软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术软弱围岩隧道预防坍方施工技术中铁十七局集团有限公司技术管理中心二一四年八月1软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术前 言中国目前在建隧道6600公里，已规划建设隧道7600 公里，隧道呈现“三多”特点（隧道数量多、长大隧 道多、风险隧道多）。其中软弱围岩隧道占有相当大 的比例。软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇到断 面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况，从而使施 工更加复杂，难度更大。目前，由于技术措施不合理 、施工方法不当、施工工艺不到位、现场管理薄弱等 环节的诸多问题，造成了大量的隧道变形和坍方事故 ，损失巨大，教训深刻。2软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术如何提高软弱围岩隧道施工水平，预防变形和坍 方，确保施工安全，其核心是抓住软弱围岩隧道工程 特点，落实好“三超前、四到位、一强化”施工技术 关键环节。三超前：超前预报、超前加固、超前支护四到位：工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位一强化：强化量测3软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术目 录1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例 2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点 3 软弱围岩隧道施工技术4软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例5软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术1.1事故案例 l郑西客专南山口隧道大坍方（2007年7月15 日发生）。坍方段埋深86米，地质为强风化 粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。掌子面 初期支护首先出现掉块、开裂，3天后发生大 坍方，坍方长度146米，洞内初期支护全部破 坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。坍 方原因：快速封闭不到位、衬砌跟进不到位 、量测未到位。（上台阶开挖83米，仰拱距 掌子面126米，二衬距掌子面146米）。6软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术南山口隧道大坍方照片7软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术8软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术l贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方（2010年1月 19日发生）。坍方段埋深21m（属浅埋），地 质为向斜构造全风化花岗岩，呈砂状，开挖 扰动后呈流塑状，地表为水田和常年流水水 沟。进口开挖到398米处，掌子面施作超前小 导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约800立 方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约35米。 涌砂坍方原因：未进行超前预报、未进行超 前加固、未进行超前支护9软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术东科岭隧道涌砂坍方照片10软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术东科岭隧道地面坍坑照片11软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术l张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形（2010年 2月26日发生）。变形段隧道埋深约300米，地 质为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于F3断层影响带， 构造节理发育，岩体破碎。进口开挖到4136米 处，初期支护工25b钢架发生变形，变形速率 151mm/d，随后掌子面后方30米范围内初期支护 扭曲变形，喷射混凝土开裂、掉块，渗水量增 大。该段变形原因：由于对工程地质特性认识 不足，工法选择不到位、支护措施不到位。12软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术旧堡隧道初期支护变形开裂照片 13软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术l集包铁路新旗下营隧道坍方（2010年3月 19日发生）。坍方段埋深约70米，地质为变 质大理岩，前期施工时经常发生局部掉块。 进口开挖到370米处。后方56米位置初期支 护（格栅钢架）失稳破坏坍方，造成多名作 业人员遇难。坍方原因：支护措施不到位、 快速封闭不到位、量测不到位14软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术新旗下营隧道坍方照片15软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2006年 3月21日:武康二线王家沟隧道坍方，8人受困。 5月16日:大丽线南场岭隧道洞口坍方，6人受困。 5月21日:洛湛线双牌二号隧道洞口坍方，1死3伤。 8月12日:郑西客专秦东隧道坍方，2人死亡。 9月13日:武康二线系家山一号隧道坍方，2人死亡。2006年发生事故5起，造成5死3伤14人受困 1.2事故统计与分析统计2006年至今软弱围岩隧道发生事故 16软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2007年 4月30日:太中银吴堡隧道坍方，4死1伤。 7月15日:郑西客专南山口隧道大坍方146米。 8月6日:石太客专南庄隧道坍方，2人死亡。 8月6日:广深港客专水田隧道洞口坍方，2人死亡。 9月2日:合宁线亭子山二号隧道坍方，5人死亡。 9月30日:兰青二线八盘峡二号隧道坍方，8人受困。2007年发生事故7起，造成13死2伤8人受困 17软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2008年 1月9日:兰青二线杨家店隧道坍方，2人死亡。 1月20日:郑西客专盘东隧道坍方，3人死亡。 3月21日:田德线百安隧道坍方，2死3伤。 3月25日:包西线活沙兔隧道坍方，4人死亡。 7月15日:洛湛线古榄隧道坍方，1人死亡。 8月29日:西格二线克土隧道坍方，4死7伤。2008年发生事故6起，造成16死10伤 18软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2009年 2月17日:包西线寨山村隧道坍方，2人死亡。 3月8日:石武客专木兰隧道坍方，2死2伤。 3月16日:向莆线宝台山隧道坍方，3死1伤。 7月19日:襄渝二线杨家沟隧道坍方，2人死亡。 8月1日:湘桂线梅子坳隧道洞口坍方，3人死亡。 10月29日:包西线新响沙湾隧道坍方，人员逃脱。 12月19日:包西线邓家楼一号隧道坍方，6人受困。2009年发生事故7起，造成12死3伤6人受困 19软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2010年 1月14日:南广线白云隧道突水突泥，5人死亡。 3月19日:集包线新旗下营隧道坍方，10人死亡。 7月11日:南黎线那适2号隧道坍方，10人死亡。 截止目前，2010年发生事故3起，已造成25人死 亡 20软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术对统计数据进行分析，软弱围岩隧道 事故主要表现在三个方面：一是洞口坍方，占20%。 二是掌子面变形坍方，占33%。 三是掌子面后方坍方“关门”，占 47%。 21软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术据以上不完全统计，从2006年到2010年，4 年多时间内，软弱围岩隧道发生事故28起，死 亡71人，事故发生之频繁，死亡人数之多，令 人心痛。究其原因，主要有两个方面，一是客 观上地质和环境的复杂性，二是主观上技术措 施、施工方法及工艺、现场管理等原因。因此 ，提高对软弱破碎围岩的认识，提高设计和施 工水平，做到“三超前、四到位、一强化”， 对杜绝工程事故的发生十分重要。22软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点23软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2.1软弱围岩隧道地质特征l围岩强度低，承载能力低。如黏性土、粉土 、砂类土、黄土、全风化岩体等。 l节理发育、破碎、自稳能力差。如岩体破碎 的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等。 l断层带散体结构、自稳能力极差。受构造影 响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱 状或碎裂结构，充填泥质或泥夹岩屑。24软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术2.2软弱围岩隧道工程特点软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道开 挖后地应力重新分布，使隧道周边产生较大 的松动圈。一旦工程措施（包括设计措施） 和施工方法不当，将极易发生初期支护变形 侵限和隧道坍方等工程事故。因此，软弱围 岩隧道施工的核心是“控制变形、防止坍方 ”。25软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术3 软弱围岩隧道施工技术 26软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术软弱围岩隧道施工，应在以下七个方 面予以重视，实现标准化施工管理，从而 避免变形和坍方事故的发生。 超前预报超前加固超前支护开挖工法初期支护二次衬砌监控量测27软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术3.1超前预报现场时常会遇到实际开挖揭示的地质与设计提供 的地质存在较大差异，引起技术措施和施工方法的变 化。因此，除设计阶段加强地质勘察外，施工阶段也 必须进行超前地质预报工作，这一点尤为重要。 地质素描、物探、超前钻探方法是软弱围岩 超前预报的主要手段。 在破碎带和断层地段，加强超前长、短钻孔 ，及时探明隧道前方地质情况，特别是地下 水的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开 挖。 28软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术参建各子公司都应该重视施 工阶段超前地质预报工作，建立 责任制，明确责任和分工。高风 险和极高风险隧道，必须进行超 前地质预报的专项设计。29软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术3.2超前加固在断层破碎带和软弱地层，特别是富含 水时，必须对围岩进行超前加固，改良地层 ，确保隧道安全施工。必须配备专业队伍、专业设备，进行专 项设计，保证加固效果。目前，常用的围岩加固方法是注浆法。 注浆法主要分全断面注浆和局部注浆两种。 在富水断层地带，常采取全断面注浆。30软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长 ；局部注浆是针对隧道前方地层特点，对薄 弱部位进行注浆，钻孔数量少，施作周期短 。无论是全断面注浆，还是局部注浆，都 要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采 取信息化注浆。 31软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术别岩槽隧道F1断层全断面注浆照片32软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术齐岳山隧道F11断层信息化注浆照片33软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术注浆加固范围l纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点 确定，一般为2030m。特殊地层条件下 ，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既 影响进度，又影响质量。 l环向加固厚度一般为35m，局部可增加 到58m。34软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术中国产MGJ-50钻机 中国产XY-2PCG钻机 该类钻机最大扭矩20003000Nm 钻进速度35m/h 35软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术中国产MZ200钻机 最大扭矩3400Nm 钻进速度515m/h 36软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术日本产RDP-150钻机 最大扭矩8000Nm 钻进速度1520m/h 37软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术日本矿岩RPD-180C多功能钻机 最大扭矩8000Nm，钻进速度15 20m/h38软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术意大利C6钻机 最大扭矩13550Nm 钻进速度2030m/h 39软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术意大利产SM400钻机 最大扭矩13630Nm 钻进速度2030m/h 40软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术德国KR805钻机 最大扭矩27000Nm 钻进速度2530m/h 41软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术3.3超前支护常用的超前支护方式有超前大管棚和超 前小导管两种。超前大管棚：超前大管棚一般是在对 沉降有严格要求时使用，适宜于浅埋洞口、 堆积体、砂土质地层、断层破碎带地层，以 及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大 管棚一般采用70mm159mm的钢管，纵向 长度10100m根据工程需要设置。42软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术洞内大管棚照片43软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术设管棚工作间：一般施作管棚时都要设置管棚工作间，管 棚工作间按钻机特点设计，比隧道断面加宽5070cm，工 作间长度710m，如果只进行一个循环管棚施作，管棚工 作间比较简单。但如果循环多时，施作多个管棚工作间就 存在着三个问题。44软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术齐岳山隧道F11断层前期管棚工作间照片45软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术 一是为施作工作间，隧道断面加大后，开挖难度加大 ，开挖安全风险增加。 二是若循环注浆后未能按设计开挖到位，工作间尺寸 将满足不了要求，将无法进行正常管棚作业。 三是由于管棚工作间采取扩挖断面方法，既增加了开 挖费用，又增加了回填混凝土的费用，浪费大。46软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术无工作间管棚施作技术：在标准断面采用顶进器将管棚 顶到开挖断面外。该技术不需要扩大断