地质环境与公路隧道工程技术 - 图文

地质环境与公路隧道工程技术

地质环境与公路隧道工程技术

在修建隧道中，常遇到一些特殊地质地段。如膨胀土围岩、软土、溶洞、断层、红层软岩、岩堆等，在开挖、支护和衬砌过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌，坑道受压支撑变形，衬砌结构断裂和各种工程问题，严重影响施工进度、安全和质量。

本章将讲述一些在特殊地质条件下的隧道建设技术，以便在隧道建设中起到一定参考作用。

隧道通过特殊地质地段施工时应注意以下几点：

（1）施工前应对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，深入细致地作施工调查，制订相应的施工方法和措施，备足有关机具材料，认真编制和实施施工组织设计，使工程达到安全、优质、高效的目的。反之，即便地质并非不良，也会因准备不足，施工方法不当或措施不力导致施工事故，延误施工进度。 （2）特殊地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。隧道选择施工方法（包括开挖及支护）时，应以安全为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面型式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期和经济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。

（3）隧道开挖方式，无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法，还是采用人工和机械混合开控法．应视地质、环境、安全等条件合理选用。如用钻爆法施工时，光面爆破和预裂爆破技术，既能使开挖轮廓线符合设计要求，又能减少对围岩的扰动破坏。爆破应严格按照钻爆设计进行施工，如遇地质变化应及时修改完善设计。 （4）隧道通过自稳时间短的软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶流泥地段、砂层、砂卵（砾）石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段时，为保证洞体稳定可采用超前锚杆、超前小钢管、管棚、地表预加固地层和围岩预注浆等辅助施工措施，对地层进行预加固、超前支护或止水。

（5）采用新奥法施工的隧道，为了掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全，应实施现场监控量测，充分利用监控量测指导施工。对软岩浅埋隧道须进行地表下沉观测，这对及时预报洞体稳定状态，修正施工都十分重要。

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（6）特殊地质地段隧道，除大面积淋水地段、流沙地段，穿过未胶结松散地层和严寒地区的冻胀地层等，施工时应采取相应的措施外，均可采用锚喷支护施工。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。如围岩自稳性很差，开挖难以成形，可沿设计开挖轮廓线预打设超前锚杆。锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架支撑加强支护。

（7）当采用构件支撑作临时支护时，支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。围岩出现底部压力，产生底臌现象或可能产生沉陷时应加设底梁。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。根据现场条件，可结合管棚或超前锚扦等支护，形成联合支撑。支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。

（8）围岩压力过大，支撑受力下沉侵入衬砌设计断面，必须挑顶（即将隧道顶部提高）时，其处理方法是：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，候混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶撞筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖。 （9）对于极松散的未固结围岩和自稳性极差的围岩，当采用先护后挖法仍不能开挖成形时，宜采用压注水泥砂浆或化学浆液的方法，以固结围岩，提高其自稳性。

（10）特殊地质地段隧道衬砌，为防止围岩松弛，地压力作用在衬砌结构上，致使衬砌出现开裂、下沉等不良现象。因此，采用模筑衬砌施工时，除遵守隧道施工技术规范的有关规定施工外，还应注意：当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。衬砌混凝土应采用高标号或早强水泥，提高混凝土等级，或采用掺速凝剂、早强剂等措施，提高衬砌的早期承载能力。仰拱施工，应在边墙完成后抓紧进行，或根据需要在初期支护完成后立即施作仰拱，使衬砌结构尽早封闭，构成环形改善受力状态，以确保衬砌结构的长期稳定坚固。

第一节 软土地段的隧道建设技术

一、软土对隧道的危害

1．地表沉降

软土隧道地表沉降的相当显著的，Shirlaw在总结大量隧道长期沉降实测数据的基础上发现：正常情况下，地表长期沉降占总沉降量的30%～90%，伴随着长期沉降的发展，地表沉降槽的宽度也在不断增加[168]。

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2．渗水漏泥

隧道的不均匀沉降会使隧道产生弯曲变形，并导致隧道接缝张开，从而进一步加剧渗漏，甚至漏泥。

3．结构局部破坏甚至坍塌

在软土地区进行隧道开挖中，其围岩应力重新分布，作用在软土上的应力也随之发生变化，使隧道一些部位受力大，一些部位受力小，超过隧道自身承载能力的部分将发生局部破坏，严重的导致隧道某部位坍塌。

二、软土与隧道的相关关系

1．隧道位于软土层上方

此种情况软土层位于隧道底下，需要对软土层进行加固、注浆等措施，防止隧道地表下沉。

2．隧道位于软土层中间

此种情况要对隧道周围围岩进行支护，支护方法有，超前小导管、围岩注浆，锚杆支护等。

3．隧道位于软土层下方

此种情况软土层对隧道的危害相对较小，为了防止软土层遇水发生滑坡，造成隧道偏压、结构等破坏，在隧道施工时，还要对软土层进行适当加固。

三、软土地段隧道的病害机理分析

隧道一旦开挖后，因其周围岩体应力的重新分布与改变，常有地质灾害发生如抽心、挤压、岩爆及边坡滑动等，综合国内研究资料，隧道破坏机制有如下几种： （1）张裂破坏：隧道在极破碎岩体且覆盖层薄的岩层中开挖，因岩体自身强度低、自立性差，隧道开挖后，其周围岩体应力会重新分布。当围岩应力大于岩体强度时，隧道周围岩体因无法自立，破碎岩体极容易张裂松脱，导致在洞顶的岩块塌落，侧壁岩体坍滑至洞内。

（2）塑性变形：软岩或含泥质破碎岩体，因其力学强度低、稳定性差，当隧道开挖应力释放后，周围岩体应力重分布，在地应力与地下水等作用下，导致围岩产生塑性变形，造成隧道净空减少或损坏，一般称此种破坏为挤压破坏，通常这种变形会持续一段时间。如图6.1.1。

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图6.1.1 隧道挤压塑性变形

（3）弯曲折断破坏：岩体中如果有一组极发达的软弱面，尤其是夹有软岩互层时，当隧道开挖后，常发生弯曲折断破坏。这种破坏形式主要是由于软弱面间的剪力强度低，薄层岩体抗弯强度不高，在隧道开挖后，围岩受到重力和地应力的双重影响，导致薄层岩体向洞内位移弯曲变形，岩块跌落。如图6.1.2。

图6.1.2 隧道中层状岩层可能发生弯曲折断破坏

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