不问西东，隧道施工中遇到的6种不良地质99%都这么处理！

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在隧道工程中难免会遇到各种不良地质，影响施工进度。我们能做的，只有争取早发现、早准备、早解决。尽可能的在隧道的地质问题对实际施工进度产生影响前，采用合理的措施解决它。

隧道成型后

一、 概 述

1.1 不良和特殊地质地段概念

1.1.1 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。

1.1.2 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

1.2 开挖和支护中可能遇到的危害

隧道支撑严重变形

衬砌结构断裂

1.3 不良和特殊地质地段一般规定

（1）制定完整预案，做好技术、物资、机械储备

（2） 制定完整预案，做好资源储备

（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

1.4 不良地质地段隧道施工注意事项

1.4.1 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。

施工中加强监控和量测工作。

1.4.2 使用喷锚注意事项

(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。

1.4.3 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。

1.4.4 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。

1.4.5 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。

1.4.6 遇有自稳差围岩掘进注意事项

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。

1.4.7 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

2.1 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。

2.2 开挖施工要求

(一)充分应用超前地质预报

1.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。

2. 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。

3.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

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

2.3 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。

图：双侧壁导坑法

图：综合排水技术示例

图：支护体系设计示例

图：深孔长套管劈裂注浆

三、膨胀性和挤压性围岩

膨胀岩的判别标准：

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。

3.1 挤压性围岩隧道设计

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) 。

1.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

2. 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

3.2 施工方法

1.加强调查、量测围岩的压力和流变特性

2.合理选择施工方法

3.防止围岩湿度变化

4.合理进行围岩支护

(1)喷锚支护，稳定围岩

(2)衬砌结构及早闭合

5.适时衬砌控制变形

图：典型大变形隧道

四、 黄土地质

黄土节理，在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。

当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向，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。

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。

41 施工注意事项

(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。

图：换填示意图

图：灰土挤密桩

(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0.2MPa。

(7)锚杆施工宜采用煤矿干钻成孔。

五、岩溶地质

51 处理措施

可按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件，采取引流、跨越、加固、清除、注浆等不同措施或综合治理。

(1)应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。

(2)如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况。

(3)常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕” 。

①引排水

遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。

开凿专门的泄水洞将水排出洞外。

当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离外，开凿引水斜洞(或引水槽)将水位降低到隧底标高以下，再行引排。

图：引水槽示例

图：截水沟排水

②堵填

对已停止发育、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。

③拱顶防护：

④跨越：

当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过。

隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。

隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。

当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过 。

⑤绕行施工

在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。

⑥洞穴充填物处理

当溶洞内堆积物不易清除且不流失时，可采用端承桩或摩擦桩加固地基

5.2 注意事项

(1)施工前应了解山顶地表水、出水地点的情况，并首先对地表进行必要的处理。

(2)在下坡地段遇到溶洞时，应准备足够数量的排水设备。

(3)建立综合预报体系

(4)开挖方法宜采用台阶法、双侧壁导坑法。

(5)当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。

隧道开挖平整

六、 高地应力硬岩地质

埋深较大的隧道工程，在高应力、脆性岩体中，由于施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，这时围岩表面发生爆裂声，随之有大小不等的片状岩块弹射剥落出来，这种现象又称之为岩爆。

6.1 岩爆现场预测

微震法(A-E法)：

Acoustic—Emission方法，又称为亚声频探测法或声发射法。

当岩石临近破坏之际，A—E(微震)噪音读数迅速增加，如果地音探测器平均噪音读数大于预定的目标，就意味着有岩爆来临。

电磁辐射监测预报法：

依据完整煤(岩)压缩变形破坏过程中，弹性范围内不产生电磁辐射，峰值强度附近的电磁辐射最强烈，软化后无电磁辐射的原理，采用特制的仪器，现场监测煤(岩)体变形破裂过程中发出的电磁辐射。脉冲 信号，通过数据处理和分析研究，来预报煤(岩)爆。

钻屑法：

钻屑法是通过向岩体钻小直径钻孔，根据钻孔过程中单位孔深排粉量的变化规律和打钻过程中各种动力现象，了解岩体应力集中状态，达到预报岩爆的目的。

强度较低的岩体在岩爆危险地段打钻时，钻孔排粉量剧增，最多可达正常值10倍以上，一般认为排粉量为正常值的2倍以上时，即有发生岩爆的危险。

强度较高的岩体通过岩芯柄化现象判断。

6.2 防治措施

基本办法：

强化围岩，出发点是给围岩一定的径向约束，使围岩的应力状态较快地从平面转向三维应力状态，以达到延缓或抑制岩爆发生的目的。

弱化围岩，目的是改变岩石的物理力学性质，降低岩石的脆性和储存能量的能力。或是解除能量，使能量向有利的方向转化和释放。

弱化围岩的主要措施是注水、超前预裂爆破、排孔法、切缝法等。

6.2.1 微弱型岩爆

迹象：

距掌子面约1～3倍洞径范围内，爆破后出现声小且频率低的爆裂声，随后片状岩块从拱部或侧墙坠落下来，岩片厚度1 cm～3cm不等，大小在10 cm～40 cm左右，持续时问一般在20min以内。

防治措施：

可向工作面及隧道壁面喷水来促进围岩软化，从而消除或缓解岩爆程度。

6.2.2 中等型岩爆

迹象：

距掌子面约1~3倍洞径范围内，爆破后10 min~20 min，将听到岩体外露面岩体爆裂的声音，声音与前者相比偏大且频率偏高。紧接着垂直于岩体节理面的方向将发生弹射的岩片。伴随着可听到类似打枪“啪、啪、啪 ” 的响声，随后在1min~2 min以内将发生岩块爆裂坠落现象，这时爆下来的岩块相对来说较厚较大，厚度一般达10 cm以上，长×宽达40 × 10 cm2以上，一般为长条片状型，这种现象有时持续几分钟,有时持续1h~2 h。

防治措施：

可停止施工作业，退后100 m待避，可设法远距离向岩爆区岩面喷射水，待岩爆缓解，基本无岩爆迹象后进行找顶，撬除已松裂的岩片、岩块，进行喷混凝土。随后在岩爆区钻孔安装锚杆、挂网喷混凝土。

6.2.3 较强型岩爆

迹象：

一般发生在距工作面8 m~50 m的范围内。除有中等强度的岩爆迹象外，主要特征：从岩爆开始，约l h-2 h后，岩爆变剧，声音也较响，可听到岩体内部岩石因断裂而发出的“嘣、嘣、嘣 ”类似闷炮声响，爆裂下来的岩片也比较大，厚约10 cm~15 cm以上，长×宽约为60 cm×25 cm以上，最大的岩块将近1m ，爆下来岩石量也较多。一般达到5~6 m3以上，最大时达到10 m3以上。个别片状岩块由于受挤压破坏掉下后呈微拱形状；

有时岩块在脱离母岩的瞬间发生爆裂，呈粉碎状弹射下来；有时拌有“嘣嘣” 的巨晌，表面上看起来岩体较完整，其实内部已爆裂，敲击岩面可听到空响声；

在现场还可以看到在两节理面交接处岩石受挤压破坏成粉碎现象。

防治措施：

停止施工作业，退后200m待避待岩爆自然缓解后，用机械手找顶，撬除松裂岩石。及时喷钢纤维混凝土。在边墙及拱部成放射状倾斜向岩体内部钻孔．并向孔内灌高压水，使岩体有一定程度软化，加快围岩内部的应力释放 随后安装锚杆、挂钢筋网，喷钢纤维混凝土。

隧道了碴

6.2.4 强烈型岩爆

迹象：

除较强型岩爆所述现象之外，岩爆发生将更频繁，岩爆下来的岩石量更多，施工开挖极不安全。

防治措施：

(1)必须配合钻孔爆破卸载法，尽可能使围岩内部的应力得以释放。

(2)预钻孔法，在工作面周围(设计断面以外)成放射状倾斜向岩体内部钻孔，以排为好，主动给岩体提供变形空间，使其内部的高应力得到有效的释放。必要时可配合向孔内灌注高压水，此时释放应力的效果更好。

(3)采用分部开挖的方案：先开挖导坑，待周围围岩应力释放岩爆自然缓解后再出碴，而后扩大开挖，循环渐进。施工不受工期控制时可采用此方法。

(4)采用应力解除爆破。

6.3 注意事项

(1)如设有平行导坑，则平导应掘进超前正洞一定距离，以了解地质，分析可能发生岩爆的地段，为正洞施工达到相应地段时加强防治，采取必要措施。

(2)爆破应选用预先释放部分能量的方法，如超前预裂爆破法(应力解除爆破)、切缝法和排孔法等，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆的发生。

(3)根据岩爆发生的频率和规模情况，必要时应考虑缩短爆破循环进尺。

(4)岩爆引起坍方时，应迅速将人员和机械撤到安全地段。

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