岩石隧道施工方法十篇

岩石隧道施工方法篇1

关键词 隧道施工；岩溶；溶洞处理；施工预报

中图分类号U17 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0155-02

0 引言

在岩溶地层中进行隧道施工，由于地下水和溶洞的存在，大大增加了隧道施工的风险和难度，容易引发工程事故甚至地质灾害；另一方面，由于岩溶地质的复杂性、差异性及高风险性，岩溶地层的隧道施工始终是隧道建设的一项关键技术。在岩溶地层隧道设计和施工过程中，应根据具体的岩溶类别和规模、岩溶水发育情况、溶洞围岩的稳定性，以及溶洞与隧道的位置关系等因素，综合考虑采用相应的处理措施。

1 岩溶与隧道工程的关系及其影响分析

岩溶的发育一般是不规则的，其与隧道工程线路的关系一般可简化为三种典型类型：嵌套型、相交型、环绕型。嵌套型岩溶溶洞，当其发育规模较小时，且其完全在隧道设计断面内，这种溶洞对隧道施工的影响可以忽略；当岩溶为发育规模较大的填充型溶洞，且整个隧道在岩溶中穿过时，施工难度将非常大，必须根据填充物性质以及岩溶水发育情况采用相应的综合处理措施。相交型岩溶是指隧道与溶洞部分相交，溶洞分布在隧道周围，应采用适当的处理措施才能开挖施工。环绕型岩溶是指岩溶与隧道不相交，溶洞普遍分布在隧道周围，岩溶对隧道施工的影响程度主要取决于岩溶与隧道的净距、岩溶规模以及溶洞的稳定性。

岩溶对隧道工程施工的影响主要体现在空洞、岩溶水、溶洞填充物以及溶洞坍塌、洞顶地表塌陷等方面。当隧道线路需穿越岩溶地层时，隧道施工技术的设计处理会相对复杂，应根据岩溶地层中溶洞的具体情况，对隧道施工过程中的溶洞处理措施进行科学分析。

2 不同岩溶的处理措施及方法

2.1 岩溶处理原则

1）当岩溶溶洞规模较大且较深时，不宜直接采用堵填封闭的处理方法，或当回填的地基土体承载力较低不能满足隧道结构承载要求时，可采用梁、拱结构进行跨越设计，跨越的梁端或拱座应设置于稳定性较高的岩层上，必要时可设置相应的灌注混凝土基础进行加固处理。当隧道线路需穿越特大溶洞时，也可采用相应的明洞结构形式进行处理；条件允许时，可采用锚索结构对溶洞内壁与隧道结构的连接缝进行加固处理；

2）对于已经停止发育且规模相对不大的干溶洞，可直接采用混凝土、浆砌块石或干砌片石进行封堵填充；

3）当隧道线路必须穿越岩溶地层的溶洞填充物地段时，可按实际情况采取相应的处理措施。如隧道结构底部的岩溶填充地基承载力无法满足要求时，可通过换填混凝土或浆砌块石等措施来提高隧道结构底部的承载力。

2.2 典型岩溶的处理措施及方法

2.2.1 小型溶洞的处理

1）浆砌封闭，回填压实：当隧道侧墙必须穿过溶洞时，经过调查确定溶洞水对隧道施工的影响可忽略时，隧道施工时可采用浆砌封闭，回填压实的方式进行处理。实际施工时，在隧道底部应采用片石混凝土回填密实，靠边墙一定范围内应采用浆砌片石回填密实，范围外可采用石渣回填，在石渣空隙中采用相应的水泥砂浆压注吹砂密实，如图1所示；

2）隧底回填，顶部护拱防护：当隧道必须穿越垂直且已停止发育的溶洞时，如果溶洞内部无填充物、干燥、洞壁有较大的溶蚀裂隙时，可在隧道底部结构以下区域采用块石、碎石等回填密实，当距隧底距离较近时，应采用浆砌片石回填密实。在隧道拱顶上部，浆砌片石护拱结构层厚度以1m为宜，上部区域内应回填一定厚度的干砌片石或碎石块，以在溶洞内有石块掉落时起到缓冲防护作用；

3）换填片石，加强衬砌：当隧道施工时需要处理的溶洞规模较小，且沿裂隙发育的溶洞内部有充填物时，在隧道拱部及侧墙结构上的溶洞在衬砌隧道外缘时，应设置相应厚度的浆砌片石层；对于隧道底部的溶洞，应向溶洞方向扩挖相应的深度，再采用浆砌片石进行回填，其上再铺筑至少50cm厚度的混凝土垫层，混凝土内设置P43钢轨；

4）隧道底板梁处理：当隧道底部为充填物或可不进行处理的小型溶洞，可采用底板梁加强衬砌的方式穿越通过。将隧道铺底或仰拱设计为平板型结构，在浇筑隧道底板及侧墙时在其下部加设相应的钢筋，再整体进行钢筋混凝土灌注施工，形成整体式的钢筋混凝土底板梁结构。

2.2.2 大型溶洞的处理

1）支承墙加固：先清除溶洞内的充填物，采用浆砌片石墙支顶加固处理溶洞顶板；在溶洞底部地下水流处设置相应的小涵洞以引流排泄溶洞水；在隧道侧墙施工时应预留相应的检查孔，增加防护链或栅栏等结构防护设施，确保隧道施工及运行安全；

2）支承柱加固：根据大型溶洞的具体形态和特点，采用支承柱嵌补加固溶洞薄弱或不稳定的顶板区域，回填密实并压浆加固柱底基础。实际施工中，采用支承柱间隔加强溶洞顶板，可有效减少顶板的悬空跨度，增强溶洞顶板的稳定性。对于支承柱的柱间间距，应根据溶洞顶板的厚度，节理、溶缝发育情况，综合考虑顶板结构的稳定性及受力条件进行分析、验算。对溶洞采取混凝土基础的浆砌片石柱子，应在支承柱支顶加固施工完成后进行隧道施工；

3）拱桥支顶加固：对于因岩溶地层中溶洞填充物松散，不宜采用支承墙、支承柱进行支顶加固的溶洞，单独采用注浆处理方式时工程费用相对较高，可采用钢筋混凝土拱进行支顶加固；

4）挖孔桩支顶加固：对于深度较大的溶洞，应采用挖孔桩进行支顶加固施工，桩底端部应嵌入基岩内足够深度，桩顶钢筋应伸入到隧道结构的钢筋混凝土底板内并与底板钢筋搭接，使其连成一体。在隧道范围内，也可采用钢管桩注浆技术进行加固，形成相应的复合基础；

5）边墙拱跨越：即采用拱脚下边墙部位设置相应的混凝土拱结构跨越。在拱结构内部，为防止堆积物内挤应另外增设相应的挡墙支挡，填充物可采取混凝土注浆进行加固处理。

对于其他特殊情况，应根据溶洞具体条件采用从结构上跨越溶洞的措施，如简支梁跨越、拱桥跨越、封闭式衬砌整体浮放等。

3 结论

岩溶地层隧道在勘察阶段必须进行详细的地质勘探，在设计阶段应提出具体的溶洞处理加固措施，制定切实可行的隧道施工方案，在施工阶段首先提前做好地质预测和预报工作，制定相应的施工应急处理预案，遵循预加固、短进尺、弱爆破、强支护、勤监测、衬砌紧跟的原则进行隧道施工。

参考文献

[1]崔大龙，王琪.溶洞地层盾构施工技术探讨[J].施工技术，2008.

岩石隧道施工方法篇2

关键词 铁路隧道；S瓦斯；炭质板岩；瓦斯成因；超前地质预报；预防

中图分类号U45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0232-02

1 工程概况

赣韶线梅岭隧道位于江西省大余县与广东省南雄市交界处，全长4 080m，最大埋深320m，隧道穿越主要地层为寒武系板岩夹炭质板岩、震旦系板岩。隧道位于南华地台之桂坳和赣闽隆起南雄断陷地带，区内经历了从加里东期到喜马拉雅期的多次构造运动，地质构造复杂，褶皱、断裂发育，后期由于构造运动的加强或强烈干扰，而使前期构造进一步复杂化。

2010年3月7日梅岭隧道出口工区施工至DK66+719处，掌子面发生可燃气体燃烧现象；2010年3月9日进口工区施工至DK62+928处，掌子面发生可燃气体燃烧现象。随即施工单位配备了瓦斯检测仪，在进、出口端洞内及掌子面处进行检测、监测，3月1日~4月14日的检测结果显示，洞内瓦斯浓度最高处为掌子面附近，施工爆破后及超前炮眼打完后的瓦斯浓度最高，浓度范围0%~2%，爆破20min~30min后，瓦斯浓度降到0%~0.2%。 4月24日，铁五院、监理会同施工单位在一次爆破后测得的瓦斯浓度为1.09%。

2 试验研究

燃烧事故发生后，设计方中铁五院集团公司在梅岭隧道出口工区DK55+560掌子面处打一超前水平钻孔，并在超前钻孔内及隧道掌子面处取样，气样用3.5L氧气袋封装、岩石样用钢瓶封装，送湖南湘煤工程监测有限公司做监测，具体采集地点如下：

梅岭隧道出口工区：钻孔WSZ-1 中（取样时间2010年5月8日）取气体样品1袋和岩石样品2罐（深度分别为2.2m~2.3m、13.0m~13.1m），DK66+570新爆破后暴露掌子面处取气体样品1袋和岩石样品1罐。

所取袋装气体样品分析结果如表1所示，岩石内气体解析、分析结果如表2所示，岩石样品煤质工业分析结果如表3所示。

根据试验分析结果，岩石中可燃物成分主要为甲烷、乙烷、丙烷及少量有毒一氧化碳气体，这一结果很好的解释了施工现场发生可燃气体燃烧现象。经计算，吨煤（岩）瓦斯（CH4）含量在0.0096m3/吨~0.024m3/吨，按每日开挖进尺2m估算瓦斯涌出量小于0.053m3/min，按每日开挖进尺3m估算瓦斯涌出量小于0.069 m3/min，隧道属于低瓦斯隧道。

3 瓦斯涌出机理分析

瓦斯气体常伴生于有机岩石及土类，如炭质页岩、油页岩、炭质板岩、泥灰岩、煤层等岩类中，集中分布聚集于天然气、石油、煤层的分布地区及富含有机物的腐殖土、泥炭层的分布地区。一般将含煤系地层中的瓦斯称为煤系地层瓦斯，赋存于一般岩石中的瓦斯称为非煤系地层瓦斯。在隧道施工过程中，两种类型的瓦斯都经常会遇到。

结合区域地质资料、地质勘探、地质调查、瓦斯检测成果数据等资料综合判定，寒武系下统板岩中所夹炭质板岩层内赋存少量有害气体，为非煤系地层瓦斯，因炭质板岩非煤层，岩体较致密，瓦斯除岩体内赋存部分外，有害气体主要以游离方式存在于封闭的裂隙内，分布不均匀，平均浓度较低，但不能排除个别封闭裂隙发育带有害气体较富集现象。

4 超前地质预报

4.1 瓦斯隧道超前地质预报的特点

瓦斯气体主要赋存、聚集于岩体内的裂隙、孔隙内，因岩体内裂隙、孔隙的发育具随机性，故瓦斯溢出的时间和部位都具有明显的随机性。要准确预报瓦斯的发育程度和段落，首先应对隧道掌子面前方围岩的岩体完整程度、节理裂隙及断层破碎带的位置、长度等进行准确的预报，还应对隧道施工开挖揭露的岩石节理裂隙发育处、断层破碎带等位置处的瓦斯浓度进行监测，根据裂隙、破碎带的发育情况和瓦斯浓度的变化情况预测瓦斯的聚集情况。

4.2 瓦斯隧道超前地质预报方法的选择

隧道施工超前地质预报的方法主要有传统地质调查法、超前钻探法、物理探测法等。

地质调查法是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时进行，不干扰施工。地质调查法通过收集和分析地质资料、地表详细调查、隧道内地质编录、素描、数码照相等方法，了解隧道所处地段的地质条件，通过对比、论证、推断，预报隧道前方的岩石节理裂隙及断层发育情况、水文情况。

超前钻探法是利用水平钻机在隧道掌子面进行水平地质钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法，它可直接揭示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构完整程度、构造、地下水、岩溶洞穴填充物及其性质、岩体完整程度等资料，是瓦斯隧道内最常用、直观、效果较好的预报方法。

物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的方法。利用物探技术进行超前地质预报的优点是快速、探测距离大、对施工干扰相对小、可以多种技术组合应用。可选主要物探方法有：地震波反射法、TSP系统法、电磁波反射法、直流电法、声波反射法、地质雷达法等。这些物探方法，各有其适用条件和优、缺点，由于隧道的地质条件不同，在方法选择时应根据具体工程地质及水文地质情况确定，不可一概而论。

地震波反射法和TSP系统法由于需要在洞内打孔放炮，在瓦斯隧道内采用时危险性较大，安全性很难控制，应排除。

电磁波反射法及直流电法由于在施做时会产生火花，在瓦斯隧道内采用同样危险性较大，易容易引起燃烧及爆炸，也应排除。

声波反射法、地质雷达法等，由于在施做时不存在采用放炮、点火等出现明火的方法，在瓦斯隧道内安全性较高，且能较好的判断掌子面前方围岩的完整程度、构造发育情况等。

另外，应在隧道内采用专用的瓦斯检测仪检测洞内尤其是掌子面处的瓦斯浓度。

根据以上分析，梅岭隧道采取“以地质调查法为基础、以物理探测法为主要手段，结合超前水平钻探和洞内瓦斯浓度监测相结合的综合方法”实施瓦斯地质预报：

1）采用地质调查法和超前钻探法预测掌子面处及掌子面前方的瓦斯发育情况；

2）采用声波反射法、地质雷达法预测掌子面前方围岩的完整程度及断裂带发育情况；

3）在隧道内选用专用的瓦斯检测仪监测洞内尤其是掌子面处的瓦斯浓度。

5 结论

梅岭隧道通过采用“以地质调查法为基础、以物理探测法为主要手段，结合超前水平钻探和洞内瓦斯浓度监测相结合的综合方法”对隧道内瓦斯实施超前预报，实践证明以上方法是可行有效的，能够较好的预测隧道内瓦斯的发育情况，但由于瓦斯的特殊性，尚需在大量的工程实践中总结提高。

参考文献

[1]唐民德.浅谈铁路瓦斯隧道地质工作的特点和方法[J].工程地质学报，2000，8 (增刊)：254-255.

[2]任光明，赵志祥，聂德新，等.深埋长隧道有害气体发生的地质条件初探[J].山地学报，2002，20 (1)：122-125.

[3]余雷，焦苍.大别山客运专线铁路隧道瓦斯涌出机理及施工对策[J].施工技术，2006，35 (增刊)：57-60.

岩石隧道施工方法篇3

关键词：公路隧道;岩溶；施工技术；支护构造

Abstract: China karst widely distributed, recently faced grew up a lot of the present situation of karst tunnel construction problems, karst tunnel construction is the key technology and further study method, with the maximum degree to avoid the happening of the geological disasters, improve the karst tunnel construction technology level. Put forward the tunnel karst cave appear under the condition of different positions of the tunnel construction method and primary support structural measures, the technology will for karst area highway construction to provide security and produce the huge technical and economic benefits and social benefit.

Keywords: highway tunnel; Karst; Construction technology; Supporting structure

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：

岩溶亦称喀斯特(karst)，是在以碳酸盐为主的可溶性岩石分布区，由于水，特别是地下水，对岩石以溶蚀为主的作用所形成的诸现象的综合。随着西部大开发战略的逐步实施，中国高速公路和高等级公路建没又进入了一个新的大发展时期，必然遇到许多穿越岩溶地层的隧道。而岩溶涌突水对施工安全、质量及周围环境影响很大，严重时还将影响运营和环境安全，甚至带来工程灾难。通常情况下，岩溶发育的条件有三个：1)岩石的可溶性与岩石裂隙，可溶性岩石主要包括石灰岩、白云岩、岩盐等；2)水的侵蚀作用；3)水的流通条件。岩溶对隧道的危害主要表现在四个方面：1)洞穴的存在使建筑物全面或部分悬空，将极大降低隧道的使用可靠度；2)隧道中地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质被破坏，造成隧道结构不稳定；3)洞穴堆积物因松软易塌陷下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的稳定；4)严重的突水、突泥会影响施工进度，危及施工人员生命。因此，为了避免隧道建设中突水事件的发生，对溶洞出现在不位置条件下公路隧道施工的关键技术进行研究具有重要的愈意义。

1岩溶处理原则

1)当岩溶溶洞规模较大且较深时，不宜直接采用堵填封闭的处理方法，或当回填的地基土体承载力较低不能满足隧道结构承载要求时，可采用梁、拱结构进行跨越设计，跨越的梁端或拱座应设置于稳定性较高的岩层上，必要时可设置相应的灌注混凝土基础进行加固处理。当隧道线路需穿越特大溶洞时，也可采用相应的明洞结构形式进行处理；条件允许时，可采用锚索结构对溶洞内壁与隧道结构的连接缝进行加固处理；

2)对于已经停止发育且规模相对不大的干溶洞，可直接采用混凝土、浆砌块石或干砌片石进行封堵填充；

3)当隧道线路必须穿越岩溶地层的溶洞填充物地段时，可按实际情况采取相应的处理措施。如隧道结构底部的岩溶填充地基承载力无法满足要求时，可通过换填混凝土或浆砌块石等措施来提高隧道结构底部的承载力。

2隧道溶洞的处理措施

2．1 水处理

溶洞水处理应遵循采取“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。水处理措施基本可以分为以下三种：

1)泄水洞排水。当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大，而隧道确实无法避开时，需考虑专门设置排水隧洞，达到排除岩溶水，降低地下水位，保持隧道干燥和施工安全的目的。泄水洞应位于地下水来向的一侧，为防止岩溶水突然袭击，

施工中预备足够的抽水设备。泄水洞的设置可能对生态环境有不利影响，是否采用应从施工、环保、安全等多方面进行评价，以保证方案考虑周全，成本最低。

2)涵洞、倒虹管吸过水。隧道断面与岩溶水相交时，为保证岩溶水畅通，在隧道底部设钢筋混凝土圆涵或倒虹管，同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘采用浆砌片石回填密实。

3)注浆止水。施工中遇到岩溶裂隙出水，采用“围截注浆法”止水，先在出水点周围适当的范围内布孑L注浆，以形成封闭式止水帷幕，浆液填充与大裂隙连通的小裂隙，由远至近，由外到里，层层缩小包围圈．在注浆深度范围内使岩溶裂隙水成为管道型涌水，最后在集中出水口逆流注浆，这样浆液扩散更有方向性，沿大裂隙逆流而上到达更深远的部位，把水堵到更深层。

同时，隧道内的大股涌水多随降雨量变化，通过试验确定地表水和洞内水存在的水力联系，除在隧道内施以必要的工程措施外，在地表应拦截，引排地表水，并封堵地表水的下渗通路，从而减小地表水对洞内的影响。

2．2小型溶洞处理

对溶洞规模较小、岩壁较为稳定、不发育、无水的溶洞，可采用浆砌(干砌)片石封闭、回填，护拱防护、加强衬砌、抛石吹沙注浆、隧道底板设梁通过等方案。对于无水和地下水小、充填较密实的小型溶洞，可采用小导管注单液水泥浆加固地层；对于有流水、充填情况不密实的小型溶洞，可采用小导管注水泥一水玻璃双液浆加固地层。

对于隧道底部已填充的小型溶洞，可用加设底板梁加强衬砌的方式通过。将隧道底板或仰拱设计为平板式，底板及边墙下部加布钢筋，灌注钢筋混凝土，使边墙和仰拱(或底板)共同形成钢筋混凝土梁，增强和改善受力性能(见图1)。

a)b)

图1底板处理方法

2．3大型溶洞处理

1)采用支撑结构通过溶洞方案。a．支承墙加固。若溶洞内填充物松散、厚度较小，清除填充物，用浆砌片石墙支顶加固溶洞顶板；水流通过该处设置涵洞，以利排水(见图2)。b．拱桥支顶加固。若溶洞内填充物松散、厚度较大，可选用钢筋混凝土拱支顶加固。c ．挖孔桩支顶加固。对于深度较大的溶洞，可采用桩基础加固，通过人工挖孔，实现成桩，桩底面嵌入基岩内，桩顶钢筋伸入钢筋混凝土底板内，与底板联成一体，形成稳定的受力体。d．支承柱嵌补加固。根据溶洞形态不同，采用支承柱，嵌补加固溶洞顶板，回填空隙并注浆加固溶洞基底。

图2支承墙加固示意图

2)采用跨越式通过溶洞方案。如果溶洞较大，采用封堵、加固、支承等方式处理时，费用较高；溶洞较小时又不宜回填堵塞，工作面小，不易操作。a．边墙梁及行车梁跨越。施工方法采用先拱后墙法，使边墙梁在拱圈保护下安全施

工。道床行车部位采用钢筋混凝土预应力梁。b．支墩、悬臂梁承托纵梁跨越。采用钢筋混凝土板梁做底板，承托边墙，托梁分别支承于支墩和悬臂横梁上，悬臂横梁采用锚杆锚固于基岩内。c．边墙拱跨越。将边墙拱脚设在边墙底部，拱顶定位在衬砌拱圈的拱脚下，通过配置钢筋加强衬砌形成边墙拱跨越溶洞。

3)采用绕避方案。在施工中遇到一时难以处理的溶洞，为不使工程陷于停顿，采用迂回导坑绕避溶洞，然后再进行处理。必须强调的是，当采用迂回导坑绕避溶洞时，为避免再次遇到溶洞，选择迂回导坑位置前，应探明该范围内溶洞的情况后再决策。

综上，溶洞的类型绝对不止以上几种形式，由于石灰岩、碳酸盐岩受地理环境、水文特征等条件的影响较大，存在方式、特征也不近相同，更多、更好的处理方式待在今后施工中不断总结提高。

参考文献：

岩石隧道施工方法篇4

关键词：隧道围岩；等级判定；标准；方法

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

隧道围岩是指隧道周围的一定范围内，对其稳定性能有着一定影响想部分岩体，在这个范围内，横断面约为6~10倍的洞径。岩体处于天然状态下，具有一定内在应力，主要因岩体自重、地质构造、地质地温作用引起，判定隧道围岩的等级，对隧道施工具有极大的作用。笔者结合自身多年的从业经验，对隧道围岩的等级判定标准与方法进行分析，现总结如下。

围岩分级

根据坑道开挖实践，坑道开挖后的稳定性可分为以下几类：

首先，充分稳定的。坑道在长时间内有足够的自稳能力，无需任何人为支护而能维持稳定，无坍塌、偶尔有掉块。

其次，基本稳定的。坑道会因爆破、岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不会引起坑道的坍塌，坑道是稳定的。

第三，暂时稳定的。大多数坑道是属于这个类型的。坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道呈拱形而处于暂时稳定状态。

围岩的分级方法

首先，以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法。该种分级方法主要有“岩石坚固系数”分级法，且这种方法广泛应用于我国的隧道工程。我国工程部门针对这种分级法，将其运用于隧道工程的设计与施工，注意到岩体分化程度、地质构造、地下水等影响，单一岩体强度的决定值降低，公式为：f岩体=K·f岩石。式中 f岩石值是由岩石强度决定的，K是考虑地质条件的折减系数，通常K＜1.0。

第二，以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法。在60年代，我国具有大量的铁路隧道建造经验，综合岩体的物性指标，提出了岩体综合分级法，在1975n年纳入至铁路工程技术规范(隧道)”中。该类方法正确考虑地质构造、分化、地下水等综合因素，建议各类围岩对应的施工方法、支护类型。同时，该种分级法还考虑了围岩级别受埋深的影响。而其缺点，不能定量描述分类指标，不能提供可靠预测围岩等级方法，需待隧道开挖后方可确定。

第三，与地质勘探手段相联系的分级方法。 围岩的弹性波速度对于岩体结构、岩性判断具有极大影响，可反映岩石的软硬度，显示岩体结构破碎与否及破碎程度。所以，考虑弹性波速度影响基础上，考虑隧道开挖、隧道土压等相关因素，即包含涌水状态、含水量、破碎状态、风化程度与岩性。在我国1986年颁发的《铁路隧道设计规范》中，明确将弹性波速度纳入至隧道围岩分级中，主要有6个分级。具体如表1所示：

表1弹性波速度分级

第四，以多种因素进行组合的分级方法。利用该种分级法，对一个岩体好坏进行评价，需考虑岩性、地质构造与岩石强度，另外还需考虑施工因素，例如岩层与挖进的关系、开挖断面大小。所以，需建立在多种因素的基础上进行分析。利用该来分级法，较为完善的是岩体质量-Q分级法，Q和与岩体质量的六个地质参数相关。具体公式如下：

根据不同的Q值，将岩体质量评为九等，详见表2。

表2岩体质量评估

第五，以工程对象为代表的分级法。该种分级法，主要在喷锚支护中应用，根据1979年实施的围岩分级法，具有明确的优点，且直接挂钩于支护尺寸。所以，使用极为方便，对施工起着指导作用。

围岩分级标准

首先，围岩分级的基本因素。围岩基本分级应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。岩石坚硬程度划分为极硬岩、硬岩、较软岩、软岩和极软岩等5类。具体如表3所示：

表3 岩石坚硬程度的划分

其次，围岩分级的影响因素及分级的修正。其一，地下水在隧道围岩分级中水的影响是不容忽视的，在同级围岩中，遇水后则适当降低围岩级别。降低的幅度主要视：①围岩的岩性及结构面的状态；②地下水的性质、大小、流通条件及对围岩浸润状况和危害程度而定。其二，初始应力场。围岩的初始应力状态对岩体的构造一力学特征是有一定影响的。因此，围岩分级中考虑了初始应力状态的影响，将初始应力场采取修正系数的方法。

第三，分级因素与确定方法。本分级标准主要以岩石坚硬程度、岩体完整程度等两个因素进行确定。岩体完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎等5类，选择Kv代表岩体完整性指数。具体如表4与表5所示：

表4 Kv和定性划分的岩体完整程度的对应关系

结语

隧道围岩分级，根据岩体的若干指标，按照稳定性将围岩分成不同的级别，根据不同的分级方法、标准，将围岩可分为不同类型，以确定围岩的级别。级别的划分主要是根据岩石的特征来划分的，根据不同岩性的刚性坚硬度来划分，一般可以分为坚硬－半风化（软坚）－风化（软石）三个等级。

参考文献

[1] 高俊义,吴银亮,郭礼波等.隧道围岩级别判定[C].//全国公路工程地质科技情报网2008年技术交流会论文集.2008:214-218.

[2] 高俊义,吴银亮,岳全贵等.隧道围岩级别判定[J].中国水运(下半月),2008,8(12):222-223.

[3] 蒋坤.节理岩体大断面小净距隧道围岩稳定性研究[D].同济大学,2010.

岩石隧道施工方法篇5

关键词：岩溶隧道；地质灾害；防突厚度；围岩整治

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

1引言

国内外岩溶分布广泛，岩溶灾害研究最早开始于1933年的前苏联，当时，由舍维亚科夫院士发起召开了第一届全苏Karst会议，标志着岩溶问题相关研究的开端[1]。1973年在德国首次举行了主题为“与可溶岩有关的工程地质问题”的国际讨论会，之后，有关岩溶灾害的研究迅速发展起来。2009年10月在克罗地亚召开的欧洲岩石力学学术大会的主题就是困难地层条件下的岩石工程——软岩与岩溶，将岩溶地区工程地质和水文地质、岩石性质测试方法、设计与分析方法、开挖与支护以及岩溶地区工程环境问题等作为会议的主要讨论议题，可见对岩溶问题的重视程度。当前，随着环境岩土工程和地质灾害研究的深入，岩溶问题研究有了长足的发展[2~4]。

本文结合号称“岩溶博物馆”的宜万铁路及正在施工中的新云桂铁路沿线众多岩溶隧道施工中揭露出来的溶腔以及与隧道间岩层安全距离不足的隐伏溶腔的治理实践，概括和总结出露溶腔和部分隐伏溶腔的整治技术和相关施工方法，为岩溶隧道揭示溶腔段的施工、整治措施的制定、进而为提高岩溶区隧道的整体施工水平提供基础。

2隧道过溶腔段围岩整治方法

2.1 溶腔段隧道顶板围岩整治方法

由于受地下水溶蚀的不规律性，溶洞顶板可能存在大块危石或宽张裂隙，会对下部的施工及结构造成安全隐患，针对溶腔发育的具体特点，分别采用回填、护拱、喷锚防护、立柱、拱罩、结构加强等处理措施。

回填方案：适用于溶腔向拱顶以上发育规模较小，无水（少水）的空腔、半充填型溶腔，可采用混凝土回填至溶腔顶板。

护拱防护：适用于溶腔向拱顶以上发育规模较小或溶腔尽管向上发育较高但宽度很窄，回填混凝土至溶腔顶板标高存在一定困难，可在初期支护外侧施作1m~2m厚混凝土护拱，护拱以上吹砂做缓冲层。

喷锚网防护：普遍适用于溶腔纵、横向发育范围较广，溶腔顶板稳定性较好，通过加长锚杆及加厚网喷混凝土，增强溶腔顶板整体稳定性。

立柱（结构）支顶：适用于溶腔纵、横向发育范围均较广，溶腔顶板发育在隧道拱顶以上10m以内，可在边墙两侧采用立柱或侧墙支顶，隧道结构向上延伸支撑于溶腔顶板，保证隧道范围内溶腔顶板稳定。

拱罩防护：适用于溶腔纵、横向发育范围均较广，溶腔顶板发育在隧道拱顶以上10m以上，顶板整体稳定性较好，仅存在小块落石的可能，且清除危石难度较大，可在隧道结构外侧施作一个3m~5m厚钢筋混凝土拱罩，拱罩与隧道结构分离设置，并预留一定的空间，防止落石对隧道结构造成危害。

2.2 溶腔段隧道底板围岩整治方法

针对溶腔（岩溶暗河）地段隧道底板溶腔形态、规模及充填物性质，可采用回填、注浆、钢管桩、板梁、拱跨、桩基承台、路基填筑等处理措施。

回填方案：适用于发育在隧底附近的小型空腔或半充填溶腔，可采用混凝土或浆砌片石回填（换填），以保证隧底有足够的承载力。

注浆加固：适用于隧底10m～15m的溶腔充填物，通过注浆（可注性较好）或钢管桩注浆（可注性较差），形成足够承载力的注浆改良复合地基[5]。

板（梁）跨越：适用于发育至隧底以下深度较大的充填型溶腔，充填物具有一定的密实度及承载力，但均匀性较差，可通过板（梁）调整地基的整体均匀性，控制差异沉降，保证隧道结构安全。

拱桥跨越：适用于发育至隧底以下深度较大且纵向发育范围有限的空腔，采用拱桥跨越，拱座位于溶腔两侧的基岩上，但由于随着拱跨的增大，拱座位置下挖深度不断增大，所以不适用于纵向范围较大的溶腔。

桩基承台（托梁）：适用于发育至隧底以下深度较大的空腔或溶腔充填物承载力很低，注浆效果难以保证的充填型溶腔或不易封堵的过水通道，桩基承台适用性较强，对溶腔的纵、横向范围要求不大，但是如果桩基过深会增大施工难度。

路基填筑：适用于发育至隧底以下深度较大的空腔，且纵横向发育规模较大，可采用路基填筑方案，为控制路基高填路基工后沉降，可通过复合地基及隧道内预留沉降空间解决。

2.3 溶洞（岩溶暗河）地段隧道侧板整治方法

溶洞（岩溶暗河）位于隧道侧面时，可根据溶腔形态、规模设置护墙，避免外侧滚石、落石对隧道结构造成危害。

护墙防护：如溶洞侵入隧道开挖轮廓线范围有限，可在边墙外施作1.0m~2.0m的混凝土护墙。

护墙支顶：适用于溶腔发育范围较宽广，溶腔侵入隧道范围较大或横穿隧道，为防止溶腔顶板坍塌，可在隧道边墙外施作混凝土护墙，支撑于溶腔顶板。

3工程实例分析

新建云桂铁路（云南段）红石岩隧道为Ⅰ级风险隧道，岩溶强烈发育。2号横洞全长1460m，其中H2DK0+350～H2DK0+333段在施工过程中揭示一个充填型溶洞，发生涌泥现象，现场踏勘该溶洞为大型岩溶管道，直径1.5～2.0m，与横洞呈大角度相交，充填可塑状砂质粘土，岩体湿润有少量渗水。该溶洞内完全充填可塑状砂质粘土，且充填物质有分层特征，由下往上含砂量逐渐增高，当前洞内岩溶水不发育，以渗水为主，根据洞内充填物推测降雨后洞内出水会增大，存在较大涌泥突水风险。该段围岩为二迭系上统吴家坪组灰岩（P2w），属硬岩，中厚层状，节理发育，较破碎，局部溶蚀破碎[6]。

根据该溶腔形态及规模，采取如下处理措施：

（1）分别从H2DK0+350、 H2DK0+348、 H2DK0+346三个里程处断面左侧边墙向左前方打设Φ89×5钢花管，对左侧溶洞充填物进行注浆加固隔离，注浆材料采用1：1（重量比）的水泥砂浆，注浆压力不小于2.0MPa或根据现场情况调整。钢管竖向间距0.8m，梅花形布置，与边墙呈20°角，钢管打入基岩不小于1.0m，竖向3排，每排6根。

（2）待左侧溶洞充填物加固稳定后，清理被挤出的充填物，拆换左侧边墙破坏的初期支护。

（3）H2DK0+344～H2DK0+339段采用全断面3m径向注浆，完毕后应检查注浆后的效果，必要时进行补注浆，保证开挖轮廓线外3m加固圈。

（4）H2DK0+350～H2DK0+338里程范围内，根据底板与溶洞顶板的位置关系，打设隧底钢管群桩，进行隧底加固，采用Φ108×6钢花管，梅花形布置，间距1.0m×1.0m，钢管打入基底基岩以下不小于0.5m，若围岩破碎，打入基岩应不小于1.0m。注浆材料采用普通水泥浆，注浆压力不小于2.0MPa，水灰比0.6:1～0.8:1，钢花管群桩上端嵌入底板内15cm～20cm。

（5）H2DK0+338～H2DK0+333里程范围内采用带仰拱曲墙断面型式，并进行模筑，并打设隧底钢管群桩[7]。

4 结论

本文在前人对岩溶隧道防突厚度研究的基础上，结合岩溶区隧道修建的工程实践，总结概括了岩溶隧道围岩加固方法以及不同于岩溶发育条件下隧道施工的预加固措施和施工工法，并结合云桂铁路（云南段）红石岩隧道岩溶发育的状况，开展了应用性研究，研究成果对出露溶腔和部分隐伏溶腔施工、整治对策的制定具有重要意义。

参考文献：

[1] 程晔. 岩溶区高度公路路桥基础稳定评价方法与应用研究[D]. 长沙：湖南大学，2005

[2] 朱鹏飞. 宜万铁路别岩槽隧道岩溶及岩溶水治理技术[J]. 铁道标准设计，2008，03：102-107

[3] 乔春生. 高压富水充填型大型岩溶区的隧道修建技术研究（分报告二）[R]. 北京：北京交通大学，2009

[4] 郭佳奇. 岩溶隧道防突厚度及突水机制研究[D]. 北京：北京交通大学，2011

[5] 张民庆，彭峰. 地下工程注浆技术[M]. 北京：地质出版社，2008

岩石隧道施工方法篇6

【关键词】 石质 大断面扩挖隧道 开挖方法优化

中图分类号： C35 文献标识码： A

1、前言

福州市二环路金鸡山隧道位于福州市主城区，是福州市二环线的一部分，是城区通往火车站的主要通道。金鸡山既有隧道为分离两车道市政公路隧道，为满足通行要求将原有隧道拆除扩建为四车道，该隧道扩建工程是大跨度小间距既有隧道拓宽工程，该隧道施工技术难度大、安全风险高、工程工期紧、社会影响大。由于隧道穿越地层地质主要为强风化-中风化花岗岩，岩体受原隧道施工应力释放后破碎程度进一步加强，属中硬岩，开挖时需要分断面钻爆作业。原设计开挖方案为CRD（交叉中隔壁）开挖方案。CRD开挖的临时支撑对上下台阶交通干扰影响，爆破作业对临时竖撑和横撑的破坏，对隧道整体安全产生较大影响，按照原方案施工作业难以开展。为能解决上述问题，针对原设计的CRD开挖方法进行优化，总结出适合类似岩层大断面隧道开挖方法。

2、原设计开挖方案

隧道原设计开挖方法为：V级、V级加强段采用交叉中隔壁（CRD）施工法施工，IV级段采用中隔壁（CD）法施工，中隔壁及临时仰拱均采用I14工字钢+18cm厚C25喷射混凝土，其中IV级围岩地段不设临时仰拱， V级围岩地段交叉中隔壁原设计开挖施工工序详见下图：

3、原设计开挖方案存在的制约

1、按照原设计先开挖既有隧道侧，上台阶临时中隔壁I14工字钢拱脚落在既有隧道初期支护背后围岩松散区，该处由于围岩出现不同程度松散，在竖向荷载作用下下沉变形大，不利于中隔壁稳定，为此我部经优化后将临时中隔壁置于既有隧道衬砌混凝土上，能提高临时中隔壁竖向承力能力有效控制初期支护沉降量。同时若按照设计弧度设置中隔壁，对既有衬砌产生水平向围岩推力，由于背后有松散空洞区，容易将衬砌混凝土推裂造成中隔壁失稳，为此将原设计弧形中隔壁调整为垂直中隔壁，有利于竖向荷载的传递。优化方案如下图所示：

2、本隧道均为石质围岩，需要进行爆破作业，爆破时对已完成的临时支撑影响极大，极易造成对已施工的永久支护松动脱落，造成重大安全风险。

3、原方案中上台阶开挖支护时就安装临时仰拱，临时将上下台阶分隔成两个空间，机械设备无法到作业掌子面施工，各作业面仅能靠人工开挖及支护，施工效率低下，一般土质隧道CRD方法开挖月进尺30米左右。石质隧道若没有大型设备出渣，施工进度将比土质隧道CRD开挖方法慢的多，工程进度难以保障。

土质隧道CRD施工照片

4、针对制约问题优化后的施工方案

开挖方案优化原则：在保证隧道质量、安全的前提下，以监控量测数据为依据，对隧道原设计CRD工法进行了局部优化。保证优化后的方案能满足结构安全要求，能有效控制隧道拱顶及两侧收敛，同时便于大型设备施工，以提高工作效率。首先对临时支护进行调整，将原设计弧形临时支撑优化为直线型，使型钢能较好的传递竖向或水平荷载；其次对开挖顺序进行优化，先后开挖施工上台阶两个导洞，再开挖施工下台阶两个导洞；由于下台阶爆破作业时是采取松动抬爆，对临时横撑造成冲击从而对整个初期支护造成影响。若上台阶开挖施工时完成上台阶竖向支撑体系施工但不施工临时仰拱，临时横撑待下台阶开挖支护一段后再施工，能保证上下台阶交通畅通，发挥大型设备的工作效率，施工工期能满足要求。若按原设计的CRD施工方法，上台阶仅能靠人工进行开挖出碴工效低，若为土质围岩人工开挖施工可以实施，但本隧道围岩均为石质人工无法开挖。

优化后施工顺序为：

⑴先扩挖既有隧道侧上台阶，并完成初期支护及临时竖撑及横撑施工，紧靠临时支护侧多开挖30-50cm，使临时竖撑施工完毕后扩挖侧岩壁与竖撑留有30-50cm空间，防止扩挖侧爆破时冲击临时竖撑。洞口30m范围内尽量采用机械开挖，若有机械难以开挖的局部松动爆破后再使用机械开挖。

⑵滞后既有隧道上台阶10米左右开挖扩挖隧道上台阶部分，并完成上台阶初期支护施工，此时隧道初期支护两侧拱脚垂直落底具有较好的承力能力。临时竖撑能有效支撑拱顶位置，减少拱顶下沉收敛。两侧钢支撑在竖向压力下产生水平向外的推力，能有较好的抵抗两侧围岩向内收敛。建议临时横撑不施工喷射混凝土，左侧导洞增加2排纵向I14工字钢连接，右侧导洞增加3排工字钢连接。以减轻临时横撑重量。

⑶既有隧道上台阶进尺30米左右后，开始开挖既有隧道侧下台阶。洞口段开挖逐榀开挖逐榀支护，待洞口段支护5-10米后可进入正常开挖支护，正常每次保持在2-3榀一次。下台阶钢架拱脚加长30cm，拱脚深入隧底基岩内起到临时仰拱作用。下台阶开挖时加强对拱顶及两侧监控量测，一旦发现下沉及收敛过大时停止施工，并采取有效措施进行加固。待洞口段施工30m左右后，通过监控量测观察围岩下沉收敛情况，若初支处于稳定状态，可将临时仰拱滞后至下台阶开挖后再施工。

⑷该侧下台阶开挖5米后开挖另一侧下台阶并完成支护。

⑸滞后左侧台阶5米左右开挖左侧隧底，施工隧底支护并将竖撑接长至隧底，使左侧导洞封闭成环。洞口段隧底开挖一次控制在2-3榀，洞内段控制在3米左右。 临时竖撑在仰拱及填充段内不施做喷射混凝土，施工仰拱时将工字钢浇筑在仰拱及填充内。

⑹滞后右侧5米左右开挖既有隧道侧隧底并完成隧底支护，隧底开挖一次控制在3米以内，开挖后立即完成隧底支护，使隧道支护封闭成环。

⑺待隧道初期支护落底成环后拆除临时横撑，每拆除6-9米后利用仰拱栈桥分幅浇筑仰拱及填充。

⑻待仰拱填充完成一段后，开始逐榀拆除临时支撑，临时支撑拆除要逐步推进，及时完成防水板、钢筋布设，并立即浇筑衬砌混凝土，要求拆除的临时至已完成的二衬混凝土距离不超过20米。同时加大对临时支撑拆除段支护监控量测频率，一旦发现支护下沉收敛加剧后立即停止拆除，并采用刚度较大的300*6的钢管支撑，并对支护后围岩进行注浆加固。

优化后方案对施工顺序导洞开挖顺序、中隔壁进行了优化，同时根据洞口段施工情况再适当调整临时横撑的施工时间，即洞口段开挖上台阶后施工临时横撑，待施工30米后且围岩变形收敛趋于稳定时，将临时横撑滞后至下台阶开挖后再施做，有利于上下台阶通行，使得上台阶能充分利用机械设备。能大大加快施工进度同时隧道施工安全也能得到保证。

5、优缺点比较

安全风险比较：原设计方案为标准隧道CRD开挖方法，对于土质软岩隧道更为适合，能有效控制软弱围岩下沉量及收敛，但对需爆破的石质隧道来说，临时横撑及竖撑紧贴岩面使得原有岩体临空面封闭增加爆破难度，临时支撑紧贴待爆破岩面，爆破时爆破能量及震动直接通过岩体作用到临时支撑上，极易造成临时支撑移位、变形甚至破坏，从而导致永久支护松动损坏，对安全不利。优化后方案临时支撑没有与岩面接触，不受爆破施工影响，另外竖向支撑自开挖至隧道初期支护成环始终能保持竖向持力，对控制隧道拱顶下沉较为有利，隧道开挖下台阶边墙收敛最不利时及时加上横撑，能有效控制隧道边墙收敛值。

施工进度比较：原方案受临时横撑影响将隧道上下台阶隔断，上台阶与下台阶无法通行交通，上台阶施工仅能依靠人工和小设备施工，正常土质隧道全断面施工进度在20-30米/月，石质隧道施工进度将更受制约，按30米每月计算，右线隧道V级围岩423米，IV级围岩144米，按照原设计方法隧道双头掘进V级围岩需要7个多月，IV级围岩需要1个月，开挖施工需要近9个月时间。优化后方案上下台阶间能够通行，大型设备可在掌子面作业，施工较为便利，除洞口段施工进度在40米左右外，洞内施工进度在60-90米/月（V级与IV级基本一致），双头掘进隧道5个月能实现贯通。

社会和经济性比较：原方案上台阶支护材料均需要人工从下台阶搬运至上台阶，上台阶出渣需要小型机具倒运至下台阶处再装运，增加多次倒运费用，且由于上台阶不能使用大型设备仅靠人工和小型机具作业，施工效率极低。若采用原方案施工，施工费用将成倍增加，且施工工期也成倍增加，对于原本拥堵的市区内环线将形成很不好的社会影响，施工单位、建设单位、交通主管部门和政府等各级部门压力极大。

6、实际施工效果

围岩下沉收敛情况：右幅隧道开挖支护已完成，监控周报显示各监测断面拱顶下沉速率在0.15mm/d左右，周边收敛速率在0.2mm/d左右，地表下沉最大速率在0.4mm/d左右，其中累计拱顶最大下沉50mm、累计周边最大收敛均小于25mm。说明优化后施工顺序较为合理，能有效控制隧道支护的下沉及收敛。

施工进度情况：该隧道自2014年4月19日开始爆破作业，在出口因拆迁问题8月份开始爆破，仅进口端掘进的前提下，通过7月份中间开口后，于9月10日上台阶全部贯通，下台阶于9月20日全部贯通，各个作业面每月全断面掘进进度在70米左右，大大缩短了施工工期。

经济效益情况：通过优化方案隧道上下台阶各个作业面都能按照正常爆破作业，大型设备出渣，不存在人工出渣和倒运材料的情况，大大提高了工作效率，工程施工成本得到有效控制。

7、结束语

通过对金鸡山隧道扩建CRD开挖方法进行优化，找出了石质大断面隧道采用传统CRD开挖方法的不足，通过优化使得隧道施工更安全、高效，在不到5个月的时间完成576米隧道开挖支护，取得了良好的经济和社会效益。通过该隧道的施工探寻了石质大断面隧道开挖方法的一些规律，为今后该类隧道施工起到一定的参考作用。

参考文献：

【1】赵鹏社《关于大断面隧道施工CRD工法的优化》 铁道建筑 2010年第8期

【2】钱东升《公路隧道施工技术》人民交通出版社

岩石隧道施工方法篇7

关键词: 新屋隧道；F1断裂带；静态爆破；TSP超前地质预报

1.引言

近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，城市快速路建设的快速发展和交通量的逐步增多，大断面公路隧道工程将日益增加。但是，对于双向八车道（或单向四车道）大断面公路隧道工程施工实践并不多。当前，我国现阶段的四车道大断面公路隧道建设既无成熟的经验供参考，又无标准的规范可参照；从目前情况来看，由于其自身具有众多复杂的因素，再加上四车道隧道的跨度大，因而大断面隧道的施工技术总结显得尤为重要。

我们将目前国内双向八车道公路隧道及相似地下工程建设情况做一汇总，见下表1-1，从表中我们可以看出，双线八车道公路隧道单洞最大跨度在23米左右，其最大高度含仰拱13米左右，从起拱线算起矢跨比最小为0.41,设计、施工建设难度都很大。而新屋隧道是目前国内扁平率较小、长度较长的双向八车道公路隧道。

表1－1 双向八车道公路隧道及相似地下工程建设情况

2、项目概况

2.1、工程简介

新屋隧道位于深圳市西丽片区塘朗山，是一座双向八车道公路隧道, 左线起讫里程：Z12+220～Z12+844，长624m；右线起讫里程：Y12+240～Y12+844，长604m；左、右线隧道结构间净距为19m～34m，左、右线隧道结构间净距为19m～34m，隧道内设车行横通道和人行横通道各1处，中心里程分别为：Y12+430和Y12+550。

2.2、地质及水文情况

根据地域资料及地质调查，勘查区及其周边出露的地层主要有第四系地层、燕山期粗粒花岗岩、加里东区混合花岗岩。隧道地貌单元为剥蚀丘陵地带，地势起伏较大，植被茂盛，自然地形坡度一般20～40度，地面标高一般在30～107m。

新屋隧道隧址区属南亚热带季风气候，雨量充沛，干湿季节明显，夏秋季有台风，台风影响时间为5～12月。地下水主要为松散土类孔隙水和基岩裂隙水。松散类土厚度变化较大且不稳定，水量中等～贫乏，隧道基岩为燕山期粗粒花岗岩和加里东期混合花岗岩，节理发育，储水量较大，是该区的主要含水层位，含水层富水性及透水性较好。根据水质分析，地下水对混凝土具分解类酸型中等腐蚀性。

2.3、隧道设计情况

（1）隧道平、纵断面

左、右线隧道均为曲线隧道，平曲线半径为1200m，左、右线隧道结构净距为19～34m。左右线纵坡设计由小里程至大里程分两个坡度1%和1.25%。

（2）隧道净空、横断面

隧道横断面按分离式双洞、即单洞四车道单向行驶断面设计。隧道断面净宽18.99m，行车宽度15m（4×3.75m），双侧设宽0.75m检修道；行车道净高5m。路面横坡2%，向曲线内侧下坡。隧道内轮廓设计为五心圆拱形式。内轮廓尺寸考虑了结构施工误差、预留变形、运营期间的部分设备安装及装修所需空间。

（3）结构形式

按新奥法原理设计，充分利用围岩自承能力，隧道支护结构除明洞段，均采用复合式衬砌结构。有Ⅴ级复合加强、Ⅴ级复合、Ⅳ级复合、Ⅲ级复合及明洞五种断面形式，各断面均设双侧电缆沟，设清、污分流双侧水沟。

2.4、工程特点及难点

2.4.1 工程特点

（1）、隧道跨度超大：新屋隧道是分离式双向八车道公路隧道，隧道开挖断面宽最大为21m，高度为13.32m。

（2）、隧道地质状况差：隧道IV、V级围岩占79.4%，III级围岩占20.6%，施工工序转换复杂，开挖进度慢。隧道在Z12+585～+615和Y12+480～+520范围内有破碎构造带F1，为断层碎裂岩，节理裂隙发育，岩石破碎，需要采用超前大管棚支护、双侧壁导坑法开挖。

（3）、隧道开挖控制爆破要求高：本标段进口为工业厂区周边建筑物较多（计量院内有精密仪器，不能受震动影响），为了避免爆破对建筑物造成破坏，隧道开挖均采取静态爆破和光面控制爆破技术。

2.4.2 工程难点

隧道进出洞口段覆盖较薄，岩性透水性好，雨季施工易出现涌水、坍塌。 Ⅳ、Ⅴ级围岩施工采用双侧壁导坑法，工序复杂，组织快速化施工困难。

3、隧道施工关键技术

3.1、洞口浅埋暗挖段施工技术

由于地质条件较差，边、仰坡及围岩自稳能力极差，在这种情况下，要作好洞口段的施工，以尽快形成安全的进洞条件，采取方案为：进洞前先做好洞顶排水天沟，对仰坡进行喷锚支护，尽量少刷坡。完成长管棚超前支护后，进洞开挖采用双侧壁导坑法，人工配合机械开挖，型钢钢架支撑和挂网、喷、锚等联合支护方式。

图3-1 隧道洞口段V级围岩双侧壁导坑法施工效果图

隧道洞口覆盖层较薄，暗洞进洞相对困难，因此设置了一定长度的明洞。明洞采用明挖顺做法施工，洞口土石方利用人工配合机械自上而下分层开挖、分层喷锚支护；衬砌分两部分施工，先施工仰拱及墙角钢筋砼，后进行拱墙衬砌施工。

3.2、F1断裂带施工

3.2.1 F1断裂带情况

根据设计图纸，隧道在Z12+590～+617和Y12+480～+524范围内有破碎构造带F1。左线F1断裂带为断层碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、断层泥组成，节理裂隙发育，岩石破碎，呈微涨，岩体结构为碎块状镶嵌结构或碎裂及碎裂结构，F1断裂带长30m，处于Ⅴ级围岩，隧道穿越微风化层与弱风化层，隧道顶部弱风化层覆盖厚度23m，强风化层5m。右线F1断裂带位于浅埋地段，围岩主要为弱～微风化加里东期混合花岗岩，节理裂隙较发育，岩石完整性、稳定性较差，岩体呈碎石状压碎结构或碎块状镶嵌结构。F1断裂带长40m，处于Ⅴ级围岩，隧道穿越弱风化层与强风化层，隧道顶部强风化层覆盖厚度1m，全新统冲洪积层10m。

3.2.2 F1断裂带施工方案

(一)左线隧道开挖方案

由于左线隧道F1断裂带处于微风化与弱风化之间，隧道顶部弱风化层覆盖厚度有23m，强风化层有5m。又根据地质超前预报及勘测抽芯报告，该段范围内岩性主要为混合花岗岩，强～弱风化，总体岩石较坚硬。节理裂隙较发育～发育，岩石较完整～较破碎（其中：+635～+623、+606～+570段节理裂隙发育，岩石较破碎）;地下水较发育，局部有渗水或小股流水；稳定性一般～较差。施工过程中根据现场实际情况，围岩状况好的情况下采用“三台阶弧形导坑法”开挖；围岩状况差的情况下采用“CD(中壁)台阶法”开挖。支护参数按设计施工。

(二)右线隧道开挖方案

由于右线F1断裂带位于浅埋地段，隧道穿越弱风化层与强风化层，隧道顶部强风化层覆盖厚度1m，全新统冲洪积层10m。围岩主要为弱～微风化加里东期混合花岗岩，节理裂隙较发育，岩石完整性、稳定性较差，岩体呈碎石状压碎结构或碎块状镶嵌结构。开挖方法按设计采用“双侧壁导坑法”开挖。

开挖前，对于开挖掌子面首先采用20cm厚的C20喷射混凝土封闭，然后对开挖线内及开挖线以外2m范围的岩层进行注浆止水和注浆加固处理，注浆止水加固采用长管和短管相结合的方法，长管长度L=6m，短管长度L=3m，均采用￠42×3.5钢花管。每次掌子面封闭注浆时，预留出2根管作排水孔。长管注浆每2m一个循环，止浆墙厚度大于2m，长管注浆遗留的空隙有短管注浆弥补。注浆压力0.5―1.5Mpa。

该段施工按设计拱部1500范围内打设双层超前小导管，外插角为10-150和15-300，长度L=3m，环向间距40cm，纵向间距1.5m，采用水泥水玻璃双浆液注浆。采用双侧壁导坑法进行开挖施工，钢架架立紧跟开挖面，做好初期支护，并同时做好现场的监控量测工作。

3.3、开挖钻爆设计

3.3.1 光面控制爆破控制技术

新屋隧道由于开挖断面跨度大，地质条件较复杂，隧道除进口端采用静态爆破外，其余均采用光面控制爆破，以最大限度保护周边岩体的完整性，控制超欠挖量。

光面控制爆破工艺流程：

3.3.2 静态爆破施工技术

（1）、静态爆破原理：

静态爆破（又称静态破碎）是将一种含有钙、铝、镁、硅、铁等元素的无机盐粉末状破碎剂，用适量水调成流动状浆体，直接灌入钻孔中，经水化反应后，产生巨大膨胀压力（可达30～50MPa），将岩石（抗拉强度4～10MPa）胀裂、破碎的爆破方法。

（2）、工艺特点：

破碎物体时不产生震动、噪音、飞石、粉尘及有毒气体，属无公害环保型产品，不属易燃、易爆物品。运输、保管安全可靠，使用方便。膨胀剂破碎效果稳定，一般可使被破碎物在 12 小时以内发生破碎。

（3）施工方法：

因本工程隧道进口端岩石属Ⅴ级围岩，隧道跨度达21m，参照暗挖隧道新奥法施工工艺，分段分区开挖作业方案，隧道上部在超前长管棚或超前小导管注浆加固围岩的措施下，首先完成上半断面开挖，并将工作面推进到预计位置（进洞40m）。完成上断面开挖和支护工作后，采用相同方法进行下半断面开挖。如果不影响上断面施工，在保持一定距离情况下，上下断面可同时推进。

静态破碎工作面开展与炮孔定位受岩石风化情况影响，上断面开挖容易在上部风化或岩石破碎带找到突破口，在掌子面上用风镐或炮机扩大形成一个槽，槽底深度达到一次进尺的深度，这样增加了一个自由面，以利静态破碎剂胀裂破岩施工。当开槽困难时，也可用大孔径钻孔法形成自由面，以大炮孔为中心向周边逐步扩展，俗称掏洞法。上断面一般采用浅眼法，向下倾斜孔，孔径40mm，水平进尺0.5～0.8m；下断面采用深孔法，向下垂直孔，孔径76mm，台阶高度3～5m。

（4）、静态爆破参数

①、上断面开挖

a、水平进尺L ： L＝0.5～0.8m。

b、钻孔直径D ：采用手风钻钻孔取D＝40mm

c、底盘抵抗线W ： W＝30cm

d、孔距和排距：布孔方式如图1所示：

图3－2静态爆破平面布孔方式示意图

图3－3静态爆破炮孔装药结构示意图

孔距a ：孔距越小，开裂越容易，破碎时间也短。但是孔距越密，孔数增多，必然加大施工成本，影响施工进度，根据下列公式计算出可行的最大孔距：

a=（P/β×R1+1）d

式中：P――破碎剂膨胀压力30兆帕；

R1――岩体的抗拉强度为6兆帕；

β――膨胀系数，β≈0.5；

d――孔径，d=0.042。

由此可计算出孔距为30.2cm，取a=30cm。

排距b：排距b一般小于孔距a，可采取b=（0.6～0.9）×a；这里取b=30cm。

e、炮孔长度L1：L1=L＋0.5b

f、灌浆长度L2 ： L2＝b

g、用药量：静态爆破与炸药爆破不同，装药需基本填满空孔，用药量可按照空孔总长度计算，并随孔径、孔距而异，单位体积用药量表10所列。

单位体积装药量

破碎岩石类别 单位体积用药量（kg/m3）

软质岩石 8～10

中硬岩石 10～15

硬质岩石 12～20

破碎剂总用药量也按被破碎岩石体积乘以单位体积耗药量经验数据按下式计算：

Q=V×q

式中：V――破碎岩石体积（m3）；

q――单位体积耗破碎剂量（kg/m3）。

②、下断面开挖

a、台阶高度选取3～5米，预计施工台阶2～3个。为加快施工进度，当上面一个台阶向内静态破碎开挖完成5～6米时，开始进行下一个台阶的施工，形成梯步式工作面。

b、布孔形式

为提高破碎效果，提高装车能力，满足进度需要，根据自由面较多的特点，本工程采用对数形布孔方式，即离自由面越远，孔的间距越密。

c、钻孔孔径

根据以往的施工经验，结合本工程特点，采用钻孔直径选择d=76mm，当边缘钻机摆位空间不足时，先选手风钻钻孔，降低高度后再用大钻。

d、孔距

根据上述公式计算出可行的最大孔距：a=80cm。

e、排距

排距b=60cm。

3.4、隧道开挖方法优化情况

设计要求新屋隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖采用双侧壁导坑法， Ⅲ级围岩开挖采用弧形导坑上下台阶法。而根据地质超前预报及现场实际开挖的情况，局部地段地质与设计不符，比设计情况要好，因此本着确保安全质量，节约成本，加快进度的原则，对隧道局部地段的开挖进行优化调整，具体如下：

1、隧道出口双侧壁导坑法改为三台阶弧形导坑法。

2、隧道进口弱风化花岗岩地层双侧壁导坑法改为三台阶弧形导坑法。

4、施工过程中辅技术措施

4.1、监控量测技术

新屋隧道施工过程中采用较为先进的监控量测手段，对隧道施工过程中的的围岩变化，地表下沉，初期支护的受力情况及二次衬砌的受力情况进行监控量测，及时提供反馈信息，掌控隧道围岩变化情况，分析初期支护效果，为隧道施工提供合理的安全方案，为隧道信息化施工提供最原始的数据。

4.1.1监控量测的内容

依据中国《公路隧道施工技术规范》(JTJ02429)中的要求，并根据新屋隧道的结构特点及施工方法，结合设计单位提供的隧道监测建议，拟订了该隧道的监测项目和测试方法。其中包括：围岩内部位移、拱顶下沉、底板隆起、锚杆轴力、钢架支撑应力、爆破振速等，旨在采用中国成熟的快速、准确、可靠的手段，对

4.2、地质超前预报

通过应用TSP203PLUS隧道地质超前预报系统，TSP203PIUS可以预报隧道掌子面前方0～200m范围的地层状况，可以满足长期（长距离）超前地质预报的要求。以新屋隧道左线出口右上导掌子面（里程：Z12+762）前方地质超前预报探测为例：

（1）、测点位置

预报时掌子面位于Z12+762里程处，在Z12＋811里程处布置预报接收孔，接收孔距掌子面49m。

（2）、测线测点布置

在隧道右边墙（面向掌子面）的同一水平线上从外向里布置一个传感器钻孔和22个炮孔，传感器钻孔距第一个炮孔15m，炮孔间距1.3m左右，炮孔高度。

（3）、预报成果

通过对二维结果图、掌子面状况和设计资料的综合分析，对主要存在问题区段进行预处理。

5、施工中的一些经验总结

新屋隧道施工过程中，我们积累了一些施工经验，在此与大家分享：

1、台阶法施工中，严格控制上中下台阶的台阶长度，可以使机械设备发挥最佳效率，有效缩短施工工期。

2、隧道开挖中，如发现围岩性质、地质情况发生变化，应及时对所用的掘进方法、支护方式作相应调整，以适应新的围岩条件，确保安全施工。新屋隧道右线Y12+525里程正处于F1断裂带与IV级围岩交界处，由于开挖进尺过大，支护强度不足，造成掌子面局部塌方，拱顶围岩轻微下沉，增大了投资，同时影响了工期。

3、隧道施工过程中，加强对开挖面、未支护及未衬砌断面围岩情况的监测和检查，如有塌方，冒顶症兆要及时做强支护处理。对已支护地段亦要经常检查，有无异常变形或破坏，锚杆是否松动，喷砼层是否开裂、掉落等，一经发现应立即补救，采取适当方式加固处理。还要防止在施工过程中机械对支护的碰撞破坏。

4、当隧道掘进通过沟谷凹地等覆盖层过薄地带或通过沿溪傍山偏压浅埋地段时，因围岩自身成拱能力差，缺乏足够稳定性，施工时应特别谨慎、应采取先支护、后开挖、快封闭、勤量测的施工方式，再根据不同地质条件，辅之以必要加固措施，稳定开挖面，确保施工安全。

5、在上台阶施做拱架支护时，应在拱脚处打设斜向锁脚锚杆，加固围岩地基，防止拱脚外移引起拱顶下沉开裂。此处应特别注意锁脚锚杆的方向是斜向上。同时围岩压力大的应在两拱脚间加设足够的支撑，以防拱脚内移、拱背开裂。拱圈砼浇筑前，找平拱支承面，拱墙施工时应按设计预留钢筋，以使拱墙连成整体，可防止拱脚内外移，为防止拱脚下沉，仰拱应尽快施作。

5、结束语

岩石隧道施工方法篇8

关键词:隧道；岩溶；充填性溶腔；处理措施

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

0引言

岩溶亦称喀斯特(karst)，是地表水和地下水对可溶性岩层(碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等) 进行化学侵蚀、化学分解作用和机械破坏、搬运、沉积作用以及化学化合作用、结晶作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的综合。通常情况下,岩溶发育的条件有三个:①岩石的可溶性与岩石裂隙,可溶性岩石主要包括石灰岩、白云岩、岩盐等;② 水的侵蚀作用;③水的流通条件。

1工程概述

1.1 工程简介

云桂铁路石林隧道位于云南省弥勒县与石林县板桥镇区间，全长18208m，设计为“人”字坡。为全线最长隧道、国内最长的岩溶隧道。隧道最大埋深约250m，最小埋深拱顶以上约6m。

1.2 工程地质

石林隧道穿越地层岩性主要为中～厚层状的浅灰、灰白色的灰岩，岩溶强烈发育，隧道通过6个断层带和4个破碎带，不良地质为岩溶、红黏土，富水断层及岩溶发育地段极易发生突水、突泥等地质灾害。

1.3水文地质

石林隧道线路基本走行云贵高原面 ，无大的水系及迳流，地表水以大气降水为主，地下水以岩溶水为主，岩溶发育，含水充沛，是测区的主要含水层。沿线地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水三类。

结合本隧道的勘查现状、水文条件，预测石林隧道最大涌水量28.3×104m3/d。其中进口段（DK651+230～DK666+300）最大涌水量20.3×104m3/d，出口段（DK666+300～DK669+443）最大涌水量8×104m3/d。

2DK657+940溶腔边界探测

为了提高岩溶隧道溶洞溶腔探测的准确性，充分发挥各种探测方法的优点，采用综合的方法克服单一方法的缺点。石林隧道溶洞超前探测采用TSP203进行长距离对地质构造和含水地层及构造进行探测，采用地质雷达对溶洞短距离进行探测，采用超前探孔对TSP203和地质雷达的探测结果进行验证、更进一步详细探明溶洞在隧道开挖轮廓线以外5m发育的边界、范围大小、水的发育程度。

2011年3月22日，1#斜井向进口方向开挖施工至DK657+961掌子面时，施作超前钻孔，探测DK657+940有溶腔。为进一步完全揭示地质形态，继续施工至DK657+945，保留5m岩盘，增加4孔超前探孔，全方位立体式探测溶腔发育边界。

表1超前探孔布置参数表

图1DK657+940溶腔探孔布置图

经过施作超前钻孔后，探测到石林隧道DK657+940充填性溶腔发育情况：在隧道通过范围内纵向发育长度约16.5m，拱顶以上发育高度约8.2m，左边墙以外约12.6m，向掌子面向右前方发育至DK657+934。溶腔内充填物为红黏土，呈流塑状，含水较丰富，充填物内含巨块孤石(2～3m3/块)，此处距1#斜井与正洞相交处约60m，该段隧道拱顶以上埋深约126m。

图2DK657+940溶腔平面置图

3 DK657+940溶腔的处理措施

3.1 隧道岩溶处理原则

根据目前国内大量岩溶隧道施工经验和运营工程中出现的问题,并参照国外有关岩溶处理的文献资料,岩溶处理应遵循“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。

DK657+940溶腔采用填充混凝土和注浆的方式充填溶腔，然后在超前管棚支护和小导管的防护下，进行隧道开挖支护通过溶腔区。施工过程中加强隧道监控量测工作，及时反馈信息，为隧道安全通过岩溶溶腔地段施工提供依据。

3.2 加强岩溶地段的监控量测

隧道施工接近岩溶发育边界时，应加强隧道的监控量测，严格执行监控量测要求，为处理溶腔提供可靠依据。根据铁路隧道监控量测规范，以及石林隧道监控量测实施细则的相关要求，对正洞岩溶段严格进行监控，主要监控项目有：洞内外观察、拱顶下沉以及周边围岩收敛。每5m布设一处围岩量测断面，每个断面设监控量测点为上台阶3个，阶2个，下台阶2个，测频率为2次/d（上午1次，下午1次），若存在异常，则增加量测频率。当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d，累计收敛值超过100mm，按照管理等级停止溶腔处理，进一步研究溶腔处理措施。

3.3 DK657+940溶腔揭示

3.3.1根据超前地质资料分析后，判明溶洞内充填物为红黏土，呈流塑状，含水较丰富。

3.3.2通过水文观测，溶腔与地表和地下暗河无连通性。评估确定溶腔内岩溶水的静储量小于100000m3，恒定补给量小于500m3/h。

3.3.3通过精准爆破，主动将岩溶水或充填物释放，对释放水和充填介质后的溶腔空腔进行处理，从而安全的穿越溶腔。

3.4 DK657+940掌子面回填反压

为了确保溶腔处理期间的施工安全，采取对掌子面前方，即DK657+965～+945段，回填洞碴进行反压措施，回填后洞身临空面高度由7.1m降低至3.1m，回填作用：①可以减小溶腔坍塌口空间，为处理溶腔口降低了施工安全风险；②对左右边墙已安装好的钢架形成了反压，确保了钢架不会向隧道中线处变形，保证了钢架的稳定性；③形成上部施工作业平台，便于顶部溶腔施工处治。

图3回填洞碴反压示意图

3.5 封堵溶腔溃口

对DK657+940掌子面左侧溶腔口进行封堵，阻止溶腔充填物继续坍塌，溶腔口主要采用碎石砂袋、φ42无缝钢管、φ80钢管、木板、圆木、方木等材料进行封堵。封堵时：预埋φ100mm排水管(每根间距1～1.2m，管口采用纱布封头，排水管管头高于泵送砼面，置于吹砂层内之间)；预埋φ150混凝土输送管2根(根据情况选定位置，管头伸入到拱顶开挖线外2m以上)；φ150吹沙管2根；φ80观测管2根，封口及各预埋管加固稳定牢靠，为溶腔灌注混凝土封堵创造条件。

3.6 泵送混凝土、吹沙填充溶腔

DK657+940掌子面砂袋封堵完成后，采用泵送混凝土对拱部开挖轮廓线以上2m范围内溶腔进行填充，混凝土采用强度为C20，形成混凝土护拱，为下一步施工掘进提供安全保障。待护拱混凝土达到一定强度后，采用吹砂机对拱部进行吹砂，对护拱起保护作用，若充填物再次坍塌，吹砂层起到一个缓冲作用，以确保不会对护拱及隧道结构造成破坏。

图4溶腔口处理示意图

3.7 长管棚超前支护

溶腔封堵填充完成后，采用长管棚超前支护施工，管棚采用 Φ108×6mm无缝钢管，长25m/根，环向间距40cm布设，共设置39根(可适当增加)。管棚施工事先安装2榀I20钢架，在钢架上固定孔口管作为导向，采用管棚钻机钻眼，钻眼完成后，送入管棚，为了提高管棚抗弯的能力，在导管内增设钢筋笼(4根φ18主筋和固定环组成)，然后注水泥浆液，注浆压力控制在0.7～1.0MPa。

岩石隧道施工方法篇9

关键词：隧道；涌水；突泥；实施

1 工程概况

某隧道位于广东省清远市境内，全长4214m，2008年2月，该隧道仅余DK2080＋990～DK2081＋100段没有开挖。2月10日晚，出口工区开挖至DK2081+097，隧道中线左2m拱顶处揭示一直径约80cm的裂隙并发生涌水突泥，从2008年2月11日到2月14日先后陆续发生了5次，造成668m已开挖段被淤积，淤积物为褐黄色粉质黏土、粉土、粉细砂夹角砾、碎石、块石等，淤积物达3.2万m3。

2 工程地质条件

(1)设计地质条件

K2080+190～DK2081+350段为泥盆系中下统桂头群下亚群（D1-2gta）弱风化中厚～厚层状石英砂岩，局部夹薄层页岩。DK2081+350附近为花岗岩与石英砂岩的接触带。

DK2081+097处，隧道埋深约300m，该段围岩为弱风化、微风化的中厚～厚层状石英砂岩夹薄层页岩，设计围岩为II级。

(2)突水涌泥发生后补勘的地质条件

根据隧道开挖揭示地质情况、超前地质钻探、物探（TSP203）、工程地质测绘。DK2080+943～DK2081+000段岩性为厚层～巨厚层青灰色的石英砂岩，岩体完整，地下水不发育。DK2081+015～DK2081+025段节理裂隙很发育，岩体破碎，部分呈褐黄色，裂隙间部分充填黏性土。DK2081+030～＋094段为灰白色石英岩，岩体破碎～极破碎，该段发育较多断层裂隙，裂隙中充填断层角砾、断层泥，该段地下水发育，部分段洞顶因突泥形成较大空洞。

3 涌水突泥原因分析

根据地质补勘资料结合地面工程地质调绘复查，隧道洞身于DK2081+030～+094段发育一隐伏张性断层，隐伏断层存在的理由：

（1）从区域构造，断层方向的一组节理N56°～85°E／61°～84°SE，强烈发育，而岩层单斜，产状N45～60°E/50～60°NW。

（2）DK2081+051～+094段岩性为由石英砂岩严重变质而成的石英岩，岩体中近垂直向发育较密集的张裂隙，断层两侧越靠近该段，岩体越破碎，岩石变质程度越严重，石英含量越高。

（3）DK2081+097掌子面的断层裂隙形态、突出的泥的成份主要为断层角砾岩、风化的断层角砾岩及断层泥（粉土、砂土夹角砾、碎石、块石），其次是少量地表水沿断层裂隙的运移中带入的地表黏性土。

（4）DK2081+004掌子面，岩体较破碎、挤压镜面发育，构造裂隙中充填大量岩脉，也证明该断层的存在。

该断层破碎带在隧道洞身附近的宽度约为65m。DK2081+030～+094段地下水涌出量基本稳定，约为5000m3/d，表明沿断层方向有远处地下水的补给，涌泥突水由该断层所致。

由于该断层破碎带为良好的储水与导水通道，有利于地下水及土颗粒的运移；断层带内富集了大量的断层泥、断层角砾，经一定风化作用，断层角砾部分风化成细颗粒土、表土也由于水的运移而充填于裂隙中、加之断层带富含地下水，开挖该断层裂隙时，出现涌水突泥。

4 断层水对隧道结构影响分析

根据隧道开挖的情况，推测该断层两侧为完整的石英砂岩，透水、储水能力较差，地下水不发育。断层带为相对独立的地下水储存与运移通道，富含地下水。该段受降雨等引起的地下水位、泾流条件的变化，可能引起远处断层破碎带中大量泥砂涌入隧道，施工期间仍有可能再次遇到涌泥、突水或断层带的坍塌、掉块等危害。

根据隧道开挖情况，断层两侧岩体完整，隧道开挖后洞内干燥，表明断层破碎带为主要的导水通道，地下水主要沿断层带径流，在断层地面露头附近排泄，根据工程地质测绘资料，该张性断层地面较近出露的低点位于隧道左侧约1500m，标高约为272m，DK2081+097处隧道标高约为52m。综合分析此情况下断层水地表排泄点、水力坡度（水力坡度按10‰）等，该断层附近隧道洞身处断层水的最大水头高差约235m，选取水压力折减系数为0.8，作用于该断层附近隧道洞身的最大外水压力：

F=103×9.8×235×0.8=1.84MPa

5 该段处理的两大难题及相应措施

(1)涌水突泥形成的巨大空腔

为保证施工安全及隧道结构在运营期间的安全，必须对由于涌水突泥而形成的空洞进行处理，经认真比对，对DK2081+030～+107段采用超前周边注浆加固，其范围为各分步开挖轮廓线外约5m，以保证在隧道初期支护背后5m范围内没有空洞，既防止施工期间涌水突泥的再次发生，也确保衬砌结构的永久安全。

注浆采用单液浆或双液浆，根据注浆效果灵活掌握。

(2)水压力对结构的影响

如对该段隧道断层地下水采用全部封堵的方案，则有可能在运营若干年后，作用于该段隧道洞身附近的最大外水压力为1.84MPa，要抵御如此大的水压力，不仅支护及二次衬砌要有足够的加强，采用注浆堵水也将工程巨大，而且在运营期间需要建立长期的观测机制，耗费人力、物力。

再者隧道洞顶较大范围无地表水源点、农田、村庄及居民，因此地下水的漏失对环境无影响，因此对该段充填于断层裂隙中的砂、土进行封堵，对地下水采用堵排结合的整治方案。

先对断层裂隙中的砂、土进行封堵，采用超前周边注浆防止施工期间涌水突泥的再次发生，确保衬砌结构的永久安全，阻断断层裂隙中充填泥沙向隧道范围运移，保证隧道内各排水盲管畅通不堵塞。

其次为有效地引排断层地下水，该段环向排水盲管加密至每2m设一道，这样可以及时有效地将渗透过初期支护的断层地下水引入隧道侧沟内排出，释放由于水位升高给衬砌带来的压力。

6 实施结果

由于对该段进行了详细的地质探测，对后续施工可能产生的困难进行了充分的预估，并制定了各种应对措施，该段隧道于2008年9月顺利贯通，通过一年多的观察，衬砌表面无水渍、无裂纹，相应的排水盲管排水畅通，解决了该段处理的两大难题。

7 结束语

在大断面隧道施工中风险无处不在，处处不可掉以轻心，通过该案例有几点体会：

(1)在两种不同性质的围岩交界处，一定会有一个大的张型断层，该断层可能在交界处，也可能离开该交界点一定距离，施工时万不可以为过了设计的交界点就万事大吉，相反更要小心谨慎，该案例中张型断层就离开设计的接触带250多米，离开实际开挖揭示的接触带120多米；

(2)现阶段的长大隧道设计，由于受勘察设计方法限制，地质情况一般是不太准确。为此一定要加强施工过程中的超前地质预报工作，TSP203、红外探水、地质雷达等需要的专业人员综合素质很高，要精通地质专业、电子专业等，这样的人员比较稀少，由于地质体的各向异性，决定了采用物探法进行地质超前预报的多解性，造成分析结果差别巨大，更有些专业素质不高的分析人员为了减少误判的责任，照抄设计的围岩级别，这样造成隧道施工风险控制形同虚设，给国家、集体带来巨大损失。现阶段的隧道设计，尤其长大隧道设计，为了避免类似情况发生，最有效的办法是要加强超前地质钻探的数量，一般沿隧道外轮廓不少于7个孔，地质复杂时要达到9个孔。为了加快钻探进度，应配置RPD-150C多功能钻机，该钻机水平钻孔深度可达150m，钻速Vmax=12m/h，记录自动化、数据详细。短小隧道可以采用加深炮眼的办法达到超前钻探结果。

(3)加强隧道施工管理中的风险控制，并对各种风险制订切实可行的操作预案，超前地质钻孔结果的研判要经过三人以上的分析，尤其是地质发生变化时更要如此。

岩石隧道施工方法篇10

关键词:隧道，软岩，变形，围岩支护

1概述

随着交通事业的快速发展，越来越多的隧道工程将会在地形、地貌及地质背景复杂的西部山区修建。隧道在施工过程中不可避免的会遇到软弱围岩、高地应力围岩、断层破碎带等复杂的地质状况。通常意义上，穿越这些地区的隧道统称为软岩隧道［1］。软岩隧道开挖易造成围岩大变形，控制围岩变形也是软岩隧道开挖所要解决的主要问题之一。尤其是对于穿越软弱地层的大跨度隧道而言，如果支护不强或支护不及时，将会发生塌方冒顶或二次衬砌严重开裂现象，将会给工程安全性造成严重的威胁。通常来说，隧道围岩大变形指在高地应力软弱围岩条件下，围岩发生沉降破坏并最终导致隧道围岩失稳的现象［1］。其实质是围岩产生剪应力使得岩体彼此错动、断裂破坏，也就是说使围岩的自稳能力丧失，产生塑性变形，进而迫使围岩向开挖洞室方向挤压，产生大变形的现象。对于大变形的界定［2］，铁二院考虑了预留变形量的影响，认为单线隧道适当的预留变形量一般不大于150mm，双线隧道一般则不大于300mm，正常的变形量上限取上述值的0．8倍，在支护位移上，若单线隧道大于130mm，双线隧道大于250mm，就认定为发生了大变形。近年来，随着深埋特长隧道建设的日益增多，国内外对软弱围岩隧道大变形的变形机理［3］、变形特征［4］、控制措施［5］、施工工法［6，7］及支护时机［8］等等方面做了大量的研究，并取得了一定的成果。

2大跨软岩隧道存在的问题

由于地层地质的复杂性，大跨软岩隧道工程仍然面临着以下几个急需解决的关键问题:1)对围岩变形的判断与控制。对于软岩隧道围岩变形的研究主要集中在三个方面:a．从理论方面对变形机理进行研究;b．选择合理的施工工法对围岩变形进行控制;c．运用有限元或其他数值模拟的手段对围岩的变形量和变形趋势进行预测。从众多的学术论文和科研成果中不难发现，对于围岩变形的机理多是采用连续性介质理论进行分析，而实际工程中的围岩是非连续的，它是岩块和结构面在三维空间的一种非定向关系。尤其是对于地质状况比较复杂的软弱围岩，都是由多种物理成分组成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的随机性。但是，在实际的研究和应用中，例如采用数值模拟的方法对软岩隧道围岩变形进行分析时，又必须运用岩体的本构关系，这本身就是存在问题的，更不要说计算结果的准确性了。不论是理论分析还是数值模拟都没有办法对围岩的变形量进行准确的判断。这将引起另外一个问题，就是在采取控制变形措施时，通常采用的是依据相似工程经验制定施工方案，并没有针对不同的变形量采取相应的控制措施，因此变形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中变形可以达到1．0m甚至更大，软弱围岩变形本质上属于大变形问题，然而岩体力学中使用的弹塑性变形理论［9］虽然对材料的非线性进行了考虑，但是严格意义上仍属小变形理论。2)对合理支护时机的探讨。隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题，二次衬砌的支护时机是保证二次衬砌长期稳定的关键。特别是对于软岩大变形隧道，如果二次衬砌施作过晚，则可能造成初期支护变形过大而无法控制，以致隧道失稳;但如果施作过早，则不利于地应力的释放和充分发挥围岩的自稳能力，从而使二衬受力过大而导致开裂，降低了隧道结构稳定性。因此，合理确定二次衬砌施作时机是保证隧道施工阶段和长期运营阶段安全性的关键。但是现阶段，对于隧道二次衬砌支护时机的研究仍然没有形成系统的体系。研究者多根据具体的工程背景选择不同的岩石弹塑性模型，采用的确定合理支护时机的判定方法也各有不同。对于二衬支护时机的影响因素的分析也多是针对单一影响因素，并没有综合考虑。

3软岩隧道的发展与展望

为了满通建设的需要，将不可避免的遇到更多的软岩隧道工程。围岩大变形的控制问题仍然是未来软岩隧道工程需要解决的关键问题。从根本上讲要更深入的研究围岩的变形机理，找出适用于实际工程地质状况的围岩的本构关系。在施工的过程中，超前地质预报要贯穿整个隧道的开挖过程，监控测量要及时跟进。对于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后类似工程经验借鉴。隧道是地层围岩和支护结构共同组成的复杂受力体。支护是一个过程，一个好的支护方案要让这一过程与围岩变形过程相协调。考虑到软弱围岩的蠕变特性，围岩的自稳能力是与施加相关的，因此二次衬砌的支护需要一个合理的时机。反过来理解，如果要确定合理的二衬支护时机，首先要对围岩的蠕变特性和变形机理进行充分而深入地分析，只有在此基础上，才能选择适当的支护时机和支护形式以及确定合适的支护参数。由于目前的研究多针对二次衬砌的支护时机探讨，应该将整个支护过程统一起来，形成与不同围岩级别、不同断面尺寸、不同开挖方式、不同支护参数相对应的系统的支护方案，以及更完善的施工工法。

4结语

本文主要针对近年来出现的软岩隧道工程中的突出问题进行了讨论，并对软岩隧道工程今后的发展进行了展望。为了满通建设的需要，更多更为复杂的软岩隧道工程也必将积累更多的工程经验，更好更深入的解决围岩大变形的控制问题。随着支护理论的不断发展、支护技术的不断进步，软岩隧道工程施工技术水平将会不断提高和发展。

参考文献:

［1］陈玉．共和隧道围岩大变形机理及防治措施研究［D］．重庆:重庆大学，2008．

［2］喻渝．挤压性围岩支护大变形的机理及判定方法［J］．世界隧道，1993，2(1):46-50．

［3］刘伴兴．软岩隧道大变形机理及位移控制基准［D］．石家庄:石家庄铁道学院，2006．

［4］段庆伟，何满朝，张世国．复杂条件下围岩变形特征数值模拟研究［J］．煤炭科学技术，2002，30(6):55-58．

［5］柴瑞峰，王才高．鸟鞘岭特长隧道大变形围岩段施工技术［J］．铁道建筑，2005(12):38-39．

［6］王祥秋，杨林德，高文华．软弱围岩蠕变损伤机理及合理支护时间的反演分析［J］．岩石力学与工程学报，2004，23(5):793-796．

［7］王建宇，胡元芳，刘志强．高地应力软弱围岩隧道挤压型变形和可让性支护原理［J］．现代隧道技术，2012，49(3):9-17．

［8］刘全林，杨敏．软弱围岩巷道锚固支护机理及变形分析［J］．岩石力学与工程学报，2002，21(8):1158-1161．