山岭隧道施工防坍讲座.ppt

山岭隧道施工防坍,,,在山岭隧道施工中，除少部份采用非矿山法施工外，绝大部份采用矿山法（钻爆法）施工采用矿山法施工的山岭隧道，由于受炸药爆破振动或挖除原有岩体支撑的影响，破坏了岩体内部受力平衡，当施工方法不当或支护不力、不及时时，已施工的隧道就会因岩体失稳或隧道支护被破坏而发生塌坍因此，在采用矿山法施工的山岭隧道中，如何防止坍方是确保隧道施工安全和工程质量的关键，也是获得良好效益和信誉的保证一、定义1、隧道：修建于地表下的管状建筑物2、隧道类型：按用途不同分为：铁路隧道、公路隧道、通讯隧道、水工隧道、电力隧道、军工隧道、输料隧道、城市地铁等；按隧道所处位置不同分为：山岭（石质、土质、砂质）隧道、城市隧道、水下隧道、海底隧道等；按施工方法不同分为：矿山隧道、盾构隧道、沉埋管隧道、非开挖隧道等；按埋深大小分为：明洞（洞挖成型的隧道，一般洞顶高于地表）、超浅埋隧道（埋深≤1倍洞径）、浅埋隧道（埋深≤3倍洞径）、深埋隧道（埋深＞3倍洞径）3、埋深：地表至隧道顶的深度4、坍方：因周围岩体或支护失稳破坏而引起的隧道垮塌5、坍方类型：掉块、偏帮、冒顶、关门掉块：隧道局部岩块失稳而掉落，危害较小；偏帮：隧道边墙失稳破坏的坍方，处理不当将引起大坍方，危害较大；冒顶：发生于隧道拱部的坍方，个别可塌穿至地表，危害很大；关门：在隧道开挖面（掌子面）后方发生的坍方，多数可将前方施工人员、设备掩埋或堵在塌体至开挖面（掌子面）之间，危害极大。

二、太中银铁路中交管段隧道工程简介新建铁路太原至中卫（银川）线（太中银铁路）位于京包铁路以南，陇海铁路以北的一条东西向一级铁路干线，东起山西太原，西至宁夏的中卫和银川，横跨山西、陕西和宁夏三省区，全长748.18Km，设计时速160Km∕h,预留200Km∕h中交管段为太中银铁路ZQ－II标，为双线铁路，位于晋中盆地和吕梁山脉中南段，东西横跨山西、陕西两省九县市，全长166.78Km，主要工程为：路基土石方3080万方；桥梁115座46.65Km；涵洞268座8940横延米；隧道77座46.26Km;车站10座；铺架334.81Km；合同价57.02亿元总工期43个月，2006年9月1日开工，2010年3月20日竣工工程特点：管理跨度大，工程类型多，质量标准高，合同包价低，施工环境差本段隧道77座46.26Km，占全线隧道总座数的71.3%，其中黄土隧道58座21.8Km；1Km以下隧道67座；柳林隧道7631m，是本标段最长隧道施工方案为：500m以下隧道单工作面施工；500～1000m隧道，根据工期需要单工作面或双工作面施工；1000m以上隧道双工作面或多工作面施工；短隧道群多座隧道采用单工作面施工施工方法为：土质隧道采用台阶法；石质隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法。

现隧道已完成70.2％工程量，已贯通45座，安全质量可控，预计今年底全部贯通，基本建成三、隧道易发生坍方的地段和部位在山区修建山岭隧道，因隧道穿越地区工程地质和水文地质条件复杂多变，决定了山岭隧道的施工难度，由于我国山多、地质类型多，这就决定了我国隧道施工是世界上最复杂、最困难的地区，随着我国国民经济发展的需要，地下空间不断得到开发利用，特别是铁路公路修建标准的提高，山岭隧道越来越多，越来越长，隧道施工中发生坍方的数量也就会有所增加了解容易发生坍方的地段和部位，对预防隧道坍方非常重要1．容易发生坍方的地段1.1 埋深较浅地段山岭隧道埋深在100米以下时，围岩由于受到地表水侵蚀，风化严重，如施工不当，支护不力，易发生坍方特别是浅埋和超浅埋地段，更易发生坍方1.2 断层破碎带及断层影响带因其围岩破碎，自稳能力差，并有大量的填充物和地下水，如处理不当，极易发生坍方地下水丰富时，易发生突水突泥1.3 岩层接触带因其岩性不同，且大多伴有小构造，若重视不够，可能会发生坍方1.4 高地应力地段，在软质围岩中，由于受到高地应力的影响，围岩变形较大，若支护不力，极易发生坍方硬岩易发生岩爆1.5 在高水位富水区段，由于地下水丰富，围岩受地下水影响较大，若措施不当，易发生坍方或突水。

1.6 可溶岩地区，岩溶呈无规律性分布，随时会遇到意想不到的溶洞，若防备不及，溶洞内的填充物及水突然涌出或塌坍，将给工程造成极为不利的影响特别是高位富水区的大规模充填溶洞，危害更大1.7 黄土地区及砂土地区，因围岩自稳能力差，若方法不当，支护不力，极易发生坍方2．容易发生坍方的部位2.1 隧道洞口隧道洞口集埋深浅，石质较差，受力结构复杂等不利因素于一体，处理不当极易发生坍方2.2 隧道拱脚当采用台阶法施工，开挖下部时，若台阶过长、拱脚悬空、背后空洞、支护不力、开挖过长，极易造成拱部冒顶或关门坍方2.3 隧道墙脚当进行检底施工时，措施不当、墙脚悬空、开挖过长，致使边墙失稳而发生偏帮2.4 隧道拱部当采用先拱后墙法施工 或拱部变形较大，支护强度不足、背后有空洞时，易发生掉拱塌坍2.4 隧道拱部当采用先拱后墙法施工 或拱部变形较大，支护强度不足、背后有空洞时，易发生掉拱塌坍2.5 隧道与隧道的交叉部位，即两洞交叉的部位，也就是通常所说的交叉三角区，因跨度大，受力复杂，如果处理不当，支护不力，极易发生坍方2.6 在水平岩层或近似水平岩层中，拱部易发生掉顶；在垂直岩层或近似垂直岩层中，边墙易发生偏帮。

四、隧道洞口段施工防坍隧道洞口段具有埋深浅、石质破碎、受力结构复杂等特点洞口段是隧道施工中极易发生坍方的地段，为避免坍方，应遵循“早进晚出，安全、经济”的设计施工原则，采取必要的防坍措施，安全通过洞口段1．施工调查设计部门提供的施工图之地形地貌，往往与实际情况有出入，施工单位在进洞前必须对隧道洞口段实际地形地貌进行勘察、测绘，为制定施工方案提供依据隧道洞口段一般有三种情况：1.1 洞口不具备进洞条件（洞口有障碍物或紧靠河流悬崖等），或施工埸地狭窄，不能满足施工需要1.2 洞口虽具备进洞条件，施工埸地也能满足施工需要，但地质条件较复杂，需要采取的加固措施不经济，或从正面进洞易引起坍方，增加工程成本1.3 具备进洞条件，施工埸地满足施工需要2．进洞位置的选择针对上述三种情况，应选择不同的进洞位置，以满足安全经济的要求2.1 针对第一种情况，应及时向设计部门提出变更设计，并选择合适的位置设横洞，横洞的设置除满足设计规范要求外，横洞位置一般距洞口不大于500m横洞的位置、方向应根据现埸实际调查的地形情况确定，横洞的设置必须经设计部门同意，纳入整个工程设计，否则，将由施工单位承担相关费用及责任。

2.2 针对第二种情况，应对从正面进洞和设置横洞两种方案作详细的经济比较，选择较为经济合理的进洞方案2.3 对于第三种情况，根据实际情况确定合理的洞口位置，制定详细的进洞施工方案，安全稳妥的从正面进洞3．横洞设置工程实例下面是几座设置了横洞的隧道，现将这几座横洞情况列于附表1，供参考铁路隧道设置横洞一览表,,,附表1,,,附表1(续),这些横洞的设置，对确保进洞安全、拓宽施工埸地，提前进入正洞施工，减少弃碴二次倒运，降低工程成本，起到了很好的作用4．进洞防坍施工措施4.1 从横洞进入正洞反向施工出洞⑴进入洞口段石质较破碎时，应采用正台阶法施工，并架设钢支撑，喷锚支护⑵接近洞口时，应缩短开挖进尺，从上部以小断面开挖出洞，打穿后，应从外部清除仰坡危石，并对洞口周边及仰坡进行必要的加固，加固措施一般采用喷锚支护然后自上而下扩挖到设计断面，并按设计作好施工支护⑶隧道洞口段施工爆破时，应在洞外加强防护，避免飞石伤人4.2 从正面进洞施工⑴洞门位置应根据实际地形情况进行必要的调整，并报设计单位同意后，按变更后的洞门位置施工⑵为减少植被的破坏，应尽量减少刷仰坡或不刷仰坡，一般埋深达到1.０m以上时，即可采用暗挖施工。

进洞施工前，应对仰坡进行喷锚网加固⑶洞口外土石方开挖时，不应一次开挖到隧底设计标高，应开挖至隧道起拱线标高（或上半断面标高）即可，两侧边坡应随开挖随进行喷锚网支护⑷当明挖到地表距隧道拱顶1.０m以上时，即可采用暗挖法进洞施工⑸暗挖施工前，在开挖轮廓线外打超前管棚在洞口外架设2～3榀钢支撑，间距0.5～0.7m，钢支撑与仰坡防护层联为一体石质非常破碎时，管棚内应采用超前注浆，对围岩进行加固⑹正台阶法开挖进洞，按设计作好支护施工台阶长度5m左右，逐步开挖进洞，并封闭成环⑺洞口段开挖支护完毕，为确保安全，应及时施作二次衬砌或明洞和洞门⑻洞口段爆破施工时，应作好安全防护，防止飞石伤人洞口段施工顺序详见附图附 图,五、采用正确的施工方法防坍在山岭隧道施工 中，如果施工方法使用不当，不仅不能加快施工进度，而且也不能保证工程质量和施工安全，极易造成坍方㈠常用的施工方法如何选择安全合理实用的施工方法，与围岩级别和隧道断面的大小密切相关，下面是山岭隧道施工中常用的几种施工方法1．全断面法：适用于围岩整体性好，较坚硬的各种类型隧道，将隧道一次开挖爆破成型，其特点是施工速度快，爆破震动次数少，便于利用大型 施工设备施工。

2．台阶法：适用于围岩整体性较差，石质破碎软弱的中小型断面的隧道其特点为：适用于不同围岩和断面，利于变换施工方法，台阶的级数和长度可根据围岩的软弱程度设置，一般情况下，台阶数为2～3级，台阶长度为3～5M，是在软弱围岩隧道施工中，最为常用的一种施工方法3．侧壁导坑法：分为单侧壁导坑和双侧壁导坑两种，适用于围岩整体性差，破碎软弱的大中型断面的隧道其特点为：工序较多，施工干扰较大，质量管理较困难，施工速度较慢，较不利于施工方法的变通，但对大断面隧道中处理软弱围岩，是一种安全有效的施工方法4．CRD法：适用于断面大，围岩特别破碎软弱的隧道，特点为：工序多，施工干扰大，质量管理困难，施工速度慢，不利于施工方法的变通，但在大断面隧道中处理软弱围岩，是一种最安全有效的施工方法5．中导坑法：适用于有辅助坑道（平行导坑、横洞、斜井）的隧道，在围岩较好的地层中，中导坑超前隧道正面施工，由隧道正面扩挖的一种方法其特点是在辅助导坑内开辟正洞的第二工作面，加快了施工速度，利于施工通风，可利用导坑提前贯通此方法不宜在围岩软弱破碎的地层中使用各种施工方法在不同围岩和隧道中的适用情况详见附表2施工方法适用表,附表2,,,,,,,注：“√”为常用施工方法，“△”为可用施工方法。

附表2(续),㈡不推荐使用的施工方法在山岭隧道施工中，也曾出现过其他一些施工方法，随着隧道施工技术的不断提高和完善，这些施工方法大多过于陈旧老化，不利于施工安全、施工速度和工程质量的提高，已在现代隧道施工中被逐步淘汰1．漏斗棚架法：是木支撑时代较为常用的一种施工方法，由于其施工工序多，施工速度慢，现代隧道施工中已不再使用2．半断面法或长台阶法：此方法多在短隧道中使用，由于下半断面没有及时施工，上部暴露时间长，在开挖下部时易发生塌坍，一般不允许采用半断面法3．先拱后墙法：在现代隧道施工中，均采用拱墙衬砌一次灌注成型，工程质量和施工安全能够得到保证但先拱后墙法衬砌施工，是建立在半断面开挖的基础上，为使拱部及时封闭，而将拱部衬砌先期施工，边墙衬砌则跳挖马口施工的一种方法此方法安全性差，边墙挖马口时，拱部衬砌由受力结构变为压在边墙岩体上的荷 载，稍有不慎，就会发生掉拱事故，甚至发生大坍方在灌注边墙砼时，很难保证边墙与拱部联接处砼的密实，工程质量不能得到保证，先拱后墙法衬砌施工不再使用4．先墙后拱法：是先做边墙衬砌，后做拱部衬砌，将拱墙衬砌分两部施工的一种施工方法由于其工序多，工程质量不易得到保证，一般不采用先墙后拱法施工。

六、常用的辅助施工方法在隧道施工中必要的辅助施工方法，是确保隧道施工安全的重要手段现介绍几种常用的辅助施工方法1．大管棚：一般应用于洞口段或隧道内围岩极破碎地段超前支护，管径φ80～φ150mm，管长10～30m，环距30～40cm，沿开挖轮廓线外，水平打进，采用钻孔机钻孔后安管或直接用夯管机夯进，从管口向管内注水泥浆2．小管棚：应用于围岩破碎软弱地段超前支护，管径φ40mm，管长2～3.5m，环距20～30cm，管壁周边钻φ10mm小注浆孔，沿开挖轮廓线打进，外插角2～5°，从管口注浆加固地层。