特殊地質(zhì)地段隧道施工（課堂PPT）

1、.1第8章 特殊地質(zhì)地段隧道施工.2特殊地質(zhì)地段： 膨脹土、軟弱黃土、溶洞、斷層、流沙、巖爆，瓦斯地層等。 施工注意:l 制訂針對(duì)性強(qiáng)的施工方案。l 施工總原則： “先治水、短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)前進(jìn)”l 充分考慮采用預(yù)支護(hù)、預(yù)加固措施。.31.膨脹土圍巖的特性膨脹土：土中粘土成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成。特點(diǎn)： 明顯的塑性流變特性，開(kāi)挖后塑性變形大。 初期圍巖變形大，且變形發(fā)展速度快。 膨脹壓力將使得圍巖壓力顯著增加。.42. 膨脹土圍巖對(duì)隧道施工的危害 圍巖裂縫 隧道下沉 圍巖鼓出(包括底鼓)、坍塌 襯砌變形和破壞.53. 隧道在膨脹土圍巖中的施工要點(diǎn) 加強(qiáng)觀查與量

2、測(cè) 合理選擇施工方法：短臺(tái)階或超短臺(tái)階法單側(cè)壁導(dǎo)坑法環(huán)形開(kāi)挖留核心土法眼鏡工法等.64. 隧道在膨脹土圍巖中的基本施工原則 應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)和防止水的浸濕。 注意兩點(diǎn)：盡量不用爆破，而是采用風(fēng)鎬、液壓鎬等開(kāi)挖機(jī)械。盡可能縮短圍巖暴露時(shí)間，及時(shí)支護(hù)。.75. 膨脹土隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)有較大的側(cè)壓力，邊墻應(yīng)設(shè)計(jì)為曲邊墻防止出現(xiàn)底鼓，應(yīng)設(shè)仰拱，且應(yīng)先做仰拱。.81.黃土分類(lèi)及其對(duì)隧道施工的影響 黃土節(jié)理在隧道開(kāi)挖時(shí)，土體順著節(jié)理張松或剪斷。隧道頂部極易產(chǎn)生“塌頂”；側(cè)壁普遍出現(xiàn)掉土。.9 黃土沖溝地段 隧道沿黃土沖溝或塬邊(四邊陡、頂上平的黃土高地)地段穿過(guò)，且覆蓋較薄或偏壓較大時(shí)，容易發(fā)生較大的

3、坍塌或滑坡現(xiàn)象。 黃土溶洞與陷穴 這是黃土地區(qū)經(jīng)常見(jiàn)到的現(xiàn)象。隧道若在其上方，則有基礎(chǔ)下沉的危害；隧道若在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)；隧道若在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。.10 水對(duì)黃土隧道施工的影響黃土在干燥時(shí)很堅(jiān)固，承壓力也較高，施工可順利進(jìn)行。當(dāng)土受水浸濕后則呈不同程度的濕陷性，會(huì)突然發(fā)生下沉現(xiàn)象，極容易造成隧道坍塌。.112.黃土隧道的施工方法施工原則： “短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”。開(kāi)挖方法：短、超短臺(tái)階法、環(huán)形開(kāi)挖留核心土法。.126.7.3溶洞 巖溶：可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等，在水的作用下產(chǎn)生溝槽、空洞以及地表陷穴等現(xiàn)象。 溶洞：溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。1

4、. 溶洞的類(lèi)型及其對(duì)隧道施工的影響溶洞類(lèi)型： 死、干、小型溶洞：較容易處理 活、濕、大型溶洞：較難處理。 .13對(duì)隧道施工影響： 溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌； 溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理； 溶洞涌泥、涌水危及施工。2. 隧道遇到溶洞時(shí)的工程對(duì)策處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞”四種。.14 引注意：遇到暗河或溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵。方法：暗管、涵管或小橋等，見(jiàn)圖6-19。.15 堵對(duì)象：已停止發(fā)育、跨徑較小，無(wú)水的溶洞。方法：混凝土、漿砌或干砌片石回填封閉， 見(jiàn)圖6-20； 隧頂溶洞，錨噴加 固，必要時(shí)注漿加 固與堵水，并加設(shè) 隧道護(hù)拱及拱頂回填， 見(jiàn) 圖6-21。

5、.16 越現(xiàn)象1： 隧道一側(cè)遇到狹長(zhǎng)而較深的溶洞。 方法：加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)(圖6-22)?，F(xiàn)象2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過(guò)，承重墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水(圖6-23)。.17現(xiàn)象3：隧道過(guò)墻部位遇到較大、較深的溶洞，加深邊墻基礎(chǔ)困難。 方法：在邊墻下或隧底以下筑拱跨過(guò)(圖6-24)。 .18 繞 若溶洞處理耗時(shí)，可采用迂回導(dǎo)坑繞過(guò)溶洞，繼續(xù)隧道前方的施工,同時(shí)處理溶洞。3. 溶洞地段施工的注意事項(xiàng) 多做物探超前預(yù)報(bào)，如地質(zhì)雷達(dá)。 穿過(guò)溶洞時(shí)，細(xì)查溶洞頂部，及時(shí)處理危石。 嚴(yán)格控制爆破藥量，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。.196.7.4 巖爆巖爆：巖體中聚集的

6、高彈性應(yīng)變能因隧道開(kāi)挖而發(fā)生的一種應(yīng)力突發(fā)現(xiàn)象。巖爆形成的兩個(gè)條件：(1)地層的巖性條件。結(jié)構(gòu)基本完整的脆硬巖地層。多見(jiàn)于石英巖、花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、大理巖、片麻巖等。(2)地應(yīng)力條件。埋深大的隧道，因只有埋深大才足以形成高地應(yīng)力，埋深超過(guò)700m的隧道發(fā)生巖爆的情況居多。.201.隧道內(nèi)巖爆的特點(diǎn)巖爆在發(fā)生前并無(wú)明顯預(yù)兆，總是突然發(fā)生。巖爆時(shí)，巖塊自洞壁迸射而出，塊度從幾厘米到幾十厘米不等，甚至上噸重巖石從拱部彈落。巖爆多發(fā)生在新開(kāi)挖工作面及其附近。危險(xiǎn)性： 傷害人員、損壞機(jī)械！.212. 巖爆的防治措施 強(qiáng)化圍巖出發(fā)點(diǎn)：給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)從平面轉(zhuǎn)向三維。

7、方法：錨噴加固、網(wǎng)錨噴聯(lián)合、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合、注漿等。 弱化圍巖方法： 往巖層中注水：可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。 解除圍巖中的高地應(yīng)力：預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等?？上麥p圍巖中的能量。 .223. 施工注意事項(xiàng) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：平導(dǎo)超前、地質(zhì)雷達(dá)等。 爆破方法：盡量采用能預(yù)先釋放地應(yīng)力的方法，如預(yù)裂爆破、切縫法等。 縮短爆破進(jìn)尺：要盡快閉合支護(hù)。.236.7.5高地溫1.高地溫的熱源 火山熱的熱源 放射性元素裂變熱的熱源2. 隧道施工注意事項(xiàng)及措施 事項(xiàng)1：洞內(nèi)溫度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定，不要超過(guò)30。 措施：主要措施為通風(fēng)和灑水。.24事項(xiàng)2：防止高溫地段的二襯開(kāi)裂。 措

8、施： (1) 宜采用高爐礦碴水泥(分離粉碎型水泥)。 (2) 用防水板和無(wú)紡布，將二襯與噴層隔離，可使二襯的收縮不受約束。 (3) 在防水板和二襯之間設(shè)置隔熱材料，有助于隔斷圍巖熱量。 (4) 適當(dāng)縮短襯砌混凝土的澆筑長(zhǎng)度。事項(xiàng)3：注意工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。措施：根據(jù)隧道內(nèi)的高溫程度，合理確定勞動(dòng)工時(shí)。.256.7.6 瓦斯地層1. 瓦斯的基本性質(zhì)無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體，極易使人窒息死亡。比重僅為空氣的一半，擴(kuò)散速度比空氣大1.6倍，很容易透過(guò)圍巖裂隙滲入隧道不能自燃，但極易燃燒。.262. 瓦斯的燃燒和爆炸性濃度小于5%遇火源時(shí)，瓦斯只在火源附近燃燒而不爆炸；濃度在5%6%到14%16%時(shí)，遇到火

9、源具有爆炸性；濃度大于14%16%時(shí)，遇火能平靜地燃燒,一般不爆炸；瓦斯燃燒時(shí)，一旦遇到障礙而受壓縮，就會(huì)形成爆炸。.273. 瓦斯釋放的方式1) 施工階段(1) 瓦斯的滲出：緩慢地、均勻地、不停地從煤系巖層的暴露面或裂隙中滲出。(2) 瓦斯的噴出：比滲出強(qiáng)烈，通常有較大的響聲和壓力。(3) 瓦斯的突出：在短時(shí)間內(nèi)，突然噴出大量瓦斯，有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。以第(1)種放出的瓦斯量為最大，因其最不易被人發(fā)覺(jué)。2) 運(yùn)營(yíng)階段地層中的瓦斯主要通過(guò)襯砌本體的細(xì)微裂隙和施工縫等通道滲入隧道內(nèi)。.284. 隧道防止瓦斯事故的措施1) 制訂瓦斯稀釋、防爆、緊急救援措施。2) 應(yīng)盡快閉合襯砌，故以全斷

10、面法或臺(tái)階法為優(yōu)。3) 加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效的措施。4) 洞內(nèi)瓦斯?jié)舛缺仨毧刂圃谠试S值。5) 當(dāng)通風(fēng)難以稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。6) 必須采用防爆設(shè)備施工，如防爆電器設(shè)備、防瓦斯爆破器材等。7) 專(zhuān)人監(jiān)測(cè)瓦斯含量、嚴(yán)禁明火、制度嚴(yán)明。.29地下工程安全事故案例地下工程安全事故案例.30巖爆彈射下來(lái)的巖塊大變形導(dǎo)致初期支護(hù)嚴(yán)重變形大埋深高地應(yīng)力地質(zhì)條件，硬巖巖爆、軟巖大變形問(wèn)題突出特殊地質(zhì)特殊地質(zhì)地應(yīng)力高，硬巖巖爆、軟巖大變形顯著地應(yīng)力高，硬巖巖爆、軟巖大變形顯著.31阿爾卑斯山穿越隧道中等巖爆阿爾卑斯山穿越隧道中等巖爆.322005-12-22董家山隧道發(fā)生特大瓦

11、斯爆炸事故造成44人死亡事故瓦斯爆炸事故.33北京東三環(huán)京廣橋污水管道破裂與地鐵十號(hào)線暗挖區(qū)間隧道施工事故北京東三環(huán)京廣橋污水管道破裂與地鐵十號(hào)線暗挖區(qū)間隧道施工事故 .34事故原因事故原因:掌子面前上方土體受污水管線長(zhǎng)期滲漏掌子面前上方土體受污水管線長(zhǎng)期滲漏形成水囊或飽和水淤泥層，開(kāi)挖之后地形成水囊或飽和水淤泥層，開(kāi)挖之后地層的穩(wěn)定性極差，這時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格制定先層的穩(wěn)定性極差，這時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格制定先加固后開(kāi)挖的原則，致使包含水囊或淤加固后開(kāi)挖的原則，致使包含水囊或淤泥的地層大范圍失穩(wěn)，污水管懸露范圍泥的地層大范圍失穩(wěn)，污水管懸露范圍過(guò)大而造成斷裂，進(jìn)而引發(fā)大面積的地過(guò)大而造成斷裂，進(jìn)而引發(fā)大面積的地

12、面坍塌。面坍塌。.35.36北京地鐵10號(hào)線工程蘇州街車(chē)站東南出入口發(fā)生塌方事故.37 路面塌陷情況路面塌陷情況 事故處理事故處理北京西單路口路面塌陷北京西單路口路面塌陷.38盾構(gòu)施工引起盾構(gòu)施工引起地表地表塌陷塌陷.39隧道推進(jìn)引起隧道推進(jìn)引起地表地表發(fā)生塌陷破壞發(fā)生塌陷破壞.40法國(guó)某地鐵施工事故法國(guó)某地鐵施工事故.41(2004年年4月月) ).42某地下通道施工挖斷消防栓水柱噴出某地下通道施工挖斷消防栓水柱噴出.43成都水管爆裂成都水管爆裂直徑直徑1000毫米的主水管爆管，巨大的水流沖破柏油路面噴涌而出，將整個(gè)路面抬高半毫米的主水管爆管，巨大的水流沖破柏油路面噴涌而出，將整個(gè)路面抬高半

13、米。從二號(hào)橋到紅星路整條三槐樹(shù)路變成河流。爆管處是米。從二號(hào)橋到紅星路整條三槐樹(shù)路變成河流。爆管處是20多年前的老管線，原因?yàn)槎嗄昵暗睦瞎芫€，原因?yàn)楣艿罒崦浝淇s而引發(fā)的自然爆管，可見(jiàn)水管管道熱脹冷縮而引發(fā)的自然爆管，可見(jiàn)水管 爆裂的后果是非常嚴(yán)重的。爆裂的后果是非常嚴(yán)重的。.44上海地鐵上海地鐵4號(hào)線嚴(yán)重流沙涌水事故號(hào)線嚴(yán)重流沙涌水事故(2003年年7 7月月1 1日日) ).45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.61.62.63.64搶險(xiǎn)措施搶險(xiǎn)措施封堵隧道，向隧道內(nèi)灌水，隧道內(nèi)外水壓力平衡封堵隧道，向隧道內(nèi)灌水，隧道內(nèi)外水壓力平衡保

14、障保障1、2號(hào)號(hào)線安全。線安全。3墻墻1塞塞+灌水灌水.65搶險(xiǎn)措施搶險(xiǎn)措施(2) 減輕地面荷載，防止對(duì)地面的沖擊振動(dòng)；減輕地面荷載，防止對(duì)地面的沖擊振動(dòng)；.66搶險(xiǎn)措施搶險(xiǎn)措施(3) 防止黃浦江水和地表水進(jìn)入事故區(qū)段防止黃浦江水和地表水進(jìn)入事故區(qū)段搶筑防汛圍堰；加厚、加高、加固防汛圍巖；封閉風(fēng)井；對(duì)滲水搶筑防汛圍堰；加厚、加高、加固防汛圍巖；封閉風(fēng)井；對(duì)滲水處緊急封堵；全面加固防汛主堤；對(duì)防汛墻和圍堰監(jiān)測(cè)。處緊急封堵；全面加固防汛主堤；對(duì)防汛墻和圍堰監(jiān)測(cè)。.67搶險(xiǎn)措施搶險(xiǎn)措施(4) 穩(wěn)定土體，減少土體擾動(dòng)范圍，補(bǔ)充地層損失穩(wěn)定土體，減少土體擾動(dòng)范圍，補(bǔ)充地層損失 鋼板樁加固圍堰鋼板樁加固圍

15、堰 ；分區(qū)灌漿；分區(qū)段同步回填塌陷地面；分區(qū)灌漿；分區(qū)段同步回填塌陷地面.68搶險(xiǎn)措施搶險(xiǎn)措施(4) 全面管控，保障安全順利搶險(xiǎn)全面管控，保障安全順利搶險(xiǎn).692004.8開(kāi)始，原址修復(fù)；開(kāi)始，原址修復(fù)；2007.9完工，完工，2007年底運(yùn)營(yíng)。年底運(yùn)營(yíng)。主體主體3基坑，深基坑，深65地連墻，降水地連墻，降水34m，開(kāi)挖深度，開(kāi)挖深度39.m。兩段損壞隧道與完好隧道連接部用反復(fù)凍結(jié)法施工。兩段損壞隧道與完好隧道連接部用反復(fù)凍結(jié)法施工。完好隧道進(jìn)行清理，浦東側(cè)完好隧道進(jìn)行清理，浦東側(cè)1000m，浦西側(cè)，浦西側(cè)700m。.70(1) 凍結(jié)法施工方案調(diào)整存在缺陷凍結(jié)法施工方案調(diào)整存在缺陷u 降低了對(duì)

16、凍土平均溫度要求，從降低了對(duì)凍土平均溫度要求，從-10度降到度降到-8度；度；u 制冷量不足，未考慮夏季施工冷氣損失；制冷量不足，未考慮夏季施工冷氣損失；u 凍結(jié)管量減少，從凍結(jié)管量減少，從24根減到根減到22根，長(zhǎng)度從根，長(zhǎng)度從25m減到減到16m；(2) 凍結(jié)不充分即開(kāi)挖，要求凍結(jié)凍結(jié)不充分即開(kāi)挖，要求凍結(jié)50天，實(shí)際天，實(shí)際43天天(3) 土溫上升，水壓力達(dá)到承壓水壓力時(shí)，未采取緊急止水土溫上升，水壓力達(dá)到承壓水壓力時(shí)，未采取緊急止水措施，未上報(bào)措施，未上報(bào)施工管理不當(dāng)釀成大禍，直接損失施工管理不當(dāng)釀成大禍，直接損失1.5億元，億元，6人移交司法機(jī)人移交司法機(jī)關(guān)處理，關(guān)處理，2人撤職，總

17、包、施工和監(jiān)理公司的人撤職，總包、施工和監(jiān)理公司的3個(gè)上級(jí)單位主個(gè)上級(jí)單位主要負(fù)責(zé)人承擔(dān)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任（記大過(guò)）要負(fù)責(zé)人承擔(dān)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任（記大過(guò)） 地下水的危害：地下水的危害：管涌管涌 、流土流土.71新加坡地鐵環(huán)線尼浩大道站事故新加坡地鐵環(huán)線尼浩大道站事故2004.4.202004.4.20.72Collapsed AreaNICOLLKALLANGHIGHWAYSTATIONRIVER.73W/L/D 150m 100m 30mW/L/D 150m 100m 30m塌陷塌陷.74.75.76Car, pipe, fire.77.78.79.80.81.82.83南端破碎的鋼筋混凝土連續(xù)墻(外) .84中鐵四局立刻成立了事故調(diào)查專(zhuān)家組，對(duì)事故原因展開(kāi)調(diào)查。初步得出的原因有三點(diǎn)，一是杭州的土質(zhì)特殊，經(jīng)勘測(cè)，發(fā)生事故的這段路屬于淤泥質(zhì)粘土，含水的流失性強(qiáng)。第二個(gè)原因是事故坍塌所在地點(diǎn)風(fēng)情大道一直作為一條交通主干道來(lái)使用，來(lái)往車(chē)流量大，包括不少負(fù)載量很大的大型客車(chē)、貨車(chē)都來(lái)往于這條路上，這給基坑西面的承重墻帶來(lái)太大沖擊。另外一個(gè)原因是十月份杭州出現(xiàn)的一次罕見(jiàn)的持續(xù)