隧道在施工過程中多會碰見各種不利于隧道工程的不良地質環境，今天大家一起來學習一下在遇到富水斷層破碎圍岩、膨脹性和擠壓性圍岩以及黃土地質這三個不良地質段時候的各種防治措施。

一、不良特殊地址地段概述

一、不良和特殊地質地段的概念 ：

(一)不良地質地段

不良地質地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏壓地層、岩溶、高應力、高強度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程的不良地質環境。

(二)特殊地質地段

特殊地質地段是指膨脹岩地層、斷層破碎帶、軟弱黃土地層、含水未固結圍岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地層等

二、開挖和支護過程中可能造成的危害：

1、土石坍塌

2、隧道支撐嚴重變形

3、襯砌結構斷裂

三、不良和特殊地質地段隧道工程的一般規定：

1、制定完整預案，做好技術、物資、機械儲備

2、制定地質預測、預報方案

3、根據預報結果及時調整施工方案

4、必須加強量測工作，并及時反饋量測結果

四、不良地質地段隧道施工注意事項：

1.選擇施工方法注意事項：

選擇施工方法(包括開挖及支護)時，應以安全及工程質量為前提，綜合考慮隧道工程地質及水文地質條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期要求、經濟和技術的可行性等因素而定。同時應考慮圍岩變化時施工方法的适應性及其變更的可能性，以免造成工程失誤和增加投資。

施工以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測、穩步前進”為指導原則。

2.加強監控和量測工作

3.使用噴錨技術注意事項：

(1)爆破後如開挖工作面有坍塌可能時，應在清除危石後及時噴射混凝土護面。

(2)錨噴支護後仍不能提供足夠的支護能力時，應及早裝設鋼拱架支撐加強支護。

4.采用臨時支護時注意事項：

(1)支撐要有足夠的強度和剛度，能承受開挖後的圍岩壓力。

(2)圍岩出現底部壓力，産生底膨現象或可能産生沉陷時應加設底梁

(3)當圍岩極為松軟破碎時，應采用先護後挖，暴露面應用支撐封閉嚴密；

(4)根據現場條件，可結合管棚或超前錨杆等支護，形成聯合支撐

(5)支護作業應迅速、及時，以充分發揮構件支撐的作用。

5.選用掘進方法時注意事項：

特殊地質地段隧道施工時，不宜采用全斷面開挖。應視地質、環境、安全、工程質量等條件合理選用。

6.掘進時遇有圍岩壓力過大注意事項：

拱部擴挖前發現頂部下沉，應先挑頂後擴挖。當擴挖後發現頂部下沉，應立好拱架和模闆先灌築滿足設計斷面部分的拱圈，待混凝土達到所需強度并加強拱架支撐後，再行挑頂灌築其餘部分。挑頂作業宜先護後挖，暴露面應用支撐封閉嚴密。

7.遇有松散、自穩差的圍岩掘進時注意事項

采用壓注水泥砂漿或化學漿液加固圍岩的方法，以提高其自穩性。

8.襯砌出現開裂或下沉時注意事項

當拱腳、牆基松軟時，灌築混凝土前應采取措施加固基底。

二、富水斷層破碎圍岩

一、概述：

斷層破碎帶是隧道施工中最常見的不良地質地段，斷層帶内岩體擠壓破碎，常呈塊石、碎石或角礫狀有的甚至呈斷層泥，岩體強度低，圍岩壓力增大，自穩能力下降，容易坍塌，施工困難。

富水軟岩是指在各類土質、軟岩、極嚴重風化的各種岩層、極軟弱破碎的斷層帶以及堆積、坡積層中，在富含地下水的情況下，岩體強度很低，自穩能力極差的圍岩。

二、開挖施工要求 ：

(一)充分應用超前地質預報 ：

1.預報方法

地質預報方法主要有：鑽孔超前探測；對超前導坑進行地質、水文觀測素描；地震波、聲波、地質雷達等物理探測。

2. 預報的重點内容

預測開挖面前方的地質情況，圍岩整體性、斷層、軟弱破碎帶在前方的位置和對施工的影響，地下水活動情況等。

3.預報方式

①長期預報

總體預報，預報斷層規模、分布、性質、構造分帶，富水性等，并分段作出工程地質評價。

②中期預報

岩石微觀構造研究

工程地質類比

地震反射波法（TSP原理、TSP現場）

地質雷達法

瞬變電磁法

長距離地質超前鑽孔

③短期預報

利用超前炮孔預報

掌子面超前地質鑽孔預報

(二)注漿堵水并加固圍岩

富水軟弱破碎圍岩隧道處理地下水原則一般是：以堵截為主，排引為輔

采用注漿堵水結合超前鑽孔限量排水

特大湧水采用輔助導坑排水

堵截地下水的辦法主要有兩類：

整個富水段進行注漿止水，并加固松散岩體。

對富水地段沿隧道開挖輪廓線以外進行環形注漿，形成止水帳幕，防止或減小地下水進入開挖工作面

排水輔助措施有導坑、鑽孔等，目的是排水降壓。

當地下水與地表水連通時，埋深小于20m采用地表注漿，埋深大于20m時采用洞内注漿

△馬鹿箐隧道突水錄像

△齊嶽山隧道高壓水

(三) 開挖及支護

開挖施工要求：

單線隧道采用正台階預留核心土環形開挖法，雙線和多線隧道采用CD法、CRD法或雙側壁導坑法，循環進尺0.5~1.0m

開挖手段上，采取兩種方法，一是在特别軟弱的圍岩段，采用非鑽爆開挖，如利用十字鎬、風鎬開挖或利用小型挖裝機開挖。另一種是采用控制爆破措施，如松動爆破、微振動爆破等。

支護施工要求：

根據量測結果及時調整支護參數

襯砌施工要求：

根據量測結果确定施作時機

仰拱必須及早施作，形成封閉結構

三、工程實例——京九線岐嶺隧道

1、工程概況

進口280m主要通過中粗粒黑雲母花崗岩體。由于侵入體古老，受曆次構造運動影響，岩體破碎；岩石中石英較少，長石含量居多，風化年代久遠，深度達30~50m，為極嚴重風化花崗岩，屬特軟岩。遇地下水，易産生潛蝕而破壞原岩結構，呈流塑狀，自穩能力極低，開挖擾動後極易液化，呈泥漿狀湧出。

2、初期施工情況

岐嶺隧道自1993年4月至1994年1月，9個月完成42m(其中含明洞33m)，平均月成洞4.7m，按總體施工計劃安排和當時的施工進度估算，工期将被迫延長一年左右。

因此，問題非常突出，引起了部領導和各部門極大重視與關注，被喻為京九線“天字第一号工點。”

3、地質原因分析：

圍岩自穩及自承能力極差、富水

4、施工方案

樁柱法

雙側壁導坑法：

5、具體施工方法

(1)綜合排水技術

封堵疏排地表水，杜絕地表水和降水的補給：截水溝、地表混凝土封閉

平導與洩水洞截、排水

深井點降水

洞内降排水：負壓抽水、開挖中的疏排水

(二)支護體系設計與施工

超前預加固：側壁導坑、洩水洞及平導、上弧導

初期支護

二次襯砌：第一次60cm、第二次30cm

深孔長套管劈裂注漿

注漿方法：分段長套管前進式注漿、擠壓注漿、滲透注漿

注漿材料：水泥—水玻璃雙漿液

注漿施工：拱部大管棚注漿施工、突水湧泥段注漿施工、極軟緻密原狀地層中的注漿施工

6、施工效果

提前1.5個月貫通

三、膨脹性和擠壓性圍岩

一、基本概念

膨脹岩

礦物成分：親水性礦物，蒙托石、伊利石

特性：吸水膨脹軟化，失水收縮硬裂

擠壓性圍岩

強度低，在高地應力作用下産生“剪脹”

二、膨脹性圍岩的基本特征與分級

(一)膨脹岩基本特征

(1)質軟，強度低

(2)自由膨脹率高

(3)空隙率大

(4)易風化、崩解性強

(5)膨脹壓力大

(二)膨脹岩的判别與分級

判别依據

間接反應岩石膨脹指标

直接定量反應岩石膨脹力學指标以及不同荷載下的膨脹率大小的指标

三、膨脹性圍岩對隧道施工的危害

圍岩普遍開裂

坑道下沉

圍岩膨脹突出和坍塌

隧道底部隆起

襯砌嚴重變形和破壞

四、高地應力作用下的軟岩 ：

1. 高地應力軟岩的概念

當圍岩内部的最大地應力與圍岩強度的比值達到某一水平時，才能稱為高地應力或極高應力。

2.高地應力擠壓性圍岩的變形特點

變形量大

最大變形可達數10cm至100cm以上。家竹箐隧道初期支護周邊位移曾達210cm，一般80~100cm，拱頂下沉60~80cm，隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm，邊牆向下擠進30~40cm。關角隧道底鼓約100cm，邊牆向内擠很大。烏鞘嶺隧道嶺脊段最大水平收斂達1209mm，最大拱頂下沉367mm。平均累計變形按F4、志留系闆岩夾千枚岩、F7幾區段分别為90~120mm、200~400mm、150~550mm。

變形速度高

家竹箐隧道初期支護變形速度達3~4cm/d。奧地利的陶恩隧道最大變形速度高達20cm/d，一般也達5~10cm/d。烏鞘嶺隧道嶺脊段變形量測開始階段變形速率最高達167mm/d，最大變形速率按F4、F5、志留系闆岩夾千枚岩、F7幾區段分别可達73mm/d、143 mm/d、165mm/d、167mm/d。

變形持續時間長

由于軟弱圍岩具有較高的流變性質和低強度，開挖後應力重分布的持續時間長。變形的收斂持續時間也較長。短者數十天，長者數百天，一般也需百多天。家竹箐隧道收斂時間在百天以上。日本惠那山隧道時間大于300天，阿爾貝格隧道收斂時間為100~150d。烏鞘嶺隧道大變形區段變形持續時間達120d，一般要40~50d。

支護破壞形式多樣

噴層開裂、剝落；型鋼拱架或格栅發生扭曲；底部隆起；支護侵限；襯砌嚴重開裂等。

圍岩破壞範圍大

高地應力使坑道周邊圍岩的塑性區增加，破壞範圍增大。特别是支護不及時或結構剛度、強度不當時圍岩破壞範圍可達5倍洞徑。

五、擠壓性圍岩的隧道設計理念

膨脹性和擠壓性圍岩的隧道結構設計方法主要可歸納為兩類：一是減輕作用在支護結構上的荷載而容許發生一定位移的方法(柔性結構設計)，另一是為了控制松弛而盡可能早地控制位移的方法(剛性結構設計) 。

1.柔性結構設計

(1)先行導坑法

(2)多重支護方法

(3)可縮式支護方法

(4)分階段綜合控制法

2. 剛性結構設計

(1)大剛度支護和襯砌結構

(2)大範圍圍岩加固法

六、膨脹性及擠壓性圍岩隧道施工

1.加強調查、量測圍岩的壓力和流變特性

2.合理選擇施工方法

3.防止圍岩濕度變化

4.合理進行圍岩支護

(1)噴錨支護，穩定圍岩

(2)襯砌結構及早閉合

5.适時襯砌控制變形

典型的大變形隧道

奧地利的陶恩隧道

阿爾貝格隧道

日本的惠那山隧道

我國的家竹箐隧道

七、工程實例——烏鞘嶺隧道 ：

(1)工程概況

蘭州至武威段。該線東起蘭州站，經河口南、永登至打柴溝，翻越烏鞘嶺至武威南站，全長二百九十八公裡，随着西部大開發客貨運輸量的急劇增加，目前的單線能力遠遠不能滿足需求，隻能靠增建二線鐵路來解決。　

設計為兩座單線隧道，隧道長20050m，隧道出口段線路位于半徑為1200m的曲線上，右、左緩和曲線伸入隧道分别為68.84m及127.29m，隧道其餘地段均位于直線上，線間距40m，兩隧道線路縱坡相同，主要為11‰的單面下坡,右線隧道較 左線隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右線均采用鑽爆法施工，右線隧道先期開通。隧道輔助坑道共計15座，其中斜井13 座，豎井1座，橫洞1座。

(2)工程特點

地質構造發育

地應力高、分布複雜

圍岩軟弱，開挖變形量顯著

圍岩流變性能顯著

隧道規模大，工期緊，任務重

施工環境複雜，工程質量要求高

(3)施工變形情況

左線隧道最大拱頂下沉1053mm(DK177 495)，一般在500～600mm左右，平均下沉30～35mm/d；

右線隧道最大拱頂下沉227mm(YDK177 610)，一般在100～200mm左右。

左線隧道内軌上1.5m收斂值最大1034mm(DK177 590)，一般為700mm左右，拱腳最大978mm，一般為300～700mm

右線隧道内軌上4m收斂值最大548mm(YDK177 590)，一般為300～400mm左右。

(4)設計情況：

(5)施工方案：

适合大型設備快速施工要求的台階法開挖技術:

超前注漿小導管圍岩加固技術

系統中長錨杆（管）圍岩加固技術

拱腳小直徑錨索加固技術

多重支護、分次施作技術

提高二次襯砌剛度、适時施作二次襯砌技術

活動性斷層帶隧道結構處理技術

四、黃土地質

一、黃土分類及對隧道工程的影響

(一)黃土分類

按形成年代分為：

老黃土

新黃土

按塑性指數(Ip)的大小可分為：

黃土質粘砂土(1＜I p≤7）

黃土質砂粘土(7＜Ip≤17)

黃土質粘土(17＜Ip)

(二)黃土地層對隧道工程的影響

(1)黃土節理影響

在隧道開挖時，土體容易順着節理張松或剪斷。

(2)黃土沖溝地段對施工的影響

當隧道在較長的範圍内沿着沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發生較大的坍塌或滑坡現象。

(3)黃土溶洞與陷穴影響

隧道若建在其上方，則有基礎下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發生冒頂的危險。隧道若修建在其鄰側，則有可能承受偏壓，使圍岩與襯砌處于不利的受力狀态。

(4)水對黃土隧道施工的影響

濕陷性

運輸困難

二、黃土隧道施工的注意事頂

(1)黃土隧道的施工應采用機械挖掘，不宜采用鑽爆法施工。

(2)開挖方法宜采用短台階法或分部開挖法(留核心法)，初期支護應緊跟開挖面施作。

(3)施工時特别注意拱腳與牆腳處斷面，如超挖過大，應用漿砌片石回填。如發現該處土體承載力不夠，應立即采取噴混凝土或采取其它措施進行加固。

黃土隧道軟弱地基處理的方法比較多，施工中根據實際情況選擇。

(4)避免黃土圍岩開挖後暴露時間過長，圍岩周壁風化至内部，圍岩體松弛加快，進而發生坍方。

(5)做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

(6)噴射混凝土時噴射機的壓力一般不宜超過0.2MPa。

(7)錨杆施工宜采用煤礦幹鑽成孔。

在這裡讨論了富水斷層破碎圍岩、膨脹性和擠壓性圍岩以及黃土地質這三個不同的不良地質段，這顯然是不詳盡的，如果各位網友還希望知道後續的對于：岩溶地質、高低應力硬岩(岩爆)地質、煤系地層以及隧道施工坍方處理措施等内容歡迎各位廣大網友的留言。

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