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安全施工技术软弱围岩隧道预防坍方软弱围岩隧道预防坍方安全施工技术安全施工技术重庆重庆二二一一6 6年八月年八月 0 0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安全施工技术前前 言言 目前在建隧道目前在建隧道66006600公里，已规划建设隧道公里，已规划建设隧道76007600公里，公里，隧道呈现隧道呈现“三多三多”特点特点（隧道数量多、长大隧道多、（隧道数量多、长大隧道多、风险隧道多）风险隧道多）。其中软弱围岩隧道占有相当大的比例。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、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，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。损失巨大，教训深刻。 1 1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，落实好特点，落实好“三超前、四到位、一强化三超前、四到位、一强化”施工技术施工技术关键环节。关键环节。 三超前：超前预报、超前加固、三超前：超前预报、超前加固、 超前支护超前支护 四到位：工法选择到位、支护措施到位、四到位：工法选择到位、支护措施到位、 快速封闭到位、衬砌跟进到位快速封闭到位、衬砌跟进到位 一强化：强化量测一强化：强化量测 2 2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安全施工技术目目 录录1 1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例软弱围岩隧道变形、坍方事故案例2 2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点软弱围岩隧道地质特征和工程特点3 3 软弱围岩隧道施工技术软弱围岩隧道施工技术 3 3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安全施工技术1 1 软弱围岩隧道变形、坍方事故案例软弱围岩隧道变形、坍方事故案例 4 4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安全施工技术1.11.1事故案例事故案例l郑西客专南山口隧道大坍方（郑西客专南山口隧道大坍方（20072007年年7 7月月1515日发生）。日发生）。坍方段埋深坍方段埋深8686米，地质为强风化米，地质为强风化粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。掌子面粉砂岩及卵石土，采取台阶法施工。掌子面初期支护首先出现掉块、开裂，初期支护首先出现掉块、开裂，3 3天后发生大天后发生大坍方，坍方长度坍方，坍方长度146146米，洞内初期支护全部破米，洞内初期支护全部破坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。坏，造成地表房屋开裂，经济损失较大。坍坍方原因：快速封闭不到位、衬砌跟进不到位、方原因：快速封闭不到位、衬砌跟进不到位、量测未到位。量测未到位。（上台阶开挖（上台阶开挖8383米，仰拱距掌米，仰拱距掌子面子面126126米，二衬距掌子面米，二衬距掌子面146146米）。米）。 5 5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安全施工技术南山口隧道大坍方照片南山口隧道大坍方照片 6 6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安全施工技术 7 7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安全施工技术l贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方（贵广铁路东科岭隧道涌砂坍方（20102010年年1 1月月1919日发生）。日发生）。坍方段埋深坍方段埋深21m21m（属浅埋），地（属浅埋），地质为向斜构造全风化花岗岩，呈砂状，开挖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扰动后呈流塑状，地表为水田和常年流水水沟。进口开挖到沟。进口开挖到398398米处，掌子面施作超前小米处，掌子面施作超前小导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约导管时，突然发生涌砂坍方，涌砂量约800800立立方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约方，随后地面出现坍陷，坍坑直径约3535米。米。涌砂坍方原因：未进行超前预报、未进行超涌砂坍方原因：未进行超前预报、未进行超前加固、未进行超前支护前加固、未进行超前支护 8 8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安全施工技术东科岭隧道涌砂坍方照片东科岭隧道涌砂坍方照片 9 9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安全施工技术东科岭隧道地面坍坑照片东科岭隧道地面坍坑照片 10 10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安全施工技术l张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形（张集铁路旧堡隧道初期支护开裂变形（20102010年年2 2月月2626日发生）。日发生）。变形段隧道埋深约变形段隧道埋深约300300米，地质米，地质为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于为麻粒岩夹辉绿岩脉，处于F3F3断层影响带，构造断层影响带，构造节理发育，岩体破碎。进口开挖到节理发育，岩体破碎。进口开挖到41364136米处，初米处，初期支护工期支护工25b25b钢架发生变形，变形速率钢架发生变形，变形速率151mm/d151mm/d，随后掌子面后方，随后掌子面后方3030米范围内初期支护扭曲变形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。，喷射混凝土开裂、掉块，渗水量增大。该段变该段变形原因：由于对工程地质特性认识不足，工法选形原因：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。择不到位、支护措施不到位。 11 11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安全施工技术旧堡隧道初期支护变形开裂照片旧堡隧道初期支护变形开裂照片 12 12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安全施工技术l集包铁路新旗下营隧道坍方（集包铁路新旗下营隧道坍方（20102010年年3 3月月1919日发生）。日发生）。坍方段埋深约坍方段埋深约7070米，地质为变米，地质为变质大理岩，前期施工时经常发生局部掉块。质大理岩，前期施工时经常发生局部掉块。进口开挖到进口开挖到370370米处。后方米处。后方5656米位置初期支米位置初期支护（格栅钢架）失稳破坏坍方，造成多名作护（格栅钢架）失稳破坏坍方，造成多名作业人员遇难。业人员遇难。坍方原因：支护措施不到位、坍方原因：支护措施不到位、快速封闭不到位、量测不到位快速封闭不到位、量测不到位 13 13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安全施工技术新旗下营隧道坍方照片新旗下营隧道坍方照片 14 14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安全施工技术 2006 2006年年3 3月月2121日日: :武康二线王家沟隧道坍方，武康二线王家沟隧道坍方，8 8人受困。人受困。5 5月月1616日日: :大丽线南场岭隧道洞口坍方，大丽线南场岭隧道洞口坍方，6 6人受困。人受困。5 5月月2121日日: :洛湛线双牌二号隧道洞口坍方，洛湛线双牌二号隧道洞口坍方，1 1死死3 3伤。伤。8 8月月1212日日: :郑西客专秦东隧道坍方，郑西客专秦东隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。9 9月月1313日日: :武康二线系家山一号隧道坍方，武康二线系家山一号隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。 20062006年发生事故年发生事故5 5起，造成起，造成5 5死死3 3伤伤1414人受困人受困 1.21.2事故统计与分析事故统计与分析 统计统计20062006年至今软弱围岩隧道发生事故年至今软弱围岩隧道发生事故 15 15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安全施工技术 2007 2007年年4 4月月3030日日: :太中银吴堡隧道坍方，太中银吴堡隧道坍方，4 4死死1 1伤。伤。7 7月月1515日日: :郑西客专南山口隧道大坍方郑西客专南山口隧道大坍方146146米。米。8 8月月6 6日日: :石太客专南庄隧道坍方，石太客专南庄隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。8 8月月6 6日日: :广深港客专水田隧道洞口坍方，广深港客专水田隧道洞口坍方，2 2人死亡。人死亡。9 9月月2 2日日: :合宁线亭子山二号隧道坍方，合宁线亭子山二号隧道坍方，5 5人死亡。人死亡。9 9月月3030日日: :兰青二线八盘峡二号隧道坍方，兰青二线八盘峡二号隧道坍方，8 8人受困。人受困。 20072007年发生事故年发生事故7 7起，造成起，造成1313死死2 2伤伤8 8人受困人受困 16 16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安全施工技术 2008 2008年年1 1月月9 9日日: :兰青二线杨家店隧道坍方，兰青二线杨家店隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。 1 1月月2020日日: :郑西客专盘东隧道坍方，郑西客专盘东隧道坍方，3 3人死亡。人死亡。3 3月月2121日日: :田德线百安隧道坍方，田德线百安隧道坍方，2 2死死3 3伤。伤。3 3月月2525日日: :包西线活沙兔隧道坍方，包西线活沙兔隧道坍方，4 4人死亡。人死亡。7 7月月1515日日: :洛湛线古榄隧道坍方，洛湛线古榄隧道坍方，1 1人死亡。人死亡。8 8月月2929日日: :西格二线克土隧道坍方，西格二线克土隧道坍方，4 4死死7 7伤。伤。 20082008年发生事故年发生事故6 6起，造成起，造成1616死死1010伤伤 17 17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安全施工技术 2009 2009年年2 2月月1717日日: :包西线寨山村隧道坍方，包西线寨山村隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。3 3月月8 8日日: :石武客专木兰隧道坍方，石武客专木兰隧道坍方，2 2死死2 2伤。伤。3 3月月1616日日: :向莆线宝台山隧道坍方，向莆线宝台山隧道坍方，3 3死死1 1伤。伤。7 7月月1919日日: :襄渝二线杨家沟隧道坍方，襄渝二线杨家沟隧道坍方，2 2人死亡。人死亡。8 8月月1 1日日: :湘桂线梅子坳隧道洞口坍方，湘桂线梅子坳隧道洞口坍方，3 3人死亡。人死亡。1010月月2929日日: :包西线新响沙湾隧道坍方，人员逃脱。包西线新响沙湾隧道坍方，人员逃脱。1212月月1919日日: :包西线邓家楼一号隧道坍方，包西线邓家楼一号隧道坍方，6 6人受困。人受困。 20092009年发生事故年发生事故7 7起，造成起，造成1212死死3 3伤伤6 6人受困人受困 18 18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安全施工技术 2010 2010年年1 1月月1414日日: :南广线白云隧道突水突泥，南广线白云隧道突水突泥，5 5人死亡。人死亡。3 3月月1919日日: :集包线新旗下营隧道坍方，集包线新旗下营隧道坍方，1010人死亡。人死亡。7 7月月1111日日: :南黎线那适南黎线那适2 2号隧道坍方，号隧道坍方，1010人死亡。人死亡。截止目前，截止目前，20102010年发生事故年发生事故3 3起，已造成起，已造成2525人死人死亡亡 19 19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安全施工技术 对统计数据进行分析，软弱围岩隧道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：事故主要表现在三个方面：一是洞口坍方，占一是洞口坍方，占20%20%。二是掌子面变形坍方，占二是掌子面变形坍方，占33%33%。三是掌子面后方坍方三是掌子面后方坍方“关门关门”，占，占47%47%。 20 20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安全施工技术 据以上不完全统计，从据以上不完全统计，从20062006年到年到20102010年目年目前为止，前为止，4 4年多时间内，软弱围岩隧道发生事故年多时间内，软弱围岩隧道发生事故2828起，死亡起，死亡7171人，事故发生之频繁，死亡人数人，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，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。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，做到和施工水平，做到“三超前、四到位、一强化三超前、四到位、一强化”，对杜绝工程事故的发生十分重要。，对杜绝工程事故的发生十分重要。 21 21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安全施工技术2 2 软弱围岩隧道地质特征和工程特点软弱围岩隧道地质特征和工程特点 22 22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安全施工技术2.12.1软弱围岩隧道地质特征软弱围岩隧道地质特征l围岩强度低，承载能力低。围岩强度低，承载能力低。如黏性土、粉土、如黏性土、粉土、砂类土、黄土、全风化岩体等。砂类土、黄土、全风化岩体等。l节理发育、破碎、自稳能力差。节理发育、破碎、自稳能力差。如岩体破碎如岩体破碎的泥岩、页岩、砂岩、千枚岩、板岩等。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。断层带散体结构、自稳能力极差。受构造影受构造影响，断层带结构面杂乱无序，呈角砾、縻棱响，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。状或碎裂结构，充填泥质或泥夹岩屑。 23 23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安全施工技术2.22.2软弱围岩隧道工程特点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）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岩隧道施工的核心是“控制变形、防止坍方控制变形、防止坍方”。 24 24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安全施工技术3 3 软弱围岩隧道施工技术软弱围岩隧道施工技术 25 25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安全施工技术 软弱围岩隧道施工，应在以下八个方软弱围岩隧道施工，应在以下八个方面予以重视，实现标准化施工管理，从而面予以重视，实现标准化施工管理，从而避免变形和坍方事故的发生。避免变形和坍方事故的发生。超前预报超前预报 地表加固地表加固 超前加固超前加固 超前支护超前支护 开挖工法开挖工法 初期支护初期支护 二次衬砌二次衬砌 监控量测监控量测 26 26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安全施工技术3.13.1超前预报超前预报 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。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。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，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。的发育情况，严禁在未探明情况下盲目开挖。 27 27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安全施工技术 参建各方都应该重视施工阶参建各方都应该重视施工阶段超前地质预报工作，建立责任段超前地质预报工作，建立责任制，明确责任和分工。高和极高制，明确责任和分工。高和极高风险隧道，必须进行超前地质预风险隧道，必须进行超前地质预报的专项设计。报的专项设计。 28 28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安全施工技术 29 293.2地表加固 隧道上部需加固土体采用钻孔压力注浆加固与双管旋喷桩注浆两种加固方法。沿隧道纵向方向首先采用旋喷桩划分为三等分进行加固，其中隧道两侧加固边界采用双排旋喷桩进行加固。地表加固施工时先横向按照5m间距采用旋喷桩进行加固。在由旋喷桩围成的5mx4.393m的方格，然后再在旋喷桩加固的网格内采用钻孔压力注浆加固。 双管旋喷桩空气压缩气压0.50.7MPa，喷浆压力20Mpa,提升速度为714cm/min，旋转速度可取1114r/min。浆液采用1：1水泥浆。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安全施工技术 30 30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安全施工技术 31 313.2.1、技术控制要点1）固结体的整体性和均匀性；2）固结体的有效直径；3）固结体的垂直度；4）固结体的强度特性(包括轴向压力，水平推力，抗酸碱性等)；5）固结体的溶蚀和耐久性能等。3.2.2、控制方法开挖检查：以检查固结体垂直度和固结形状；室内试验：求配合比及检查固结体的强度；钻孔检查：钻取旋喷固结体的岩芯，来观察判断其固结整体性，并做好标准试件进行室内力学物理性试验，以求待其强度特性（按岩体取芯，丹州自然抗压强度1.2MPa指标控制），鉴定其是否符合设计要求。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安全施工技术3.3.3 3超前加固超前加固 在断层破碎带和软弱地层，特别是富含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，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。确保隧道安全施工。 必须配备专业队伍、专业设备，进行专必须配备专业队伍、专业设备，进行专项设计，保证加固效果。项设计，保证加固效果。 目前，常用的围岩加固方法是注浆法。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。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。在富水断层地带，常采取全断面注浆。 32 32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安全施工技术 全断面注浆法钻孔数量多，施作周期长；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。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，必须采要求必须配备先进的钻孔注浆设备，必须采取信息化注浆。取信息化注浆。 33 33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安全施工技术别岩槽隧道别岩槽隧道F1F1断层全断面注浆照片断层全断面注浆照片 34 34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安全施工技术齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层信息化注浆照片断层信息化注浆照片 35 35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安全施工技术注浆加固范围注浆加固范围 l纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点纵向加固长度应根据钻机能力和地层特点确定，一般为确定，一般为202030m30m。特殊地层条件下，。特殊地层条件下，应及时调整纵向注浆加固长度，否则既影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。响进度，又影响质量。l环向加固厚度一般为环向加固厚度一般为3 35m5m，局部可增加，局部可增加到到5 58m8m。 36 36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安全施工技术中国产中国产MGJ-50MGJ-50钻机钻机 中国产中国产XY-2PCGXY-2PCG钻机钻机 该类钻机最大扭矩该类钻机最大扭矩200020003000N3000Nm m 钻进速度钻进速度3 35m/h 5m/h 37 37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安全施工技术中国产中国产MZ200MZ200钻机钻机最大扭矩最大扭矩3400N3400Nm m 钻进速度钻进速度5 515m/h15m/h 38 38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安全施工技术日本产日本产RDP-150RDP-150钻机钻机最大扭矩最大扭矩8000N8000Nm m 钻进速度钻进速度151520m/h20m/h 39 39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安全施工技术 日本矿岩日本矿岩RPD-180CRPD-180C多功能钻机多功能钻机最大扭矩最大扭矩8000N8000Nm m，钻进速度，钻进速度151520m/h20m/h 40 40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安全施工技术意大利意大利C6C6钻机钻机最大扭矩最大扭矩13550N13550Nm m 钻进速度钻进速度202030m/h30m/h 41 41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安全施工技术意大利产意大利产SM400SM400钻机钻机最大扭矩最大扭矩13630N13630Nm m 钻进速度钻进速度202030m/h30m/h 42 42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安全施工技术德国德国KR805KR805钻机钻机最大扭矩最大扭矩27000N27000Nm m 钻进速度钻进速度252530m/h30m/h 43 43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安全施工技术3.3.4 4超前支护超前支护 常用的超前支护方式有超前大管棚和超常用的超前支护方式有超前大管棚和超前小导管两种。前小导管两种。 超前大管棚：超前大管棚一般是在对超前大管棚：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、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。大及下穿公路、铁路、地面建筑物时采用。大管棚一般采用管棚一般采用70mm70mm159mm159mm的钢管，纵向的钢管，纵向长度长度1010100m100m根据工程需要设置。根据工程需要设置。 44 44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安全施工技术洞内大管棚照片洞内大管棚照片 45 45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安全施工技术设管棚工作间：设管棚工作间：一般施作管棚时都要设置管棚工作间，管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，比隧道断面加宽棚工作间按钻机特点设计，比隧道断面加宽505070cm70cm，工，工作间长度作间长度7 710m10m，如果只进行一个循环管棚施作，管棚工，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。存在着三个问题。 46 46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安全施工技术齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层前期管棚工作间照片断层前期管棚工作间照片 47 47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，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。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。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。挖费用，又增加了回填混凝土的费用，浪费大。 48 48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安全施工技术无工作间管棚施作技术：无工作间管棚施作技术：在标准断面采用顶进器将管棚在标准断面采用顶进器将管棚顶到开挖断面外。该技术顶到开挖断面外。该技术不需要扩大断面，不切割大量不需要扩大断面，不切割大量的管棚，降低了施工风险，提高了工效，节约了投资，的管棚，降低了施工风险，提高了工效，节约了投资，应大力推广。应大力推广。 49 49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安全施工技术齐岳山隧道齐岳山隧道F11F11断层后期无管棚工作间照片断层后期无管棚工作间照片 50 50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安全施工技术 超前小导管：超前小导管是在对施工安超前小导管：超前小导管是在对施工安全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆全要求较高的条件下使用。在破碎围岩、堆积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。积体、砂土质地层、断层破碎带中普遍采用。当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。当地层卡钻严重时，可采用自进式锚杆。小小导管一般采用导管一般采用32mm32mm60mm60mm的钢管，纵向的钢管，纵向长度长度2.52.56m6m根据工程需要设置。根据工程需要设置。小导管布小导管布设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，设后根据地层稳定情况，如需要可进行注浆，加固周边地层。加固周边地层。 51 51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安全施工技术洞内超前小导管施工照片洞内超前小导管施工照片 52 52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安全施工技术水平旋喷支护：软塑土体、含水砂层等可采用水平旋水平旋喷支护：软塑土体、含水砂层等可采用水平旋喷进行超前加固与支护。喷进行超前加固与支护。 53 53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安全施工技术l预切槽支护预切槽支护：用特制：用特制的链式机械切刀沿断面的链式机械切刀沿断面周边连续切割出一条厚周边连续切割出一条厚约数十厘米，深数米的约数十厘米，深数米的窄槽，同时应用与切刀窄槽，同时应用与切刀一体化的混凝土灌注设一体化的混凝土灌注设备注入混凝土，形成一备注入混凝土，形成一个连续的，起预先支护个连续的，起预先支护作用的混凝土拱壳。然作用的混凝土拱壳。然后在后在“拱壳拱壳”支护下进支护下进行工作面的全断面机械行工作面的全断面机械挖掘挖掘 54 54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安全施工技术预切槽法三维示意预切槽法三维示意 55 55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安全施工技术3.3.5 5开挖工法开挖工法 常用的开挖工法有台阶法、环形导坑（预留核常用的开挖工法有台阶法、环形导坑（预留核心土）法、心土）法、CDCD法、法、CRDCRD法、双侧壁导坑法等。法、双侧壁导坑法等。开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。开挖工法应根据地质情况和地层加固情况确定。实施中根据地质情况和量测成果及时调整工法。实施中根据地质情况和量测成果及时调整工法。开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，开挖工法选择时，原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。现场施工应严格执行设计工法，不得擅自更改。 56 56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安全施工技术台阶法：台阶法：该工法该工法一般适合于一般适合于级围级围岩，要求台阶长度岩，要求台阶长度不大于不大于1 1倍洞径，倍洞径，仰拱距掌子面距离仰拱距掌子面距离不大于不大于2 2倍洞径。倍洞径。 57 57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安全施工技术环形导坑环形导坑( (预留核心土预留核心土) )法：法：该方法利用核心土稳定掌子该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。该面，然后开挖两侧边墙、中部核心土，最后开挖仰拱。该工法步骤多，工艺要求高。工法步骤多，工艺要求高。 58 58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安全施工技术 目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法目前，软弱围岩大断面隧道多采用环形导坑法（三台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该（三台阶七步流水法），出现的问题也最多，对该工法技术要求如下（双线隧道）：工法技术要求如下（双线隧道）：上台阶每循环开挖进尺上台阶每循环开挖进尺、级围岩不大于级围岩不大于1 1榀钢架，榀钢架，级不大于级不大于2 2榀。榀。边墙开挖进尺不大于边墙开挖进尺不大于2 2榀。榀。仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于挖进尺不大于3m3m。初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大初期支护封闭成环位置距掌子面距离原则上不宜不大于于2 2倍洞径。倍洞径。根据地质、量测情况，设置临时仰拱或横撑。根据地质、量测情况，设置临时仰拱或横撑。 59 59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安全施工技术环形导坑环形导坑( (预留核心土法预留核心土法) )照片照片 60 60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安全施工技术CDCD法（中隔壁法）：法（中隔壁法）：该工法适合于浅埋地段或穿越建该工法适合于浅埋地段或穿越建（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是将（构）筑物时采用，以减少沉降，防止坍方。该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层隧道分为左右两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度开挖及支护，再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度3 35m5m。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。初期支护仰拱紧跟下台阶，封闭成环。 61 61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安全施工技术CRDCRD法（交叉中隔壁法）：法（交叉中隔壁法）：该工法在特殊条件下采用。该工法在特殊条件下采用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度3 35m5m，步步封闭成环。，步步封闭成环。 62 62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安全施工技术CRDCRD工法开挖照片工法开挖照片 63 63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安全施工技术双侧壁导坑法：双侧壁导坑法：该工法在特大断面等特殊条件下采用。该工法在特大断面等特殊条件下采用。该工法先开挖隧道两侧导坑，再进行中部开挖支护。工法该工法先开挖隧道两侧导坑，再进行中部开挖支护。工法特点：控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺特点：控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺要求高。要求高。 64 64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安全施工技术双侧壁导坑工法开挖照片双侧壁导坑工法开挖照片 65 65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安全施工技术对于岩石强度低，环境要求高的隧道应采用单臂掘进机、对于岩石强度低，环境要求高的隧道应采用单臂掘进机、铣挖机、机械破碎等开挖。铣挖机、机械破碎等开挖。 6666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安全施工技术3.3.6 6初期支护初期支护l初期支护方式：锚网喷；锚网喷初期支护方式：锚网喷；锚网喷+ +钢拱架，钢拱架，钢架形式有格栅钢架、工字钢、钢架形式有格栅钢架、工字钢、H H型钢。特型钢。特殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。殊地质条件下使用喷钢纤维混凝土。l初期支护受力特征：隧道开挖后短时间或变初期支护受力特征：隧道开挖后短时间或变形量小时，初期支护与地层共同承受形变压形量小时，初期支护与地层共同承受形变压力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体力。支护不及时或支护后变形量过大，岩体松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承松动后荷载加大，由初期支护完全被动地承受松动压力。因此，必须保证初期支护的强受松动压力。因此，必须保证初期支护的强度和刚度，及时支护，度和刚度，及时支护，控制变形控制变形。 67 67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安全施工技术初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成初期支护仰拱（临时仰拱）及时闭合极其重要，闭合成环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避环后，提高了结构的承载能力，从而有效地控制变形、避免坍方。免坍方。 68 68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安全施工技术 技术要求技术要求 双线隧道双线隧道、级围岩采用台阶法开挖时，必须设级围岩采用台阶法开挖时，必须设置锁脚锚杆（管）等控制拱（墙）脚位移的措施。置锁脚锚杆（管）等控制拱（墙）脚位移的措施。双线隧道双线隧道级围岩应设置横向临时支撑或临时仰拱，级围岩应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每临时支撑采用型钢，纵向每2 2榀设榀设1 1处。处。钢拱架宜采用八字节格栅拱架。钢拱架宜采用八字节格栅拱架。钢拱架应工厂化制造，出厂前必须进行检验、试拼钢拱架应工厂化制造，出厂前必须进行检验、试拼装。装。喷混凝土原则上采用湿喷工艺，特殊地质条件下可喷混凝土原则上采用湿喷工艺，特殊地质条件下可另行设计。另行设计。 69 69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安全施工技术3.3.7 7监控量测监控量测 监控量测是软弱围岩隧道安全施工的监控量测是软弱围岩隧道安全施工的“眼睛眼睛”，是判断结构稳定性、指导软弱围岩，是判断结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工隧道安全施工“最重要最重要”的信息化手段。不的信息化手段。不进行监控量测，将无法保证软弱围岩的安全进行监控量测，将无法保证软弱围岩的安全施工。很多隧道的变形与坍方是因为没有进施工。很多隧道的变形与坍方是因为没有进行量测、或没有使用量测成果才产生的，教行量测、或没有使用量测成果才产生的，教训深刻。训深刻。 70 70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安全施工技术l监控量测主要包括监控量测主要包括拱顶下沉和水平收拱顶下沉和水平收敛，浅埋段应进行敛，浅埋段应进行地表沉降量测。目地表沉降量测。目前采用有尺量测的前采用有尺量测的较多。由于隧道断较多。由于隧道断面大，采取有尺量面大，采取有尺量测时，施工干扰大、测时，施工干扰大、耗时长。应大力推耗时长。应大力推广采用全站仪利用广采用全站仪利用贴片反射进行量测。贴片反射进行量测。 71 71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安全施工技术 技术要求技术要求 建立等级管理、信息反馈和报告制度。建立等级管理、信息反馈和报告制度。 隧道监控量测必须设置专职人员，培训后上岗，隧道监控量测必须设置专职人员，培训后上岗，实行专业化管理，城市隧道要引入第三方监实行专业化管理，城市隧道要引入第三方监测。测。量测断面布置间距量测断面布置间距级围岩级围岩10m10m（规程（规程101030m30m）、）、级围岩级围岩5m5m（规程（规程5 510m10m）。）。拱顶下沉或水平收敛速率达拱顶下沉或水平收敛速率达5mm/d5mm/d或位移累计或位移累计达达100mm100mm时，要暂停施工，分析产生原因，提时，要暂停施工，分析产生原因，提出处理措施。出处理措施。采用有尺量测时，测点挂钩要做成闭合三角形，采用有尺量测时，测点挂钩要做成闭合三角形，保证不变形、点接触。保证不变形、点接触。 72 72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安全施工技术拱顶下沉量测照片拱顶下沉量测照片 73 73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安全施工技术水平收敛量测照片水平收敛量测照片 74 74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安全施工技术全站仪量测照片全站仪量测照片 75 75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安全施工技术3.3.8 8二次衬砌二次衬砌 由于目前初支二衬共同承载的设计方法，由于目前初支二衬共同承载的设计方法，适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根适时进行二次衬砌对安全施工十分重要，根据部有关要求：据部有关要求：级围岩二衬距掌子面距离级围岩二衬距掌子面距离不大于不大于90m90m，级、级、级不大于级不大于70m70m，这些经这些经验数据是十分重要的，现场必须严格执行。验数据是十分重要的，现场必须严格执行。 76 76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安全施工技术下面介绍一下隧道洞口施工、高地应力地层施下面介绍一下隧道洞口施工、高地应力地层施工应注意的几个问题，以及新意法施工技术。工应注意的几个问题，以及新意法施工技术。 关于隧道洞口施工应注意的几个问题关于隧道洞口施工应注意的几个问题“早进晚出早进晚出”，对洞口不良地质可采取加长，对洞口不良地质可采取加长明洞、管棚法进洞等措施。明洞、管棚法进洞等措施。一次刷坡到位，不允许上半断面刷坡后进洞，一次刷坡到位，不允许上半断面刷坡后进洞，这样，进洞后再刷下半断面时易引起洞口滑这样，进洞后再刷下半断面时易引起洞口滑坍。坍。尽早施作洞口工程。尽早施作洞口工程。 77 77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安全施工技术洞口坍方照片洞口坍方照片 78 78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安全施工技术 高地应力软岩隧道施工的几个问题高地应力软岩隧道施工的几个问题超前预报。超前预报。目前尚未系统开展掌子面地应力测目前尚未系统开展掌子面地应力测试，这就给工程措施的制定造成困难。试，这就给工程措施的制定造成困难。锚杆加固。锚杆加固。及时施作长锚杆加固围岩，必要时及时施作长锚杆加固围岩，必要时采用预应力锚杆。采用预应力锚杆。初期支护刚度。初期支护刚度。合理选取支护刚度参数，防止合理选取支护刚度参数，防止变形侵限。必要时可施作双层初期支护。变形侵限。必要时可施作双层初期支护。超前释放应力。超前释放应力。目前现场进行了超前钻孔、超目前现场进行了超前钻孔、超前导洞释放应力试验，都没有很好的效果，应前导洞释放应力试验，都没有很好的效果，应继续开展工程实践及研究。继续开展工程实践及研究。 79 79