措施流沙是沙土或者粉质黏土在水的作用下丧失其内聚力后形成的,多呈糊浆状,对隧道施工危害极大.由于流沙可引起围岩失稳坍塌,支护结构变形,甚至崩塌破坏.因此,管理流沙必先治水,以减少沙层的含水量为主.宜采取以下措施进行管理4o1加强调查,制订方案施工中应调查流沙特性、规模,了解地质构成、贯入度、相对密度、粒径分布、塑性指数、地层承载力、滞水层分布、地下水压力和透水系数等,并制订出切实可行的管理方案.因地制宜,综合治水隧道通过流沙地段,处理地下水的问题,是解决隧道流沙施工难题中的首要关键技术施工时,因地制宜,采用“防、截、排、堵”的管理方法⑴防一一建立地表沟槽导排系统及仰坡地表局部防渗处理,防止降雨和地表水下渗⑵截一一在正洞之外水源一侧,采用深井降水,将储藏丰富构造裂隙水,通过深井抽水排走,减少正洞的静水和动水压力,对地下水起到拦截作用
(3)排——有条件的隧道在正洞水源下游一侧开挖一条洞底低于仰拱的泄水洞以降排正洞的地下水,或者采用水平超前钻孔真空负压抽水的办法.排除正洞的地下水.⑷堵一一采用注浆方法充填裂隙,形成止水围幕,减少或者阻塞渗水通道以上几种施工方法,应根据工程地质、水文地质条件和地下水的性质、类型、赋存部位以及工期要求和经济效益等因素综合分析,合理选用先护后挖,加强支护开挖时必须采取自上而下分部进行,先护后挖,密闭支撑,边挖边封闭,遇缝必堵,严防沙粒从支撑缝隙中逸出也可采用超前注浆,以改善围岩结构,用水泥浆或者水泥水玻璃为主的注浆材料注入或者用化学药液注浆加固地层,然后开挖在施工中应观测支撑和衬砌的实际沉落量的变化,及时调整预留量架立支撑时应设底粱并纵横、上下连接坚固,以防箱架断裂倾倒拱架应加强刚度,架立时设置底粱并垫平楔紧,拱脚下垫铺坚固.支撑背面用木板或者槽型钢板遮挡,严防流沙从支撑间逸出.在流沙逸出口附近较干燥围岩处,应尽快打入锚杆或者施作喷射混凝土,加固围岩,防止逸出扩大o4及早衬砌,封闭成环流沙地段,拱部和边墙衬砌混凝土的灌筑应尽量缩短期与仰拱形成封闭环这样,即使围岩中浮现流沙也不会对洞身衬砌造成破坏5高地温地段隧道施工措施高地温给隧道正常施工带来一定的影响,深埋地段隧道开挖应注意地温异常的影响及时加强支护、保持通风,洞内持续的高温对校施工不利,高温会造成新拌碎失水、坍落度损失、假凝等不利影响,对养护期的碎会使水分蒸发迅速、造成养护湿度不够,最终对碎的强度、抗渗性、稳定性、抗化学侵蚀性造成不良影响;而且,施工人员的健康、工作效率在高温环境中也要受到影响,为保证人员安全和施工质量,应该采取如下措施.5o1关于隧道内施工温度的规定为保证隧道施工人员进行正常的安全生产,我国有关部门对隧道施工作业环境的卫生标准都有规定.如铁道部规定,隧道内气温不得超过28°C;交通部规定,隧道内气温不宜高于30t°Co国外的资料介绍,日本规定隧道内温度低于37°Co
5.2降温处理措施为达到规定的标准,在施工中普通采取通风和洒水相结合的措施地温较高时,可采用大型通风设备予以降温地温很高时,在正洞开挖工作面前方的一段距离,利用平导超前钻探,如有热水涌出,可在平导内增建降水、排水设施和排水钻孔,以降低正洞的水位.如正洞施工中仍有热水涌出时,可采用水玻璃水泥系药液注浆,以发挥截水及稳定围岩的作用5o3做好施工人员的保健工作加强洞内不间断通风,控制洞内最低风速不小于
0.25m/s同时采取喷雾洒水等降温措施洞内温度适宜地段设暂时医疗点配备足够的防暑降温设施如防暑降温药等.安排好职工的饮食,备好消暑降温的食品和饮品施工作业处设暂时歇息室,安置风扇等降温设施,减短循环进尺,减少每班作业时间,
5.4高温地段衬砌混凝土在高温(如70°C高温)的岩体上,应及时喷混凝土,并在其上浇筑二次衬砌混凝土,即使厚度再薄,水化热也不易逸出由于混凝土里面和表面的温差在早龄期有可能存在裂缝因此,在二次混凝土衬砌时,要防止裂缝产生,应采取下述措施
①为了防止高温时的强度降低,应选定合适的水灰比,并考虑到对温泉水的耐久性,宜采用高炉矿渣水泥(分离粉碎型水泥)混凝土配合比和掺合剂应作试验优选;
②在防水板和混凝土衬砌之间,设置隔热材料,可隔断从岩体传播来的热量,使混凝土内的温度应力降低;
③把普通衬砌混凝土的浇筑长度适当缩短.
④用防水板和无纺布组合成缓冲材料,由于与喷混凝土隔离,因此,混凝土衬砌的收缩可不受到约束;
⑤适当设置裂缝诱发缝,普通在两拱脚延长方向设置
⑥采取降温措施.浇筑前的硅温度不能超过32℃否则采取冷水搅拌砂等措施降低位温度与硅接触的模板、钢筋等表面,在浇碎前应冷却至32℃以下,可采取加强通风及喷雾洒水等方法降温
⑦加强养护碎养护采用专人专管连续养护的方法,保持不间断洒水保证碎养护湿度,确保砂的内在质量
5.5中暑症防治措施在高温条件下施工,除采用降温措施外,还应注意中暑症的防治工作中暑症可分为热痉挛症、热虚脱症和热射症三种类型,其症状及处置如下
①热痉挛由于出汗过多,体内的水分、盐类丧失而引起其症状为在作业中和作业后,发作性肌肉痉挛和疼痛对此症应采取充分地摄取水和盐类予以缓解症状.
②热虚脱由于循环系统失调而引起其主要症状为血压降低、速脉、小脉、头晕、头痛、呕吐、皮肤苍白、体温轻度上升采取的措施是,循环器官有异常的人员严禁参加施工对有症状者增加补水次数,并在阴凉处静卧歇息
③热射症由于体温调节中枢失调,体温上升症状为:体温高、兴奋、乏力和皮肤干燥等.采取的措施,对高温不适应者应避免在洞内作重体力劳动.在高温施工地段,采用冷水喷雾等方法降温,必耍时对患者可采取医疗急救处置5o6合理安排高温作业时间根据坑道内的高温程度、劳动强度和劳动效率,确定劳动工时,以策施工人员的健康和安全6隧道穿过断层时施工注意事项6o1断层对隧道施工影响岩爆分级fr/8max说明I14o5无岩爆发生,也无声发射现象II
14.5〜55低岩爆活动有轻微声发射现象III5o5〜
2.5中等岩爆活动,有较强的爆裂声IV2o5高岩爆活动,有很强的爆裂声.。