63讲义特殊地段施工技术

1B涌水地段施工特点

一、施工调查

根据设计文件对隧道可能出现涌水地段的涌水量大小、补给方式、变化规律及水质成分等进行详细调查，选择既经济合理，又能确保围岩稳定，并保护环境的治水方案。

处理涌水可用下列辅助施工办法：超前钻孔或辅助坑道排水；超前小导管预注浆堵水；超前围岩预注浆堵水；轻型井点降水及深井降水。

二、采用辅助坑道排水时应符合的要求

1.坑道应与正洞平行或接近平行。

2.坑道底标高应低于正洞底标高。

3.坑道应超前正洞10~20m,至少应超前1~2个循环进尺。

三、采用超前钻孔排水时应符合的要求

1.应使用轻型探水钻机或凿岩机钻机。

2.钻孔孔位(孔底)应在水流上方。钻孔时孔口应有保护装置，以防人身及机械事故。

3.采取排水措施，保证钻孔排出的水迅速排出洞外。

4.超前钻孔的孔底应超前开挖面1~2个循环进尺。

四、超前围岩预注浆堵水应符合的规定

1.注浆段的长度应根据地质条件、涌水量、机具设备能力等因素确定，一般宜在30~50m之间。

2.钻孔及注浆顺序应由外圈向内圈进行，同一圈钻孔应间隔施工。

3.浆液宜采用水泥浆液或水泥一水玻璃浆液。

五、轻型井点降水施工应符合的规定

1.井点的布置应符合设计要求。当降水宽度小于6m,深度小于5m时，可采用单排井点。井点间距宜为1~1.5m。

2.有地下水的黄土地段，当降水深为3~6m时，可采用轻型井点降水；当降水深度大于6m时，可采用深井井点降水。

3.滤水管应深入含水层，各滤水管的高程应齐平。

4.井点系统安装完毕后，应进行抽水试验，检查有无漏气、漏水情况。

5.抽水作业开始后，宜连续不间断地进行抽水，并随时观测附近区域地表是否产生沉降，必要时应采取防护措施。

六、深井井点降水施工应符合的要求

1.在隧道两侧地表布置井点，间距为25~35m。井底应在隧底以下3~5m。

2.做好深井抽水时地面的排水工作。

3.降水期间，应对抽水含砂率、地下水位、流量和各类降水设备运转情况进行检测和观测。

1B塌方地段施工特点

隧道开挖时，导致塌方的原因有多种：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等。由于塌方往往会给施工带来很大困难和很大经济损失。因此，需要尽量注意排除会导致塌方的各种因素，尽可能避免塌方的发生。

一、发生塌方的主要原因

1.不良地质及水文地质条件

(1)隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小褶曲、断层错动发育地段，一经开挖，潜在应力释放快、围岩容易失稳，小则引起围岩掉块、塌落，大则引起塌方。当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。在软弱结构面发育或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。

(2)隧道穿越地层覆盖过薄地段，如在沿河傍山、偏压地段、沟谷凹地浅埋和丘陵浅埋地段极易发生塌方。

(3)水是造成塌方的重要原因之一。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的稳定和塌落。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大为降低，因而发生滑塌。

2.隧道设计考虑不周

(1)隧道选定位置时，地质调查不细，未能作详细的分析，或未能査明可能塌方的因素。没有绕开应绕避的不良地质地段。

(2)缺乏较详细的隧道所在位置的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误。

3.施工方法和措施不当

(1)施工方法与地质条件不相适应；地质条件发生变化，没有及时改变施工方法；工序间隔安排不当；施工支护不及时，地层暴露过久，引起围岩松动、风化，导致塌方。

(2)喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。

(3)按新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误、措施不力。

(4)围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。

(5)对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。

二、隧道塌方的预防措施

1-预防隧道塌方，选择安全合理的施工方法和措施至关重要。在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法。必须制订出切实可行的施工方案及安全措施。

1.隧道施工过程中，应加强施工技术管理，保证围岩及支护的稳定，并应做好下列工作，防止塌方的发生：

(1)全面了解设计提供的地质状况，并及时与现场实际情况对比，明白设计意图。

(2)加强超前地质预报工作，发现开挖面前方有异常情况岀现时，应及时研究并采取相应对策措施。

(3)软弱围岩、特殊岩土和不良地质地段，应采取正确的开挖方法及有效的支护手段。

2.为防止隧道塌方，隧道施工应符合下列要求：

(1)应根据喷锚构筑法的基本要求进行开挖，合理选定开挖方法，同时采用光面爆破和预裂爆破技术，减少对围岩的扰动。

(2)在开挖过程中，发现任何特殊情况发生时，应暂停施工，待处理后方可继续掘进。

(3)初期支护，必须及时施作并保证质量，在特殊情况下，应采取特殊的支护措施。

(4)二次衬砌不得严重滞后初期支护，在软弱围岩地段宜紧跟开挖，m、iv级围岩中，应根据量测结果确定最佳施作时间。

(5)认真开展监控量测工作，并及时反馈量测资料，指导施工。

3.为防止隧道塌方，施工现场管理应符合下列要求：

(1)严格按照设计文件及施工组织设计要求进行施工，未经批准，不得擅自改变开挖方法及支护形式。

(1)认真进行支护作业，确保支护参数和质量达到设计要求。

三、隧道塌方的处理措施

1.隧道发生塌方后，应及时迅速处理，不得随意拖延时间。处理前，必须仔细观测塌方的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等，分析塌方发生的原因，研究制订处理方案。隧道塌方应根据发生的部位、规模及地质条件，釆取

“治塌先治水、治塌先加强”的原则，采取喷锚支护、注浆、管棚、加强二次衬砌、设置护拱等技术措施，不失时机、不留隐患地进行处理。

2.处理塌方前，应采取下列技术措施，加强防排水工作：

(1)地表沉陷和裂缝，应采用注浆填充和加固，或采用不透水土壤夯填紧密，开挖截水坑，防止地表水下渗进入塌体。

(2)通顶陷穴口的地表四周应挖沟排水，搭设防雨棚遮盖穴顶；洞内衬砌通过塌方后，陷穴应及时回填，回填应高出原地面，并用黏土或浆砌片石封闭穴口，做好排水。

(3)坍体内有地下水活动时，采用管、槽引至排水沟排出，无法进行引排时可采用注浆堵水。

3.隧道洞口塌方的处理要求

(1)中小型塌方应将塌体自上而下全部清除。根据塌方后坡面的情况，可选用刷坡卸载的方法，同时应对仰坡面自上而下进行喷锚网加固。

(2)大型塌方的塌体不必全部清除，可采取先挖台阶的形式清除一部分，再进行喷锚网加固，并在仰坡上适当位置设浆砌片石挡墙防护。

(3)仰坡加固完成后，洞口段已露空洞身可采用暗洞明做或改为明洞衬砌，拱圈上部可回填土石或浆砌片石。

(4)根据仰坡塌方的规模及稳定性情况,对洞内二次衬砌应进行加强。

4.当塌方是由于洞口附近的滑动体引起且有塌方发生后，滑动体尚未稳定时，必须先对滑动体进行加固，然后再处理塌方，其主要技术措施有自进式锚杆、预应力锚索以及抗滑桩。

5.岩石类塌方的围岩级别一般为U~IV,岩体以未风化或轻度风化的岩层为主，节理较发育，塌体呈碎石状、黏土及砂的含量较少，一般不超过30%,未塌方的围岩呈相对稳定状态。塌方规模一般为中、小型，个别为大型塌方，塌方数量不超过m3,处理时应符合下列规定：

(1)根据塌体内塌腔的矢跨比，采取不同的处理措施：

①当矢跨比h/B＜0.7时，可采用外层初期支护(W)加内层初期支护(N)再加防护(F)的方法进行处理；

②当矢跨比h/B≥0.7时，可采用外层初期支护(W)加防护(F)的方法进行处理。

(2)岩石类塌方已塌至隧道上方的原地面时，应及时处理地面塌口，后处理洞内塌方。处理洞内塌方时，应采用注浆加管棚整体加固的处理方法，并应以渗透注浆为主，管棚应为长大管棚。

6.土质类塌方的围岩级别一般为Ⅳ~VI级，隧道的围岩以土质或风化岩石为主，塌体呈土状，含有大量的黏土、砂质土(≥70%)及少量的石屑和孤石，塌方范围以外的未塌部分呈相对不稳定状态，塌方规模一般较大，主要为大型和特大型塌方。处理时应符合下列规定：

(1)土质隧道塌方不宜采用清渣的方式处理。

(2)土质隧道塌方可釆用注浆加管棚的处理方法，注浆可视塌体中土质(或砂)的颗粒大小分别釆用渗透注浆或劈裂注浆。

7.塌方地段的衬砌，应视塌方的大小和地质情况，釆用钢筋混凝土或钢架混凝土予以加强。衬砌完成后，应及时施作护拱和回填。当塌穴较小时，可用浆砌片石或干砌片石将其填满；当塌穴较大时，可先用浆砌片石回填一定厚度，剩余空间的处理可根据现场实际情况与设计、监理会商决定。

1B岩溶地段施工特点

岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。

―、溶洞对隧道施工的影响

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难以处理。有时遇到填满饱含水分的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。

二、隧道遇到溶洞的处理措施

1.隧道通过岩溶区，施工前应根据设计资料并结合施工现场情况，采用综合超前地质预报，探明溶洞分布范围、类型、规模、发育程度、地下水的情况(有无长期补给来源、雨季水量有无增长等)及岩层的稳定程度等，按照以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理的原则，分别以“疏导、堵填、注浆加固、跨越、宣泄”等措施进行处理。

2.岩溶地区隧道开挖应符合的要求

(1)开挖方法宜采用分部开挖法。在Ⅱ~Ⅳ级围岩条件下，中小跨度隧道、溶洞仅占隧道开挖断面内一小部分时，可采用全断面法开挖。当溶洞出现在隧道一侧，应先开挖该侧，待支护完成后，再开挖另一侧。

(2)应提早作好处理岩溶的方案，并准备足够数量的排水设备和物资。

(3)涌水可能增大时，应加强超前钻孔探测。对于岩溶发育地区的隧道，施工中应建立以长距离物探(地震波法)为宏观控制、钻探法为主，其他物探方式为辅，红外线探测连续施测的综合预报管理体系。

(4)岩溶段爆破开挖时，宜釆用多打眼、打浅眼、多分段的措施，严格控制单段起爆药量和总装药量，控制爆破震动。

3.隧道施工遇到溶洞时应釆取的处理措施

(1)如果溶洞规模较大，内部充填了大量的泥砂，并含有丰富的地下水，揭穿后很可能发生大规模的突水、突泥，应釆用封闭注浆进行加固处理。

(2)溶洞空腔、喑河的处理应首先选择连通方案，不改变地下水总的流动趋势；各类新建的排水暗管应有一定的坡度，以预防泥沙淤积。

(3)当隧道穿越有堆积物溶洞时，如果堆积物较大，清理时会造成随清随塌的大型坍塌体，宜采用超前预支护、注浆等措施加固周围的堆积物。

(4)对已停止发育的、跨径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭，同时根据地质情况决定是否加深边墙基础。拱部以上干、空溶洞，可釆用喷锚支护加固、注浆、加设护拱及拱顶回填的方法进行处理。底板下溶洞，宜釆用浆砌片石回填，但不得阻断过水通道。

(5)施工中遇到一时难以处理的溶洞时，可采用迂回导坑绕过溶洞区，继续进行隧道施工，再行处理溶洞。

(6)岩溶地区隧道支护和二次衬砌应根据溶洞情况予以加强。二次衬砌施工前，应采用物探手段检查隧道周边环形加固层及层外围岩情况，重点检查拱部、底板、侧边墙5m以内是否存在有害空洞，隧道底部是否密实。

1B瓦斯地段施工特点

瓦斯是地下坑道内有害气体的总称，其成分以沼气(甲烷CHQ为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近通过而围岩破碎、节理发育时，可能会遇到瓦斯。如果洞内空气中瓦斯浓度已达到爆炸限度与火源接触，就会引起爆炸，对隧道施工会带来很大的危害和损失。所以，在有瓦斯的地层中修建隧道，必须采取相应措施，才能安全顺利施工。

一、瓦斯的燃烧和爆炸性

当坑道中的瓦斯浓度小于5%,遇到火源时，瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸；瓦斯浓度在5%~6%到14%~16%时，遇到火源具有爆炸性；瓦斯浓度大于14%-16%时，一般不爆炸，但遇火能平静地燃烧，瓦斯浓度爆炸界限见表1B。

二、瓦斯放出的类型

从岩层中放出瓦斯，可分为三种类型：

1.瓦斯的渗出：它是缓慢、均匀、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出，延续时间很久，有时带有一种嘶声。

2.瓦斯的喷出：比上述渗出更强烈，从煤层或岩层裂缝或孔洞中放出，喷出的时间有长有短，通常有较大的响声和压力。

3.瓦斯的突出：在短时间内，从煤层或岩层中，突然猛烈地喷出大量瓦斯，喷出的时间，可能从几分钟到几小时，喷出时常有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。

以上三种瓦斯放出形式，以第一种放出的瓦斯量为大。

三、防止瓦斯事故的措施

1.瓦斯隧道施工组织应符合的规定

(1)施工前应编制防治瓦斯的专项施工方案、超前地质预报方案、通风设计方案、瓦斯监测方案、应急预案和作业要点手册等。

(2)成立负责通风、瓦斯检测、防治处理瓦斯爆炸和煤与瓦斯突岀、救护等的专门机构。高瓦斯工区及瓦斯突出工区应配备救护队。

(3)设置灭火器、消防水池、消防用沙等消防设施。

2.瓦斯隧道钻爆作业应符合的规定

(1)工作面附近20m以内风流中瓦斯浓度必须小于1%,必须采用湿式钻孔，炮眼深度不应小于0.6m,装药前炮眼应清除干净。

(2)必须采用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管，严禁反向装药。

(3)爆破网络必须采用串联连接方式，不得并联或串并联。

(4)起爆电源必须使用防爆型起爆器，应安装在新鲜风流中，并与开挖面保持m左右距离，同一开挖面不得同时使用两台及以上起爆器起爆。

(5)炮眼封泥不严或不足时，不得进行爆破，炮泥应釆用黏土炮泥，严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮泥。

(6)揭煤爆破15min后，应由救护队员佩戴防毒面具或自救器到开挖工作面，查看爆破效果、检测瓦斯浓度、巡査通风及电路，如有煤尘超标、电路破损、通风死角、瞎炮残炮等危险情况必须立即处理，在确认安全后方可通知送电、开启局部风机。

(7)通风30min后，由瓦斯检测人员检测工作面、回风道瓦斯浓度，当瓦斯浓度小于1%、二氧化碳浓度小于1.5%时，解除警戒，允许施工人员进入作业面。

(8)隧道内各作业面应配备瓦斯检测仪，高瓦斯工点和瓦斯突出地段应配置高浓度瓦斯检测仪和自动检测报警断电装置，瓦斯隧道人员聚集处应设置瓦斯自动报警仪。

3.瓦斯隧道通风应符合的规定

(1)编制全隧道和各工区的施工通风设计文件，并考虑工区贯通后的风流调整和防爆要求。

(2)应建立瓦斯通风、监控、检测的组织机构，系统地测定瓦斯浓度、风量风速及气象等参数。

(3)高瓦斯工区的施工通风宜采用巷道式，瓦斯隧道各掘进工作面必须独立通风，严禁任何两个工作面之间串联通风。

(4)按瓦斯绝对涌岀量计算的风量，应将洞内各处的瓦斯浓度稀释到0.5%以下；巷道式通风的回风道瓦斯浓度应小于0.75%。

(5)防止瓦斯聚积的风速不宜小于lm/s,对瓦斯易聚积处应实施局部通风。

(6)施工期间应连续通风，因故障原因停风时，必须撤出人员、切断电源。恢复通风前，必须检测瓦斯浓度，符合规定后才可启动机器。

(7)瓦斯工区的通风机应设两路电源，电源的切换应在15min内完成，保证风机正常运转，必须有一套同等性能备用通风机，并保持良好的使用状态。

(8)应釆用抗静电、阻燃的风管。

4.严格执行有关制度

(1)瓦斯检查制度：指定专人定时和经常进行检查，测量风流和瓦斯含量，严格执行瓦斯允许浓度的规定。瓦斯检査手段可采用瓦斯遥测装置、定点报警仪和手持式光波干涉仪。随时发现异常情况，应及时报告技术主管负责人，采取措施进行处理。’

(2)动火管理制度：洞内严禁使用明火，严禁将火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内。

(3)教育培训制度：进洞人员必须经过瓦斯知识和防止瓦斯爆炸的安全教育。抢救人员未经专门培训不准在瓦斯爆炸后进洞抢救。

(4)持证上岗制度：瓦斯检查人员必须挑选工作认真负责、有一定业务能力、经过专业培训的考试合格者，进行监测工作。

1B流沙地段施工特点

流沙是沙土或粉质黏土在水的作用下丧失其内聚力后形成的，多呈糊浆状，对隧道施工危害极大。由于流沙可引起围岩失稳坍塌，支护结构变形，甚至倒塌破坏。因此，治理流沙必先治水，以减少沙层的含水量为主。宜采取以下措施进行治理：

一、加强调查，制订方案

施工中应调查流沙特性、规模，了解地质构成、贯入度、相对密度、粒径分布、塑性指数、地层承载力、滞水层分布、地下水压力和透水系数等，并制定出切实可行的治理方案。

二、因地制宜，综合治水

隧道通过流沙地段，处理地下水的问题，是解决隧道流沙、流泥施工难题中的首要关键技术。施工时，因地制宜，采用“防、截、排、堵”的治理方法。

1.防。建立地表沟槽导排系统及仰坡地表局部防渗处理，防止降雨和地表水下渗。

2.截。在正洞之外水源一侧，釆用深井降水，将储藏丰富构造裂隙水，通过深井抽水排走，减少正洞的静水和动水压力，对地下水起到拦截作用。

3.排。有条件的隧道在正洞水源下游一侧开挖一条洞底低于正洞仰拱的泄水洞，用以降排正洞的地下水，或采用水平超前钻孔真空负压抽水的办法，排除正洞的地下水。

4.堵。釆用注浆方法充填裂隙，形成止水帷幕，减少或堵塞渗水通道。

以上几种施工方法，应根据工程地质、水文地质条件和地下水的性质、类型、赋存部位以及工期要求和经济效益等因素综合分析，合理选用。

三、先护后挖，加强支护

1.隧道开挖应符合的要求

(1)流沙地段隧道宜采用超短台阶、环形开挖预留核心土法人工开挖。

(2)开挖时必须采取自上而下分步进行，并严格控制开挖长度，防止上部两侧不均匀下沉。

(3)开挖时应及时监测拱部支护的实际下沉量，当预留变形量过大或不足时，应及时调整。

2.隧道支护应符合的要求

(1)可釆用小导管超前支护或前插型刚背板预支撑，做到先支护后开挖。

(2)支护应及时，边挖边喷射混凝土封闭，遇缝必堵，严防砂粒从支护缝隙中漏出。

(3)衬砌宜釆用仰拱先行，当条件具备时，仰拱应紧跟开挖面，并应采取措施防止沙土液化。

四、尽早衬砌，封闭成环

流沙地段，拱部和边墙衬砌混凝土的灌注应尽量缩短时间，尽快与仰拱形成封闭环。这样，即使围岩中出现流沙也不会对洞身衬砌造成破坏。

1B岩爆地段施工特点

隧道施工中可能发生岩爆时，应遵循以防为主，防治结合的原则，对开挖面前方的围岩特性，水文地质情况等进行预测预报，当发现有较强烈岩爆存在的可能性时，应及时研究施工对策，作好施工前的准备。岩爆隧道施工应根据设计资料及超前地质预报制订针对不同强度岩爆的专项施工方案。

—、岩爆预报方法

隧道开挖过程中，可釆用下列方法进行岩爆预报：

1.以超前探孔为主，辅以地震波法、电磁波法、钻速测试等手段。

2.观察岩体表面的剥落、监听岩体内部发生的声响，通过地质的观察、素描，分析岩石的“动态特性”。

3.采用工程类比法进行宏观预报。

二、岩爆隧道施工技术措施

应根据岩爆强度大小对其进行严格分级，针对不同的岩爆级别可采取下列技术措施：

1.轻微岩爆地段开挖可正常掘进，可直接在开挖面上洒水，软化表层，促使应力释放和调整。

2.中等岩爆地段，除可采用轻微岩爆地段的措施外，还可采用超前注水、防岩爆锚杆等措施。

3.强烈岩爆地段，除可采用轻微岩爆地段和中等岩爆地段的措施外，还可采用在地面钻孔注水的方法大范围软化围岩、超前应力解除爆破、小导洞超前、超前锚杆、钢架支撑等措施。

三、岩爆隧道施工要求

岩爆隧道的施工应符合下列要求：

1-应做好发生岩爆的时间、位置、强度、类型及数量等记录，总结岩爆规律。

2.应采用光面爆破技术，使隧道周边圆顺，减少应力集中；严格控制装药量，减少对围岩的扰动。

3.控制循环进尺，采用短进尺，一般情况下，每循环进尺宜控制在1.0~1.5m,最大不得大于2m。

4.中等强度以上岩爆地段宜采用凿岩台车及喷混凝土台车施工；台车及装碴机械、运输车辆上宜加装防护钢板，避免岩爆弹射块体伤及操作人员和砸坏施工设备。

5.超前注水孔宜布置在隧道边墙及拱部开挖断面轮廓线外10~15cm范围内，并向孔内灌高压水，软化围岩，加快围岩内部的应力释放。

6.开挖后应及时喷纤维混凝土封闭，厚度宜为5-8cm。

7,应力释放孔直径不宜小于φ70。

8.防岩爆锚杆可采用楔管式、缝管式、水胀式等能及时受力的锚杆，以调整围岩应力分布及加固围岩。锚杆长度宜为2m左右，间距宜为0.5~1.0m。

四、发生岩爆应釆取的处理措施

隧道施工中，一旦发生岩爆，应立即釆取下列处理措施：

1.停机待避，待安全后进行工作面的观察记录，如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等。

2.增加及时受力的摩擦型锚杆(不能代替系统锚杆)，锚杆应装垫板。

3.及时喷纤维混凝土，厚度宜为5~8cm。