軟巖隧道施工.ppt

1、軟巖隧道施工,工程軟巖 軟巖分類 軟巖隧道破壞機理 軟巖隧道特點 軟巖隧道變形破壞的主要特征 軟巖隧道病害的原因簡述 軟巖隧道設計與施工建議 軟巖隧道支護對策 防止軟巖隧道病害方法 軟巖隧道開挖方式,工程軟巖,是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。隧道工程軟巖亦稱松軟巖層，不僅是指圍巖巖體松軟，而且指圍巖不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定。軟巖是一種特殊的巖類，從巖石固有的特性來說，它具有軟的形態(tài)，而從工程應用的觀點來看，它又是“弱”的，進入軟巖狀態(tài)的隧道，其強度特性、泥質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)面特點及其塑性變形力學特點差異很大。,軟巖分類,軟巖可分為4大類： 1、膨脹性軟巖 2、高應力軟巖 3、節(jié)理化軟巖 4、

2、復合型軟巖,軟巖隧道破壞機理,在隧道開挖過程中，由于巖體的天然應力平衡狀態(tài)遭到破壞，引起隧道周圍巖體的卸荷回彈和應力重分布，當這種回彈應力和重分布應力超過圍巖強度所能承受的范圍時，將造成巖體的失穩(wěn)破壞 。,軟巖隧道特點,（1）承載力低、變形大 （2）圍巖不穩(wěn)定 （3）安全隱患大 （4）變形速率大，收斂時間長，變形控制難 （5）運營病害嚴重 （6）投資增加,軟巖隧道開挖方法,中隔壁（CD）法 交叉中隔壁（CRD法） 雙側(cè)壁導坑法,中隔壁法（CD法） 左、右側(cè)各工作面每循環(huán)進尺不得超過設計一榀拱架距離，左、右側(cè)開挖完成后應及時施作初期支護和中隔壁臨時支護。 左右部上中臺階高度不大于3.5m，左右各

3、臺階長度3-5m，左右兩側(cè)縱向距離小于1-2倍隧道直徑，且不大于15m。周邊輪廓應盡量圓順，減少應力集中。當開挖形成全斷面時，應及時完成全斷面初期支護閉合。 根據(jù)監(jiān)控量測信息，初期支護穩(wěn)定后拆除中隔壁臨時支護，中隔壁的拆除應滯后于仰拱，一次拆除長度不宜大于15m，并加強監(jiān)控量測，拆除后應立即施作二次襯砌。 應配備適合導坑開挖的小型機械設備、機具，提高導坑開挖效率。,交叉中隔壁法（CRD法） 上臺階開挖循環(huán)進尺控制在1榀拱架距離內(nèi)，中下臺階控制在1-2榀拱架距離。 上、中臺階高度控制為2.5m臺階長度為3-5m，左右兩側(cè)縱向距離宜小于1倍隧道洞涇。周邊輪廓應盡量圓順，減小應力集中。當開挖形成全斷

4、面時，應及時完成全斷面初期支護閉合。 中隔壁臨時支護的拆除參照CD法。 采用CRD法施工宜設置臨時仰拱，步步成環(huán)，開挖自上而下，交叉進行。,雙側(cè)壁導坑法 兩側(cè)壁導坑和中部上臺階每循環(huán)進尺控制在1榀拱架距離（0.5-0.75m）內(nèi)，下臺階可控制在兩榀拱架距離內(nèi)（1-1.5m）。 側(cè)壁導坑形狀應近于橢圓形斷面，導坑斷面宜為正個斷面的13，導坑跨度不應大于0.3倍隧道寬度；左右導坑施工時，前后錯開距離為10-15m，中間土體滯后側(cè)壁10-15m；左右部的臺階開挖高度不應超過3.5m，臺階長度控制在2-3m，周邊輪廓應盡量圓順，減小應力集中。 中隔壁臨時支護的拆除參照CD法相關(guān)要求。,軟巖隧道變形破壞

5、的主要特征,（1）軟巖隧道變形具有蠕變變形三階段的規(guī)律，并具有明顯的時間效應 （2）軟巖隧道多為環(huán)向受壓，且非對稱 （3）軟巖隧道變形隨深度增加而增大 （4）軟巖的失水和吸水均可造成軟巖發(fā)生膨脹變形破壞或泥化破壞 （5）底板圍巖承載力不足造成隧道結(jié)構(gòu)整體沉降 （6）支護時間不適宜，從而破壞隧道支護結(jié)構(gòu),軟巖隧道病害的原因簡述,內(nèi)在的地質(zhì)因素認識不全面 （1）工程地質(zhì) 對于軟巖大多數(shù)時候?qū)ζ鋸姸?、剛度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況和膠結(jié)程度比較重視，開挖方法和支護結(jié)構(gòu)多從這方面考慮，只顧及短期穩(wěn)定，往往忽視膠結(jié)物的性能、膨脹性礦物的含量等，這些均是軟巖隧道后期變形和造成隧道支護荷載劇增的內(nèi)在因素。 （2）水文

6、地質(zhì) 水的影響包括圍巖固有含水、地下徑流水及工程用水，水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時降低巖石強度。,外部因素考慮不周全 隧道施工是連續(xù)不間斷持續(xù)推進、鄰近隧道（左、右洞）大多同期施工等產(chǎn)生的擾動應力、應力重分布多次且持續(xù)時間較長、相互疊加等外部因素與圍巖固有的垂直應力、構(gòu)造殘余應力共同疊加對隧道變形影響更大。,施工排水處理不當 水是軟巖隧道變形、破壞之源，尤其是對膨脹巖。水不僅造成粘土質(zhì)巖的膨脹，同時降低巖石強度。 施工時往往只是簡單的疏排，造成地下水通過圍巖裂隙流徑通道浸泡圍巖，同時施工水（如錨桿鉆孔水、其他排放水）和隧道底板、拱墻腳積水浸泡圍巖，

7、使得圍巖膨脹、軟化、泥化。,時空效應作用 時間因素流變是軟巖特性之一，隧道變形和時間密切相關(guān)。二襯開裂隧道均在初支未收斂時開始二襯，甚至在初支完成不足1周即施做二襯。 步距：二襯與掌子面保持一定距離，一是給圍巖預留變形時間，二是減小掌子面爆破震動對二襯的不利影響，三是作業(yè)掌子面開挖、支護作業(yè)空間的需要。,超前預支護效果不好 超前管棚間距過大或外插角控制不好，開挖時割除，造成圍巖變形、坍塌；超前小導管長度與開挖高度不匹配，巖土破裂線超出小導管支護長度，引起圍巖滑移變形；注漿固結(jié)圍巖未達到效果，開挖時圍巖變形或坍塌。,初支背后空隙未注漿回填 初期支護背后脫空，圍巖與支護不密貼，不能共同承載，違背新

8、奧法原理（圍巖與支護共同形成支護體、共同承載），造成圍巖無約束變形，使得松動圈（荷載體）加大，圍巖及支護變形破壞。,初期支護未及時封閉 無論是臺階法開挖還是CD法開挖或者雙側(cè)壁導坑法開挖，初期支護都應封閉成環(huán)，約束變形，提高承載能力。若開口支護，支護腳必須有效鎖定，防止沉降或水平移動（內(nèi)移），從而約束變形。,不重視仰拱 仰拱未設置與拱墻等強的初期支護及二次襯砌，在構(gòu)造應力和邊墻重力應力作用下隆起或破壞；仰拱與拱墻隨意連接，不能側(cè)墻剪應力作用下位移、破壞二襯；仰拱分幅施工，縱向施工縫未處理好，消弱承載力；仰拱基底應力不滿足荷載要求，引起沉降。,軟巖隧道設計與施工建議,軟巖隧道支護原理 根據(jù)軟巖的

9、特性，考慮目前通行的新奧法施工原理，軟巖隧道支護依然應充分利用和發(fā)揮自承能力。支護結(jié)構(gòu)應考慮以下一些因素： 剛性支護與適度泄壓相結(jié)合 必須改變傳統(tǒng)的單純提高支護剛度的思想，支護結(jié)構(gòu)及強度應與加固圍巖、提高圍自承能力相結(jié)合，與圍巖變形及強度相匹配，單純提高支護剛度既不經(jīng)濟也難以抵抗強大的地應力荷載。,卸壓、加固與支護相結(jié)合 根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造分析圍巖應力的作用形態(tài)，找出主要影響應力，統(tǒng)籌考慮.對高地應力區(qū)，要卸得充分；對大變形區(qū)，要讓得適度；對松散破碎區(qū)，要注意整體加固；及時支護并非即刻支護，但對隧道圍巖整體要支護住,堅持信息化指導 必須進行圍巖變形量測、支護內(nèi)力監(jiān)測、圍巖應力監(jiān)測，準確掌握圍巖

10、及支護變形的活動狀態(tài)、受力狀態(tài)和穩(wěn)定情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定二次支護結(jié)構(gòu)的參數(shù)，確定補強時間，二襯時間和仰拱封閉時間,軟巖隧道支護對策,根據(jù)現(xiàn)代巖石力學理論：隧道圍巖既是支護壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應力的承載體，而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。支護的作用在于維護和提高松動圍巖的殘余強度，充分發(fā)揮圍巖的承載能力。因此，在軟巖隧道支護中，要遵循以下幾方面原則：,封閉巖面，維護和保持圍巖殘余強度 隧道開挖后及時噴混凝土封閉巖面，防止水蝕、風化，減少圍巖強度損失；采用利于保持圍巖強度的方法，如：光面爆破或非爆破開挖。,采取技術(shù)措施，提高圍巖殘余強度 （1）快速支護，促成圍巖二維應力盡快轉(zhuǎn)換成三維應力狀態(tài)，可

11、有效提高圍巖殘余強度。 （2）采用密布長錨桿將破碎圍巖錨固起來，恢復和提高破裂圍巖的殘余強度，形成具有較高承載能力和可塑性的錨固層。 （3）隧道開挖后，洞內(nèi)徑向注漿加固圍巖，提高松動圈圍巖強度。 （4）預注漿加固地層巖石強度，是淺埋和斷層破碎帶及未固結(jié)松散巖土提高強度及承載力最為有效的途徑。,優(yōu)化技術(shù)方案，充分發(fā)揮圍巖承載能力 （1）優(yōu)化隧道斷面。軟巖隧道中，圓形隧道支護結(jié)構(gòu)的承裁能力最大(均勻應力場)，軟巖隧道斷面盡可能采用圓形斷面或近似圓形斷面，杜絕直墻斷面和無仰拱斷面。 （2）支護結(jié)構(gòu)全斷面等強。軟巖隧道支護所承受的荷載主要是圍巖的變形壓力，它來自于隧道的四周，包括隧道底扳。支護結(jié)構(gòu)必須

12、全周等強，否則任意薄弱環(huán)節(jié)（包括底板）都可能造成支護整體失敗。 （3）初期支護適度柔性。軟巖隧道中，圍巖變形壓力是支護結(jié)構(gòu)的主要荷載，一般剛性支護難以抵抗強大的圍巖壓力而破壞，使圍巖處于事實上的無支護狀態(tài)。采用適度柔性的支護（如：錨網(wǎng)噴混凝土和可伸縮型鋼支架），可實現(xiàn)收縮讓壓，減少支護受力，讓圍巖發(fā)揮更大承載能力。,(4)剛性二次襯砌提供最終支護體系，穩(wěn)定圍巖。軟巖隧道采用一次強阻力剛性支護來維護圍巖是不能成功的，應在圍巖變形趨于穩(wěn)定后適時施做二次襯砌，給隧道圍巖提供最終支護強度和剛度，以保持隧道校長時間的穩(wěn)定性和安全儲備。 （5）提高地基承載力，防止整體沉降。隧道及圍巖既是承載體也是荷載體，

13、軟弱、可壓縮的軟弱地基（包括仰拱及墻腳）應進行改良處理（如：注漿、管樁及其他改良方法），提高底板圍巖承載力，有效抑制整體沉降。,防止軟巖隧道病害方法,軟巖隧道施工方法選擇十分重要，甚至是隧道建設成敗的關(guān)鍵。軟巖隧道的施工技術(shù)方案、施工方法和施工組織管理應遵循“保圍巖、嚴控水、強基腳、穩(wěn)巖壁、早封閉、剛二襯、勤量測”的原則。,施工方案必須從維護圍巖穩(wěn)定出發(fā)（保圍巖） 維護圍巖穩(wěn)定，保護圍巖殘余應力和提高圍巖自身承載能力是新奧法的基本原理。具體可采取以下措施： （1）超前預支護（管超前）。根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況，采用管棚（洞口淺埋破碎段及斷層破碎帶）或小導管（一般軟巖段）或鋼插板（流沙、淤泥質(zhì)土或特別

14、軟弱土層、沙層、黃土層、坍方處理）等手段對圍巖進行超前支護，可有效抑制開挖過程中圍巖的變形或坍塌，防止圍巖松動而降低強度及穩(wěn)定性。,（2）注漿固結(jié)（嚴注漿）。大多數(shù)軟弱圍巖的結(jié)構(gòu)面間隙大，沙土、礫石土、角礫巖、強風化巖粒和破碎帶孔隙率大、密實度差，這類圍巖自身強度和穩(wěn)定性極差，通過注漿充填和粘結(jié)，有利于圍巖整體化，可極大提高圍巖強度和承載力。淺埋段可從地表向下整體注漿固結(jié)；埋深較大段落可從洞內(nèi)采用帷幕注漿加固一定范圍圍巖（一般不宜小于洞身輪廓外5m）；開挖時可基本穩(wěn)定段落可在初支后進行徑向注漿加固（一般不宜小于洞身輪廓外3m）；一般軟巖段應對支護背后進行回填注漿，保證初支與圍巖密貼，共同受力。

15、注漿材料可采用水泥砂漿（孔隙率較大）、水泥漿（孔隙率一般）、超細水泥漿（孔隙率很?。⑺嗨Ａщp液漿（地下水豐富地段）。 （3）弱爆破或非爆破開挖（少擾動）。采用光面爆破、微震松動爆破，有條件時采用機械挖掘，不得已時可采用人工挖掘，盡可能減少人為擾動圍巖。,提高支護基腳牢固性是防止支護失效的基礎（強基腳） 支護破壞往往是因為基腳不牢固在圍巖側(cè)壓力作用下內(nèi)移，在圍巖重力應力作用下沉降，使得支護整體變形降效，甚至破壞失效，造成圍巖大變形或失穩(wěn)坍塌。必須對支護金屬構(gòu)件或其他構(gòu)件的基腳鎖定，常用水平鎖腳錨桿或樹樁鎖腳錨桿將圍巖與支護牢固連接；基腳必須放置于未破壞或浸蝕的原巖上，并防止水浸泡；將基腳噴

16、混凝土擴大（一般50cm）或大塊木板（混凝土板）塞墊是必要的；特別軟弱的土質(zhì)、流沙質(zhì)、斷層泥帶、飽和高液限全風化巖土、采空區(qū)、下伏巖溶等仰拱基底應預先進行基底處理（可改良土、可設置管樁、換填等）。,開挖方法有利于墻壁及掌子面穩(wěn)定（穩(wěn)巖壁） 軟巖失穩(wěn)很多時候是因為側(cè)壁及掌子面圍巖剪切滑移造成拱部及整體失穩(wěn)坍塌，不得忽視。對于大斷面可以采用微臺階法、臺階法、CD法、CRD法降低邊墻高度和洞室跨度，增加邊墻約束；掌子面臺階長度與高度匹配（長度大于破裂面23m）；掌子面噴混凝土（510cm）臨時支護；邊墻支護強度與拱部等強。,支護盡早封閉成環(huán)有利于結(jié)構(gòu)承載（早封閉） 由于軟巖易風化、變形快、來壓快，開

17、挖后及時支護，仰拱盡早封閉成環(huán)；分部開挖應設臨時仰拱封閉。拱墻初期支護及臨時仰拱應與開挖同步，每循環(huán)封閉。仰拱及可略滯后開挖，但不宜大于30m，同時考慮變形情況必要時緊跟開挖面。,二襯強度及剛度必須考慮承載（剛二襯） 規(guī)范規(guī)定的軟弱圍巖不收斂時及早二襯，針對圍巖的地質(zhì)情況應甄別對待二襯后變形能穩(wěn)定、二襯后繼續(xù)變形。 軟巖僅靠初期支護是不能滿足抗壓要求，同時軟巖初支需要一定柔性滿足變形需求，加之軟巖的流變壓力，必須考慮二襯承受一定壓力，其強度和剛度應滿足這種需求，一般應考慮鋼筋混凝土，且全斷面等強（含仰拱）。二襯時間應根據(jù)變形量測信息確定，正常收斂變形時，應在基本趨于穩(wěn)定時二襯，減少二襯壓力；變

18、形不收斂或異常突變時，應立即進行加強的二襯，防止圍巖及初支過大變形破壞或失穩(wěn)坍塌,加強量測，保證信息化建設管理（勤量測） 監(jiān)控量測是新奧法的支柱之一，也是軟巖隧道施工管理的必須手段。通過監(jiān)控量測及其數(shù)據(jù)分析，對隧道的變形及穩(wěn)定進行可靠判斷，根據(jù)量測結(jié)果確定支護參數(shù)，既保證安全又節(jié)省投資；根據(jù)變形監(jiān)測可預測坍方，及早采取措施，保證安全和質(zhì)量。施工期間因?qū)⒈O(jiān)控量測作為一道實實在在的工序來實施和管控。 由于軟巖較硬巖的勻質(zhì)性更差，突變性更強，量測斷面布置需更密,一般考慮510m設一量測斷面，必要時可更密；量測應及時（開挖后24h內(nèi)應測得首次數(shù)據(jù)），頻率應加大（未見穩(wěn)定趨勢時2次/d，收斂趨勢時1次/d），基本穩(wěn)定后應持續(xù)714d；必要時，二襯后應設置監(jiān)控量測點，長期監(jiān)測；分部開挖的每部都應進行監(jiān)測，必要時底板變形也應納入監(jiān)測。凈空收斂變形和拱頂沉降必須作為必測項目，巖石應力、拱架應力、錨桿應力、噴混凝土及二襯應力可作為選側(cè)項目實施。,辯證診斷軟弱圍巖