不良和特殊地质地段隧道施工教学课件

二、不良和特殊地质地段隧道工程
隧道通过不良、特殊地质地段，其施工有关注
意事项如下：
1.编制施工计划注意的事项
在充分调查研究的基础上，根据围岩级别结合施
工单位的具体情况，综合考虑各方面的因素，拟定施
工方案。
a
2
2.选择施工方法注意事项
特殊地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖、 弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为 指导原则。
极限膨胀力 (kPa)
100~300 300~500
＞500
极限膨胀 率(%)
3~15 15~30 ＞30
干燥饱和吸 水率(%)
10~30 30~50 ＞50
二、膨胀性围岩对隧道施工的危害
自由膨胀 率(%)
30~50 50~70 ＞70
(一)围岩普通开裂
隧道开挖后，由于开挖面上岩体原始应力释放产
生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩 裂缝。
周边土体向洞内膨胀突出，造成开挖断面缩小。在土
体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和
膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏形成坍塌
现象。
a
10
(四)隧道底部隆起
隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又
无仰拱支护体约束时，由于应力释放，洞底围岩产生
卸荷膨胀，加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀，
a
12
三、膨胀性围岩隧道设计
(一)荷载的确定
膨胀性围岩除“松弛效应”外，还有膨胀压
力。由于膨胀性围岩岩性复杂，产生膨胀压力的机 理复杂，很难用适当的经验公式确定其膨胀力引起 的荷载变化。因此对不同程度的膨胀岩，设计时， 应先核准其膨胀特性，然后采用以工程类比法为主 的方法，确定支护与衬砌的设计参数，施工中通过 监控量测加以修改。
4.使用喷锚技术注意事项
施工时应符合下列要求：
(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。
5.采用临时支护时注意事项
不宜采用锚喷支护的特殊地质地段，应用构件支撑
作临时支护，并应符合下列要求：
(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围
(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
膨胀岩的判别，大体上依据以下两个方面：一是
间接反应岩石膨胀指标 ；二是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 。
a
7
膨胀岩按其膨胀性的大小可划分为弱膨胀岩、中 等膨胀岩和强膨胀岩3级，见表。
第八章 不良和特殊地质 地段隧道施工
第一节 概 述
一、不良和特殊地质地段施工一般规定
(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。
a
1
(二)特殊地质地段
特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、 含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段 以及瓦斯溢出地层等。
作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。
8.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。
9.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。
a
6
第பைடு நூலகம்节 膨胀性围岩地段隧道施工
一、膨胀性围岩的基本特征与分级
(一)膨胀岩基本特征
项目
指标
极限膨胀力(Pmax) 极限膨胀率(pmax) 干燥饱和吸水率(Rdw)
＞100kPa ＞3% ＞10%
自由膨胀率(Fs)
＞30%
矿物质成分(蒙托石、伊利石含量)
≥15%
膨胀岩等级是以膨胀岩实验数据为基础，参照表 划分，只须满足其中2项即应划为该级别的膨胀岩。
a
8
项目
弱膨胀岩 中膨胀岩 强膨胀岩
造成洞底围岩隆起变形。
(五)衬砌变形和破坏
在整体式(模筑混凝土)衬砌中，常发生下列现象: (1)在先拱后墙法施工中，拱部衬砌完成后至开挖马 口的这段时间，由于围岩和膨胀压力，常常产生拱脚
内移，同时发生不均匀下沉，拱脚支撑受力大，发生
扭曲、变形或折断。
a
11
(2)拱顶受挤压下沉，也有向上凸起。拱顶外缘经 常出现纵向贯通拉裂缝，而拱顶内缘出现挤裂、 脱皮、掉块现象。 (3)在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可逐 渐发展到张开、错台。 (4)当采用直墙式边墙时，边墙常受膨胀侧压而开 裂，甚至张开、错台，少数曲墙也有出现水平裂 缝的情况。 (5)当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出 现底部膨起，铺底被破坏。
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。
a
5
7.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
岩压力。
a
4
(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。
6.选用掘进方法时注意事项
(二)膨胀岩隧道断面型式
膨胀性隧道断面型式一般应采用圆形、椭圆形 和马蹄形，仰拱应与支护衬砌等厚。
a
13
(三)膨胀性隧道支护形式与参数
膨胀岩隧道支护应适应膨胀岩特性：①在不使
a
9
(二)坑道下沉
由于坑道下部膨胀岩体的承载力较低，加之坑道
上部围岩压力过大，坑道下沉变形明显。另外，隧道
只能采用分部开挖，在后部工序开挖暴露的围岩出现
风化膨胀，产生较大的收缩地压力，加上坑道的下沉，
往往造成支撑过渡变形、失效，进而引起土体坍塌、
挤压和膨胀变形等现象。
(三)围岩膨胀突出和坍塌
隧道开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀变形，
隧道选择施工方法(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，以兔造成工程失误和增加投资。
a
3
3.加强监控和量测工作