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文本内容:
隧道不良地质施工常见防治措施一.不良特殊地址地段概述一.不良和特殊地质地段的概念
(一)不良地质地段不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境
(二)特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀岩地层、断层破碎带、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等
二、开挖和支护过程中可能造成的危害
1、土石坍塌
2、隧道支撑严重变形
3、衬砌结构断裂二次衬砌第一次60cm、第二次30cm深孔长套管劈裂注浆注浆方法分段长套管前进式注浆、挤压注浆、渗透注浆注浆材料水泥一水玻璃双浆液注浆施工拱部大管棚注浆施工、突水涌泥段注浆施工、极软致密原状地层中的注浆施工
6、施工效果提前
1.5个月贯通三■膨胀性和挤压性围岩一.基本概念膨胀岩矿物成分亲水性矿物,蒙托石、伊利石特性吸水膨胀软化,失水收缩硬裂挤压性围岩强度低,在高地应力作用下产生〃剪胀〃
二、膨胀性围岩的基本特征与分级一膨胀岩基本特征1质软,强度低2自由膨胀率高3空隙率大4易风化、崩解性强5膨胀压力大二膨胀岩的判别与分级判别依据间接反应岩石膨胀指标直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标
三、膨胀性围岩对隧道施工的危害围岩普遍开裂坑道下沉围岩膨胀突出和坍塌隧道底部隆起衬砌严重变形和破坏四.高地应力作用下的软岩.高地应力软岩的概念当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时,才能称为高地应力或极高应力.高地应力挤压性围岩的变形特点变形量大最大变形可达数10cm至100cm以上家竹箸隧道初期支护周边位移曾达210cm一般80〜100cm拱顶下沉60〜80cm隧道隆起80cmo堡子梁隧道排架下沉120cm边墙向下挤进30〜40cm关角隧道底鼓约100cm边墙向内挤很大乌鞘岭隧道岭脊段最大水平收敛达1209mm最大拱顶下沉367mm平均累计变形按F
4、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别为90〜120mm、200〜400mm、150〜550mm变形速度高家竹箸隧道初期支护变形速度达3〜4cm/d奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达20cm/d,一般也达5〜10cm/d乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开始阶段变形速率最高达167mm/d,最大变形速率按F
4、F
5、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别可达73mm/d、143mm/d、165mm/d、167mm/de变形持续时间长由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度,开挖后应力重分布的持续时间长变形的收敛持续时间也较长短者数十天,长者数百天,一般也需百多天家竹箸隧道收敛时间在百天以上日本惠那山隧道时间大于300天,阿尔贝格隧道收敛时间为100〜150d乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d-般要40〜50d支护破坏形式多样喷层开裂、剥落;型钢拱架或格栅发生扭曲;底部隆起;支护侵限;衬砌严重开裂等围岩破坏范围大高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加,破坏范围增大特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时围岩破坏范围可达5倍洞径五.挤压性围岩的隧道设计理念膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的方法(柔性结构设计),另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法(刚性结构设计)L柔性结构设计
(1)先行导坑法2多重支护方法3可缩式支护方法4分阶段综合控制法.刚性结构设计1大刚度支护和衬砌结构2大范围围岩加固法六.膨胀性及挤压性围岩隧道施工L加强调查、量测围岩的压力和流变特性.合理选择施工方法.防止围岩湿度变化.合理进行围岩支护Q喷锚支护,稳定围岩2衬砌结构及早闭合.适时衬砌控制变形典型的大变形隧道奥地利的陶恩隧道阿尔贝格隧道日本的惠那山隧道我国的家竹箸隧道
七、工程实例一一乌鞘岭隧道1工程概况兰州至武威段该线东起兰州站,经河口南、永登至打柴沟,翻越乌鞘岭至武威南站,全长二百九十八公里,随着西部大开发客货运输量的急剧增加,目前的单线能力远远不能满足需求,只能靠增建二线铁路来解决设计为两座单线隧道,隧道长20050m,隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上,右、左缓和曲线伸入隧道分别为
68.84m及
127.29m隧道其余地段均位于直线上,线间距40m两隧道线路纵坡相同主要为11%的单面下坡,右线隧道较左线隧道高
0.56〜
0.73m洞身最大埋深1100m左右隧道左、右线均采用钻爆法施工,右线隧道先期开通隧道辅助坑道共计15座,其中斜井13座,竖井1座,横洞1座2工程特点地质构造发育地应力高、分布复杂围岩软弱,开挖变形量显著围岩流变性能显著隧道规模大,工期紧,任务重施工环境复杂,工程质量要求高3施工变形情况左线隧道最大拱顶下沉1053mmDK177+495一般在500~600mm左右,平均下沉30~35mm/d;右线隧道最大拱顶下沉227mmYDK177+610一般在100~200mm左右左线隧道内轨上L5m收敛值最大1034mmDK177+590-般为700mm左右拱脚最大978mm一般为300〜700mm右线隧道内轨上4m收敛值最大548mmYDK177+590一般为300~400mm左右4设计情况5施工方案适合大型设备快速施工要求的台阶法开挖技术:超前注浆小导管围岩加固技术系统中长锚杆(管)围岩加固技术拱脚小直径锚索加固技术多重支护、分次施作技术提高二次衬砌刚度、适时施作二次衬砌技术活动性断层带隧道结构处理技术
四、黄土地质
一、黄土分类及对隧道工程的影响
(一)黄土分类按形成年代分为老黄土新黄土三.不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定:
1、制定完整预案,做好技术、物资、机械储备
2、制定地质预测、预报方案
3、根据预报结果及时调整施工方案
4、必须加强量测工作,并及时反馈量测结果四.不良地质地段隧道施工注意事项L选择施工方法注意事项选择施工方法(包括开挖及支护)时,应以安全及工程质量为前提,综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术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施工以〃先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进〃为指导原则
2.加强监控和量测工作按塑性指数Ip的大小可分为黄土质粘砂土1IPW7黄土质砂粘土7Ip417黄土质粘土17Ip二黄土地层对隧道工程的影响1黄土节理影响在隧道开挖时,土体容易顺着节理张松或剪断2黄土冲沟地段对施工的影响当隧道在较长的范围内沿着冲沟或壕边平行走向,而覆盖较薄或偏压很大的情况下,容易发生较大的坍塌或滑坡现象3黄土溶洞与陷穴影响隧道若建在其上方,则有基础下沉的危害隧道若修建在其下方,常有发生冒顶的危险隧道若修建在其邻侧,则有可能承受偏压,使围岩与衬砌处于不利的受力状态4水对黄土隧道施工的影响湿陷性运输困难
二、黄土隧道施工的注意事顶1黄土隧道的施工应采用机械挖掘,不宜采用钻爆法施工2开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法留核心法,初期支护应紧跟开挖面施作3施工时特别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,应立即采取喷混凝土或采取其它措施进行加固黄土隧道软弱地基处理的方法比较多,施工中根据实际情况选择4避免黄土围岩开挖后暴露时间过长,围岩周壁风化至内部,围岩体松弛加快,进而发生坍方5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6喷射混凝土时喷射机的压力一般不宜超过
0.2MPa7锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔.使用喷锚技术注意事项1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2锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时,应及早装设钢拱架支撑加强支护.采用临时支护时注意事项1支撑要有足够的强度和刚度,能承受开挖后的围岩压力2围岩出现底部压力,产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁3当围岩极为松软破碎时,应采用先护后挖,暴露面应用支撑封闭严密;4根据现场条件,可结合管棚或超前锚杆等支护,形成联合支撑5支护作业应迅速、及时,以充分发挥构件支撑的作用.选用掘进方法时注意事项特殊地质地段隧道施工时,不宜采用全断面开挖应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理选用.掘进时遇有围岩压力过大注意事项: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分的拱圈,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分挑顶作业宜先护后挖,暴露面应用支撑封闭严密.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法,以提高其自稳性.衬砌出现开裂或下沉时注意事项当拱脚、墙基松软时,灌筑混凝土前应采取措施加固基底二.富水断层破碎围岩
一、概述断层破碎带是隧道施工中最常见的不良地质地段,断层带内岩体挤压破碎,常呈块石、碎石或角砾状有的甚至呈断层泥,岩体强度低,围岩压力增大,自稳能力下降,容易坍塌,施工困难富水软岩是指在各类土质、软岩、极严重风化的各种岩层、极软弱破碎的断层带以及堆积、坡积层中,在富含地下水的情况下,岩体强度很低,自稳能力极差的围岩二.开挖施工要求
(一)充分应用超前地质预报.预报方法地质预报方法主要有钻孔超前探测;对超前导坑进行地质、水文观测素描;地震波、声波、地质雷达等物理探测.预报的重点内容预测开挖面前方的地质情况,围岩整体性、断层、软弱破碎带在前方的位置和对施工的影响,地下水活动情况等.预报方式
①长期预报总体预报,预报断层规模、分布、性质、构造分带,富水性等,并分段作出工程地质评价
②中期预报岩石微观构造研究工程地质类比地震反射波法(TSP原理、TSP现场)地质雷达法瞬变电磁法长距离地质超前钻孔
③短期预报利用超前炮孔预报掌子面超前地质钻孔预报
(二)注浆堵水并加固围岩富水软弱破碎围岩隧道处理地下水原则一般是以堵截为主,排引为辅采用注浆堵水结合超前钻孔限量排水特大涌水采用辅助导坑排水堵截地下水的办法主要有两类整个富水段进行注浆止水,并加固松散岩体对富水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆,形成止水帐幕,防止或减小地下水进入开挖工作面排水辅助措施有导坑、钻孔等,目的是排水降压当地下水与地表水连通时,埋深小于20m采用地表注浆,埋深大于20m时采用洞内注浆=开挖及支护开挖施工要求单线隧道采用正台阶预留核心土环形开挖法,双线和多线隧道采用CD法、CRD法或双侧壁导坑法循环进尺
0.5〜
1.0m开挖手段上,采取两种方法,一是在特别软弱的围岩段,采用非钻爆开挖,如利用十字镐、风镐开挖或利用小型挖装机开挖另一种是采用控制爆破措施,如松动爆破、微振动爆破等支护施工要求根据量测结果及时调整支护参数衬砌施工要求根据量测结果确定施作时机仰拱必须及早施作,形成封闭结构
三、工程实例一一京九线岐岭隧道
1、工程概况进口280m主要通过中粗粒黑云母花岗岩体由于侵入体古老,受历次构造运动影响,岩体破碎;岩石中石英较少,长石含量居多风化年代久远,深度达30〜50m为极严重风化花岗岩,属特软岩遇地下水,易产生潜蚀而破坏原岩结构,呈流塑状,自稳能力极低,开挖扰动后极易液化,呈泥浆状涌出.初期施工情况岐岭隧道自1993年4月至1994年1月,9个月完成42m(其中含明洞33m)平均月成洞
4.7m按总体施工计划安排和当时的施工进度估算,工期将被迫延长一年左右因此,问题非常突出,引起了部领导和各部门极大重视与关注,被喻为京九线〃天字第一号工点〃.地质原因分析围岩自稳及自承能力极差、富水
4、施工方案桩柱法双侧壁导坑法
5、具体施工方法1综合排水技术封堵疏排地表水,杜绝地表水和降水的补给截水沟、地表混凝土封闭平导与泄水洞截、排水深井点降水洞内降排水负压抽水、开挖中的疏排水二支护体系设计与施工超前预加固侧壁导坑、泄水洞及平导、上弧导初期支护。