隧道施工安全及案例分析(赵宗智)(12-17)

1、,主 讲 人：赵宗智 中交隧道工程局有限公司,2014年12月,隧道施工安全及案例分析,2,主 要 内 容,四、有关文件的学习与理解,一、隧道工程施工现状,三、技术管理对隧道 坍塌影响及对策,二、不良地质及地形段 施工控制及案例分析,3,主 要 内 容,四、有关文件的学习与理解,一、隧道工程施工现状,三、技术管理对隧道 坍塌影响及对策,二、不良地质及地形段 施工控制及案例分析, 最近几十年来，我国公路、铁路、水电站等山岭隧道工程发展迅猛，隧道数量增幅很大，2000年我国已有公路隧道1684座，总长度628Km，到2010年铁路运营隧道10174座，总长度达7500Km。隧道的长度也有所突破，如现使用中的太行山铁路双洞单线隧道长度27848米，在建铁路工程中成昆铁路峨米复线阳糯雪山隧道长度54000米，已建成运营的长度为18.02Km的秦岭终南山公路隧道等。另外施工技术也逐步走向现代化，如秦岭的线铁路隧道为我国首次采用直径8.8米的TBM修建，不是采用单纯的钻爆法施工。同时随着高铁的发展与带动，必将更加快速地迈入“遇山必钻洞，逢沟必架桥”的时代，隧道施工技术的发展将面临更多新的机遇与挑战

2、。,我国隧道施工现阶段主要采用矿山法、沉管法及盾构法，但相对山岭隧道而言，则主要以矿山法为主，利用新奥法施工原理施工，很难采用其他方法，并且我国隧道施工技术还处于以人工为主，机械为铺的阶段，还未全面跨入机械化施工阶段，因此，现阶段必须不断提高与完善山岭隧道矿山法施工技术水平。国外如日本的“隧道十训”、奥地利的“22点原理”等都是在结合本国国情隧道施工现状总结提炼出来的，对本国隧道施工起到了较好的指导作用。,主要施工方法介绍,(1) 矿山法 主要是采用钻爆法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法而命名。用矿山法施工时分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型确定。在坚硬地层中围岩稳定性好，可以减少分块、减少工序，有利于使用大型机具，加快施工进度。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并及时设置临时支撑，以防止土石坍塌。 主要方法有漏斗棚架法

3、、上下导坑法、蘑菇形开挖法。,(2) 新奥法 新奥法施工基本原理是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。其基本要点归纳如下： （1）充分保护围岩，采用光面爆破控制开挖轮廓线，尽量减少对围岩的扰动。 （2）充分发挥围岩的自承能力，允许并控制围岩的变形。 （3）尽快使支护结构闭合，以改善支护结构的受力性能。 （4）加强监测，根据监测数据指导施工。 新奥法基本原则可扼要地概括为“光面爆破 、锚喷支护 、监控量测”。,(3) 挪威法 该工法是在新奥法的基础上完善、补充和发展，其特点是通过施工过程中的观察和量测求出Q值进行围岩分级，根据岩体质量预测支护需求，施工中只对重要断面进行监测，用于适度调整支护参数及类型。挪威法施工特性可以归结为以下几点： (1)适用岩体或非常破碎岩体、含粘土岩层，地应力可导致岩块剥落情况。 (2)开挖方法大幅员和特殊外形地下洞室、短隧道采用钻爆法开挖；中等断面、长隧道、硬岩采用掘进机（TBM）开挖；含粘土地层采用轻型机械或

4、风动工具开挖。 (3)遇到流变软弱围岩，一次支护和永久支护二者联合作用，共同受力。 (4)施工进尺快，施工安全、事故和返工极少，施工环境改善。 (5)传统的新奥法最适用于开挖后可以形成完整的承载岩环的岩盘，而较不适合节理极度发育或过度破碎的围岩，在软弱地层中局限于采用机械或风镐开挖，工效较低。而挪威法则普遍适用于节理发育与极度松散地层，对于隧道含黏土夹层、断层破碎带、膨胀岩土以及其他不良地质特殊地段采用挪威法施工是较理想的。,(4) 新意法 该工法又称为岩土控制变形分析（ADECO-RS新意法）施工工法，是通过对隧道工作面超前核心围岩的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，据此信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种设计、施工指导方法。该方法适用于浅埋、大断面、风险较高的穿越水底及敏感建筑物、以及软弱围岩或土质容易出现掌子面失稳的隧道，本工法在武广客专浏阳河隧道下穿河底段成功应用。 工艺原理由于新奥法重视的是开挖后围岩的径向位移和变形，其内涵就是保护围岩，充分调动和发挥围岩的自承能力。而根据国外的研究表明，隧道掌子面挤出变形也是隧道开挖后产生变形反应的主要表现

5、形式，其主要发生在超前核心土内。挤出变形的大小取决于超前核心土的强度、变形特性及其所处的原始应力场，挤出变形发生在隧道掌子面的表面，沿隧道水平轴方向发展，其几何形状大概呈轴对称（掌子面鼓出），或在掌子面形成螺旋状突出。,掌子面预加固工法着重强调加固工作面以及工作面前方核心围岩的重要性，并认为工作面及前方核心围岩的失稳是隧道的塌方、失稳的诱导原因。反之，如果保证了掌子面围岩的稳定，相应也就可避免出现隧道坍塌、失稳等现象。 因此，掌子面预加固工法核心主要是关注工作面前方围岩的稳定，控制掌子面的挤出变形（即纵向位移），对掌子面开挖前，通过在拱部打设超前管棚、掌子面打设可切割的锚杆，以稳定开挖面的土体，并以此为基础对施工方法进行选择，调整支护参数。,13,主 要 内 容,四、有关文件的学习与理解,一、隧道工程施工现状,三、技术管理对隧道 坍塌影响及对策,二、不良地质及地形段 施工控制及案例分析,隧道洞口各项工程应通盘考虑，妥善安排，尽快完成，为隧道洞身施工创造条件。洞口段开挖，贯彻“零开挖”理念，尽量保护自然环境，坚持少开挖或不开挖。在洞口开挖、隧道进洞之前，由于洞口地质条件相对较差，先进行仰

6、坡加固处理及做好洞顶截水沟，再进行洞口开挖、明洞施工、洞门、挡墙、排水系统等洞门附属工程施工。 （1）洞口边仰坡加固处理 洞口边坡处于暂时平衡状态，为确保洞口仰坡的长期稳定和隧道洞口段的施工安全，并满足抗震要求，在隧道施工前，做好抗滑桩、挡墙、框架锚杆梁、地层固结注浆、锚喷支护等防护，加强排水和植草防护。,（一）不良地质及地形段施工,1.洞口工程施工,（2）洞口开挖 洞口边、仰坡开挖施工时，为确保边坡的平顺和稳定，自上而下采用挖掘机配合人工进行开挖，严禁上下垂直作业，尽是避免超、欠挖和对边坡的过大扰动，如需爆破开挖，采用控制爆破，严格控制爆破参数。边仰坡开挖后，按设计要求及时进行防护。 （3）导向墙及管棚施工 进洞前根据设计和地质情况做好导向墙、洞口超前管棚施工，确保洞口安全稳定。,（一）不良地质及地形段施工,尽量保护自然环境,（一）不良地质及地形段施工,在超浅埋段、暗挖难度非常大、坡陡、危岩落石、底层不稳定地段等采用明洞,钢筋混凝土纵梁,管棚施作,内模,护拱施作,分层回填,（一）不良地质及地形段施工,洞口工程防护及环境对比,（一）不良地质及地形段施工,进洞前施做好洞口防护,（一）不良

7、地质及地形段施工,做好洞口防排水,（一）不良地质及地形段施工,洞口边坡垮塌,（一）不良地质及地形段施工,洞口防护不当造成坍方,（一）不良地质及地形段施工,隧道洞口塌方处治 洞口塌方多数是滑坡，其治理方法是：以某一种措施为主，辅以其它工程措施。当以明洞作为整治滑坡的主体工程时，还应针对滑坡产生的原因以及地形、地质条件和抗滑要求，辅以其它工程措施，如疏排地下水、减载或反压、设支挡建筑物等综合治理。 （1）疏排地表水 在滑坡边缘以外稳定地段(一般距边缘不小于5 m的位置)设置环行截水沟(一道或数道)，拦截地表水，避免流入滑坡范围。同时在滑坡范围内布置树枝状排水系统，整平夯实滑坡范围内的裂缝，以防表水下渗。 （2）引排地下水 根据地下水的埋藏深度、位置以及水量等不同情况，可选用支撑渗沟、截水渗沟、渗水隧洞或水平钻孔等引排地下水。 （3）减载或反压 减载主要是在滑坡的主滑地段将滑体的上部清除一部分，以减小滑体的下滑力，减载措施适宜于滑床上陡下缓，且后缘及侧缘地层稳定，不致因减载而引起滑坡向侧缘发展。反压是利用滑体上部之减载弃方，填于滑体的抗滑地段(滑体前缘)，以增加其抗滑稳定作用。,（一）不良地

8、质及地形段施工,（4）抗滑挡墙 抗滑挡墙是整治滑坡常用的有效措施之一，实践中常与其它整治措施配合使用。 （5）抗滑桩 抗滑桩是能承受滑体较大推力的抗滑建筑物的一种形式。成排布置的抗滑桩，能借助桩的受荷段(滑动面上)及桩背土体与桩两侧的摩擦阻力形成的土拱效应，以稳定土体不致由桩间滑出。滑动面以下部分(锚固段)的锚固作用和被动抗力，以及滑动面以上桩前滑体的被动抗力来支撑滑坡推力。 （6）注浆 当地质条件适合时，整治滑坡采取注浆措施，具有保证安全施工和改善衬砌结构受力的作用。 （7）暗洞明作 对于塌至地表的洞口塌方，可采取暗洞明做的办法处理。,（一）不良地质及地形段施工,1、施工过程应加强对隧道围岩和支护结构变形、地下水变化的监测，并应依据监测结论动态调整设计和施工参数。 2、应严格控制开挖循环进尺，初期支护应及时施作。 3、应遵循“防、排、堵、截”相结合的原则治水。 4、施工中出现浑水、突水突泥、顶钻、高压喷水、出水量突然增大、坍塌等突发性异常情况应立即停止施工、分析异常原因，并应妥善处理。,（一）不良地质及地形段施工,2.富水隧道、高压隧道,隧道注浆,1、应先开展地质调查，并根据综合地质

9、预报对溶洞里程、影响范围、规模、类型、发育程度和填充物、储水及补给情况、岩层稳定程度以及与隧道的相对位置等做出预测分析，制定防范措施。 2、应遵循“因地制宜、综合治理”的原则施工。 3、隧道溶洞与地表水存在水力联系时，宜在旱季进行溶洞处理和隧道施工。 4、岩溶段爆破开挖应严格控制单段起爆药量和总装药量，控制爆破震动。 5、应备用足够数量的排水设备。,（一）不良地质及地形段施工,3.岩溶隧道,渝怀线圆梁山隧道（11.68m）设计与施工的难题进行攻关。 京广线南岭隧道（6060.33 m）南岭隧道洞身通过5处较大的溶蚀洼地，为浅埋岩溶隧道。洞身岩溶发育，断裂、裂缝交错，岩溶洞穴串连成网状分布，雨季洞内总涌水量达每日87.11千吨,溶槽内充填大量软塑状粘泥。施工过程中洞内发生突水涌泥24次，地表陷坑52处，属国内罕见。 渝怀线郁山隧道全长7205米，隧道内地质复杂，溶洞甚称全线之最，为国内长大隧道所罕见，全隧道11个大溶洞，位于隧道中央，最大溶洞长25米、宽100多米、高20米。 沪蓉西高速齐岳山隧道8155米。溶洞沿隧道线路方向长40米，阔53.1米，最大空间高度24米，溶腔体积约1.6万立方米。,1.不良地质及地形段施工,1.不良地质及地形段施工,3.岩溶隧道,1、施工前应重点查明地质特性、规模、水文地质等情况，并应依据调查结果制定施工方案。 2、含水沙地段开挖应遵循“先治水、后开挖”的原则，风积沙地段开挖应遵循“先加固、后开挖”的原则；循环进尺应严格控制，并应加强监控量测。 3、开挖完成后应及时支护、尽早衬砌、封闭成环。施工过程中应遇缝必堵，严防沙粒从支护缝隙中漏出。,（一）不良地质及地形段施工,4. 含水沙层和风积沙隧道,1、施工前应验证黄土的年代、成因、含水率、强度、压缩性、孔隙率、抗水性等情况，掌握详细的地质信息。 2、进洞前，洞口的防排水系统应施做完毕。应采取回填夯实、填土反压、改变地表水径流等方法处理地表和浅埋段的冲沟、陷穴、裂缝。 3、宜在旱季开挖洞口，雨季施工应采取可靠的控制措施。 4、地层含水率较大应及时排水，墙脚、拱脚处不得浸泡。 5、施工中应密切观察垂直

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