第4章-特殊地質(zhì)地段的隧道施工-《隧道工程施工》教學(xué)課件

第4章特殊地質(zhì)地段的隧道施工4.3黃土地段隧道施工4.1特殊地質(zhì)地段隧道施工概述4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.6巖爆地段隧道施工4.7高地溫地段隧道施工4.8瓦斯地層隧道施工4.4溶洞地段隧道施工4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.9隧道施工塌方處理初步認(rèn)識(shí)特殊地質(zhì)地段隧道的施工方法。具備確定黃土、溶洞、巖爆等地段隧道施工方案的能力。具備對(duì)隧道塌方進(jìn)行預(yù)防與及時(shí)處理的能力。

知識(shí)目標(biāo)第4章特殊地質(zhì)地段的隧道施工4.1特殊地質(zhì)地段隧道施工概述在修建隧道的過(guò)程中常會(huì)遇到一些不利于施工的特殊地質(zhì)地段。在開(kāi)挖、支護(hù)和襯砌過(guò)程中，受到各種因素的影響都可能發(fā)生土石坍塌、坑道支撐變形、襯砌結(jié)構(gòu)斷裂，這些都將嚴(yán)重影響施工的進(jìn)度、安全和質(zhì)量。4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.1膨脹土圍巖的特性基本特性1.塑性流變特性2.高強(qiáng)度特性3.脹縮特性4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.2膨脹土圍巖對(duì)隧道施工的危害1.圍巖裂縫2.坑道下沉3.圍巖膨脹突出和坍塌4.底鼓5.襯砌變形和破壞4.2膨脹土圍巖地段隧道施工4.2.3膨脹土圍巖隧道的施工要點(diǎn)1.加強(qiáng)調(diào)查、量測(cè)圍巖的壓力和流變2.合理選擇施工方法3.防止圍巖濕度變化4.合理進(jìn)行圍巖支護(hù)4.3黃土地段隧道施工4.3.1黃土地層對(duì)隧道施工的影響1.黃土節(jié)理的影響如果這種地層位于坑道頂部，則極易產(chǎn)生“塌頂”；若位于側(cè)壁，則會(huì)普遍出現(xiàn)側(cè)壁掉土；若施工時(shí)處理不當(dāng)，則常會(huì)引起較大的坍塌。4.3黃土地段隧道施工2.黃土沖溝地段對(duì)施工的影響在黃土沖溝、塘邊地段隧道施工，易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。3.黃土溶洞與陷穴的影響隧道若修建在其上方，則會(huì)有基礎(chǔ)下沉的危險(xiǎn)；若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)；若修建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。4.3黃土地段隧道施工4.水對(duì)黃土隧道施工的影響當(dāng)其受水浸濕、呈不同程度的濕陷后，會(huì)發(fā)生突然下沉現(xiàn)象，使開(kāi)挖后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如果支護(hù)措施滿足不了變化后的情況，則極易造成坍塌。若施工中洞內(nèi)排水不良，則洞內(nèi)道路會(huì)因泥濘而難行，不論是無(wú)軌還是有軌運(yùn)輸都會(huì)給道路的維護(hù)、機(jī)械的使用與保養(yǎng)、隧道的鋪底或仰拱施工作業(yè)等帶來(lái)很大的困難。4.3黃土地段隧道施工1.黃土隧道的施工方法（1）黃土隧道施工時(shí)，應(yīng)做好黃土中構(gòu)造節(jié)理的產(chǎn)狀與分布狀況的調(diào)查。（2）施工中應(yīng)遵循短開(kāi)挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)的施工原則。4.3.2黃土隧道的施工方法及注意事項(xiàng)4.3黃土地段隧道施工1.黃土隧道的施工方法（3）開(kāi)挖方法宜采用短臺(tái)階法或分部開(kāi)挖法（留核心法），初期支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖面施作。（4）采用復(fù)合式襯砌，開(kāi)挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐作初期支護(hù)，形成嚴(yán)密的支護(hù)體系。（5）做好洞頂、洞門以及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫。4.3黃土地段隧道施工2.黃土隧道施工的注意事項(xiàng)（1）施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)用噴射混凝土封閉、加設(shè)錨桿、架立鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)。（2）施工時(shí)應(yīng)特別注意拱腳與墻腳處的斷面，如超挖過(guò)大，應(yīng)用漿砌片石回填。（3）黃土隧道施工時(shí)宜先作仰拱，如果不能先作仰拱，可在開(kāi)挖與灌注仰拱前加設(shè)橫撐。（4）施工中如發(fā)現(xiàn)不安全因素，應(yīng)暫停開(kāi)挖，加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)。4.4溶洞地段隧道施工4.4.1溶洞的類型及對(duì)隧道施工的影響1.溶洞的類型溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。2.溶洞對(duì)隧道施工的影響（1）隧道穿過(guò)可溶性巖層時(shí)，有的溶洞巖質(zhì)破碎，易發(fā)生坍塌。（2）溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難處理。（3）遇飽含水分的充填物溶槽，坑道掘至其邊緣時(shí)，含水充填物會(huì)涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開(kāi)裂下沉，山體壓力劇增。（4）當(dāng)遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥沙夾水大量涌入隧道。4.4溶洞地段隧道施工4.4.2隧道遇到溶洞的處理措施（1）隧道通過(guò)巖溶區(qū)時(shí)，應(yīng)查明溶洞分布的范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，據(jù)以確定施工方法。（2）隧道穿過(guò)巖溶區(qū)，可采用探孔或物探等方法探明地質(zhì)情況。（3）巖溶地段隧道通常用到的處理溶洞的方法有“引”“堵”“越”“繞”四種。4.4溶洞地段隧道施工4.4.3溶洞地段隧道的施工要點(diǎn)（1）當(dāng)施工達(dá)到溶洞邊緣時(shí)，各工序應(yīng)緊密銜接，支護(hù)和襯砌趕前。（2）施工中應(yīng)注意檢查溶洞頂部，及時(shí)處理危石。（3）在溶洞地段的爆破作業(yè)應(yīng)多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量且減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。4.4溶洞地段隧道施工（4）在溶洞充填體中掘進(jìn)，如充填物松軟，可用超前支護(hù)施工；如充填物為極松散的礫石、塊石堆積或流塑狀黏土及砂黏土等，可在開(kāi)挖前采用地表注漿、洞內(nèi)注漿或地表和洞內(nèi)注漿相結(jié)合的方法進(jìn)行加固；如遇顆粒細(xì)、含水量大的流塑狀土壤，則可采用劈裂注漿技術(shù)注入水泥漿或水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行加固。（5）在未對(duì)溶洞做出處理方案之前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.5.1松散地層隧道施工1）超前錨桿或超前小導(dǎo)管2）超前管棚法1.超前支護(hù)3.降水、堵水2.超前小導(dǎo)管預(yù)注漿4.5松散地層和流沙地段隧道施工4.5.2流沙地段隧道施工1.加強(qiáng)調(diào)查，制定方案2.因地制宜，綜合治水3.先護(hù)后挖，加強(qiáng)支護(hù)4.盡早襯砌，封閉成環(huán)4.6巖爆地段隧道施工4.6.1巖爆的特點(diǎn)及產(chǎn)生的主要條件1.巖爆的特點(diǎn)（1）巖爆在未發(fā)生前并無(wú)明顯的預(yù)兆（雖然經(jīng)過(guò)仔細(xì)找頂并無(wú)空響聲）。（2）巖爆時(shí)，巖塊自洞壁圍巖母體彈射出來(lái)，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀，塊度大小多為幾厘米長(zhǎng)寬的薄片，個(gè)別達(dá)幾十厘米長(zhǎng)寬。（3）巖爆發(fā)生的地點(diǎn)多在新開(kāi)挖工作面及其附近，個(gè)別的也有距新開(kāi)挖工作面較遠(yuǎn)。巖爆發(fā)生的頻率隨暴露后的時(shí)間延長(zhǎng)而降低。一般巖爆發(fā)生在16d之內(nèi)。4.6巖爆地段隧道施工2.巖爆產(chǎn)生的主要條件地層的巖性條件和地應(yīng)力的大小是巖爆產(chǎn)生與否的兩個(gè)決定性因素。從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，巖爆的形成過(guò)程是巖體中的能量從儲(chǔ)存到釋放直至最終使巖體破壞而脫離母巖的過(guò)程。因此，巖爆是否發(fā)生及其表現(xiàn)形式主要取決于巖體中是否儲(chǔ)存了足夠的能量，是否具有釋放能量的條件及能量釋放的方式等。4.6.2巖爆的防治措施2.弱化圍巖弱化圍巖主要措施是注水、超前預(yù)裂爆破、排孔法、切縫法等。1.強(qiáng)化支護(hù)強(qiáng)化支護(hù)的措施很多，如噴射混凝土或噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、錨噴支護(hù)、鋼支撐網(wǎng)噴聯(lián)合，緊跟混凝土襯砌等。4.6巖爆地段隧道施工4.6.3巖爆地段隧道的施工要點(diǎn)4.6巖爆地段隧道施工（1）平行導(dǎo)坑應(yīng)掘進(jìn)超前正洞一定距離。（2）爆破應(yīng)選預(yù)先釋放部分能量的方法。爆破時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制用藥量。（3）根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和規(guī)模情況，必要時(shí)應(yīng)考慮縮短爆破循環(huán)進(jìn)尺。（4）巖爆引起塌方時(shí)，應(yīng)迅速將人員和機(jī)械撤到安全地段，采用摩擦型錨桿進(jìn)行支護(hù)；采用鋼纖維噴射混凝土；掛鋼筋網(wǎng)或用鋼支撐加固。4.7.1高地溫的熱源4.7高地溫地段隧道施工1.火山巖漿集中處的熱能2.放射性元素的裂變熱源4.7高地溫地段隧道施工4.7.2高地溫地段隧道的施工要點(diǎn)（1）為保證隧道施工人員進(jìn)行正常的安全生產(chǎn)，我國(guó)有關(guān)部門對(duì)隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定。（2）為達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在施工中一般采取通風(fēng)、灑水及通風(fēng)與灑水相結(jié)合的措施。4.7高地溫地段隧道施工（3）為防止二次混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫，應(yīng)采取下列措施。①為了防止高溫時(shí)的強(qiáng)度降低，應(yīng)選定合適的水灰比，并考慮到對(duì)溫泉水的耐久性，宜采用高爐礦渣水泥（分離粉碎型水泥）。②在防水板和混凝土襯砌之間設(shè)隔熱材料。③把一般襯砌混凝土的澆筑長(zhǎng)度適當(dāng)縮短。④用防水板和無(wú)紡布組合成緩沖材料。⑤在兩拱角的延長(zhǎng)方向適當(dāng)設(shè)裂縫誘發(fā)縫。4.8瓦斯地層隧道施工4.8.1瓦斯的基本知識(shí)1.瓦斯的基本性質(zhì)（1）瓦斯（沼氣）為無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味氣體，當(dāng)其與碳化氫或硫化氫混合在一起時(shí)，會(huì)釋放出類似蘋(píng)果的香味。（2）瓦斯的比重為0.554，僅占空氣的一半。（3）瓦斯不能自燃，但極易燃燒，其燃燒的火焰顏色隨瓦斯?jié)舛鹊脑龃蠖儨\。當(dāng)空氣中含有少量瓦斯時(shí)，火焰呈藍(lán)色；當(dāng)其濃度達(dá)到5%左右時(shí)，火焰呈淡青色。4.8瓦斯地層隧道施工2.瓦斯的燃燒和爆炸性瓦斯燃燒時(shí)，遇到障礙而受壓縮，即能轉(zhuǎn)燃燒為爆炸。爆炸時(shí)能發(fā)生高溫、封閉狀態(tài)的爆炸（即容積為常數(shù)），溫度可達(dá)2150℃～2650℃；能向四周自由擴(kuò)張時(shí)的爆炸（即壓力為常數(shù)），溫度可達(dá)1850°C?？拥乐邪l(fā)生瓦斯爆炸后，坑道中完全無(wú)氧，而充滿氮?dú)?、二氧化碳及一氧化碳?xì)怏w。這些有害氣體將很快傳布到鄰近的坑道和工作面，凡是來(lái)不及躲避的人，都會(huì)中毒而窒息，甚至死亡。4.8瓦斯地層隧道施工4.8瓦斯地層隧道施工（1）瓦斯的滲出（2）瓦斯的噴出（3）瓦斯的突出3.瓦斯放出的類型4.8瓦斯地層隧道施工4.8.2瓦斯地層隧道的施工要點(diǎn)1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（1）若隧道穿過(guò)瓦斯溢出地段，則應(yīng)預(yù)先確定瓦斯探測(cè)方法，并制定瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。（2）隧道通過(guò)瓦斯地區(qū)的施工方法宜采用全斷面開(kāi)挖。（3）加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯爆炸最有效方法。4.8瓦斯地層隧道施工1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（4）洞內(nèi)空氣中允許的瓦斯?jié)舛葢?yīng)按以下規(guī)定進(jìn)行控制。①洞內(nèi)總回風(fēng)風(fēng)流中允許的瓦斯?jié)舛刃∮?.75%。②從其他工作面進(jìn)來(lái)的風(fēng)流中允許瓦斯?jié)舛刃∮?.5%。③掘進(jìn)工作面允許的瓦斯?jié)舛仍?%以下。④工作面裝藥爆破前允許的瓦斯?jié)舛仍?%以下。如瓦斯?jié)舛瘸^(guò)上述規(guī)定，則工作人員必須立即撤到符合規(guī)定的地段，并切斷電源。4.8瓦斯地層隧道施工1.防止瓦斯事故發(fā)生的措施（5）當(dāng)開(kāi)挖工作面風(fēng)流中和電動(dòng)機(jī)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí)，須停工、停機(jī)，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。（6）瓦斯隧道必須加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯積聚。（7）當(dāng)開(kāi)挖進(jìn)入煤層，瓦斯排放量較大，使用一般的通風(fēng)手段難以將空氣稀釋到安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可使用超前周邊全封閉預(yù)注漿。（8）采用防爆設(shè)施。4.8瓦斯地層隧道施工2.嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制度（1）瓦斯檢查制度。（2）洞內(nèi)嚴(yán)禁使用明火，嚴(yán)禁將如火柴、打火機(jī)、手電筒及其他易燃品帶入洞內(nèi)。（3）進(jìn)洞人員必須經(jīng)過(guò)瓦斯知識(shí)和防止瓦斯爆炸的安全教育。搶救人員未經(jīng)專門培訓(xùn)不準(zhǔn)在瓦斯爆炸后進(jìn)洞搶救。（4）必須挑選工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、有一定業(yè)務(wù)能力、經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)、考試合格的瓦斯檢查人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。4.9.1發(fā)生塌方的主要原因4.9隧道施工塌方處理

1.不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.隧道設(shè)計(jì)考慮不周

3.施工方法和措施不當(dāng)4.9.2預(yù)防塌方的施工措施4.9隧道施工塌方處理1.選擇安全合理的施工方法和措施2.加強(qiáng)塌方的預(yù)測(cè)3.加強(qiáng)初期支護(hù)，控制塌方4.9.3隧道塌方的處理措施4.9隧道施工塌方處理（1）隧道塌方時(shí)應(yīng)及時(shí)、迅速地進(jìn)行處理。（2）處理塌方時(shí)應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展，并按下列方法進(jìn)行處理。①對(duì)于小塌方（縱向延伸不長(zhǎng)、坍穴不高），先加固坍體兩端洞身，并噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護(hù)封閉坍穴頂部和側(cè)部，再進(jìn)行