岩石隧道施工方法范文

岩石隧道施工方法篇1

关键词：地铁;隧道;施上:监控量测

0引言 超小间距隧道施工，现行《地下铁道工程施工及验收规范》没有涉及，更无成熟的“工法”参照。因此，研究地铁小间距隧道的施工技术成为急迫的任务。广州市轨道 交通 三号线岗石区间隧道，两洞之间净距为0-195 mm，属浅埋超小间距隧道工程。本文根据广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道工程实践[[5]，分析了小间距隧道围岩力学特征，以及地铁小间距隧道的技术难点和对策，总结了地铁小间距隧道的施工方法、施工工艺和技术措施。

1小间距隧道围岩力学特征

岗石区间超小间距隧道左右线均采用上下台阶法施工，左线隧道先掘。施工过程中的监测结果表明，右线隧道开挖引起先掘的左线隧道围岩应力剧烈变化，隧道偏压显著。

1. 1围岩应力状态复杂，施工中变化剧烈

监测表明[2]，右线隧道开挖引起先掘的左线隧道围岩应力剧烈变化。左线隧道ZDKS+823断面，由于右线上台阶开挖，两隧道间土体从较大的拉应力状态快速增大为很大的拉应力状态，再快速下降成为较小的拉应力，直至压应力。

右线隧道开挖引起两隧道间围岩内存在拉应力状态。土体和风化岩体的抗拉强度极低，拉应力状态的存在使隧道围岩处于极为不利的应力状态。因此，施工中保证支护与围岩密实接触是十分重要的。

格栅钢筋应力和地表下沉等量测结果也与上述收敛、围岩应力量测结果相互印证。

2偏压显著 左线隧道ZDKS十810断面，在右线隧道开挖后，靠右线拱腰围岩应力远小于另一侧拱腰。靠右线帮脚处围岩应力持续增加，远大于另一侧帮脚，形成显著偏压。随着隧道开挖过程进行，格栅钢筋应力和围岩应力变化明显，分布复杂;特别是两隧道之间的T型土体和相邻的两侧初期支护应力变化剧烈，状态复杂。

2岗石区间超小间距隧道施工

2. 1施工难点

根据广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道工程和其他小间距隧道工程实践[2-5]，地铁小间距隧道施工必须妥善解决以下技术难点:

(1)先掘隧道对后掘隧道的偏压 影响 ;

(2)后掘隧道对先掘隧道的扰动影响;

(3)两隧道中间T型土体在两次开挖扰动情况下的稳定;

(4)两条隧道先后开挖引起的地面沉降等围岩变形控制;

(5)软弱岩土体 问题 :地铁隧道一般处于上体或风化岩体内，强度低，性质软弱，易受水的影响;

(6)浅埋问题:地铁隧道一般埋深较浅，属浅埋隧道。两条隧道先后开挖，容易引起地面沉降量过大等问题。

2. 2施工 方法 与技术措施

根据上述地铁小间距隧道的围岩变形特点和技术难点，设计、施工中必须尽可能减少对围岩的扰动，特别是对中间土(岩)体的扰动。同时，支护强度和刚度要大，支护结构的整体性要强，以限制围岩变形，保持围岩自身强度和承载力，促使围岩一支护系统及时达到长期稳定。而且，要减少和控制先掘和后掘隧道开挖时的相互影响。总体目标是，合理利用围岩自承能力，保证围岩与支护结构共同作用。

因此，地铁小间距隧道施工中，采用单一的、单方面的或局部的方法、措施难以达到上述目标和要求。而应在施工方法、施工工艺、支护形式与参数、特殊施工方法的 应用 等方面采用综合性技术、措施，其要点如下:

(1)施工方法主要采用台阶法、单侧壁导坑法或两者组合，并控制循环进尺;

(2)控制和减小开挖对围岩的扰动;

(3)左、右线隧道开挖面错开一定距离;

(4)提高支护的强度、刚度和整体性，控制围岩变形;

(5)两隧道前方土体和两隧道间T型土体预加固;

(6)加强先掘隧道支护，及时施做先掘隧道的二次衬砌，促使围岩一支护系统及时达到长期稳定;

(7)及时施做仰拱，形成封闭支护结构;

(8)监控量测，信息化施工。

2.3岗石区间超小间距隧道施工[5-7]

广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道工程，一次支护为喷锚网与格栅钢架，二次衬砌为钢筋混凝土，支护参数见表1。

施工中，采用了综合性技术、措施，顺利完成该隧道工程。综合性技术、措施除表外，左右线均采用上、下台阶法，开挖进尺0.5 m，人工和静力破碎剂开挖;及时施做仰拱，形成封闭支护结构;左、右线隧道支护多道相互连接，强化支护结构的整体性和左右线隧道支护结构之间的联系:左、右线两隧道开挖面距离不小于25 m。

3结语

根据岗石区间和其他小间距隧道工程经验，采用综合性技术、措施，通过提高隧道支护结构的强度、刚度和整体性，减少和控制左、右线隧道开挖时的相互影响，合理地利用围岩自承能力，保证围岩与支护结构共同作用，可以安全、顺利地完成小间距隧道工程。

地铁小间距隧道是一类新的隧道工程问题，还经常与浅埋、软弱岩土体等问题交织在一起，施工难度大;处在城市环境中，对变形、沉降的要求又高。因此，通过具体工程的监控量测和 分析 研究 ，深化对小间距隧道围岩变形和应力分布的认识，制定小间距隧道施工技术细则，这方面还有大量的工作要做。

参考 文献 :[2]姚永勤，王明年.深圳地铁单洞双层隧道施工力学分析[J].工程力学，2003,(增刊):279-282

[3]王启耀.近距离双线盾构隧道施工相互影响的监测与分析[J].地下空间，2003,23(1):49-51.

[4]广州市地下铁道总公司，广州市地下铁道设计研究院.广州地铁二号线设计 总结 [M].北京: 科学 出版社, 2005.

[5]广州市地下铁道总公司，中铁十九局集团公司，同济大学.岗石区间超小间距隧道施工技术研究中间报告[R].广州，2005.

[6]浙江省 交通 设计院.公路隧道设计规范[M].北京:人民交通出版社，1990.

岩石隧道施工方法篇2

(一)软弱围岩

所谓的软弱围岩有两种含意,一是构成隧道围岩的矿物成分的硬度较低,常见于隧道进出口、浅埋段、强风化或全风化岩土等硬度较低的矿物岩石隧道中;二是构成隧道围岩的矿物强度不匀,常见于夹层、破碎带、断层带中或节理发育的岩层中。

(二)初始地应力

由于隧道开挖破坏了原有地层结构,打破了岩体原来的平衡状态,产生应力重分布。所谓的初始地应力是指隧道开挖前,将要被挖除部分的岩体中存在的应力。这种应力一般由两种力系构成,一是自重应力,一是构造应力。

(三)软弱围岩的变形理论

岩体的形变压力(岩体变形产生的挤压力)和松散压力(岩块坠落、滑移、坍塌所产生的重力)统称为国围压力。按作用方向不同,围岩压力可分为垂直压力和水平压力。在硬岩层中围岩水平压力较小,可以忽略不计;但在松软岩层中,围岩的水平压力较大。影响围岩压力的因素有岩土的重力、岩体的构造、地下水的分布、洞室的形状和尺寸以及初始地应力。

1、围岩压力

围岩压力的确定方法:一是现场量测法,结果比较接近实际,但很难实施;二是理论估算法,因影响围岩压力的因素较多,准确度低。三是工程类比法(即围岩分类法),按围岩分类规则由经验公式估算围岩压力。目前最为常用的方法就是工程类比法。

岩石坚固系数分类法(普罗托吉雅柯诺夫法):

围岩垂直压力σz=γhl

围岩水平压力:洞室拱顶σH=γhltan2(π/4-ψ/2)

洞室拱底σH=γ(hl+h)tan2(π/4-ψ/2)

γ:围岩容重;hl:普氏压力拱的矢高;h:隧道毛洞的高度;ψ:土的内摩擦角,且有hl=al/f,其中al=a+h tan(π/4-ψ/2); f为岩石坚固性系数;a为隧道半宽。普氏理论适用于较松散、破碎地层,即适用于软弱围岩。

2、土压力

在土层中施工隧道初期支护结构承受的土压力可以用静止土压力公式:朗金(R ankine)土压力计算公式、库伦(Couloun)土压力计算公式进行计算。

利用非线性有限元法解决粘塑性蠕变问题;离散元法解决破碎掉块情况下的岩石稳定问题。当软弱围岩如有地下水,则极不利围岩的稳定,在力学上出现流固耦合问题,它涉及到流体的许多性质。

二、工程对策:

(一)辅助施工措施

对软弱围岩区应首先采取切实有效的超前支护措施,如长管棚、超前小导管、超前锚杆、围幕注浆、地表注浆固结等措施之后才能进行洞身开挖施工。

1、长管棚

长管棚是一种长距离超前支护方法,由于超前距离长、支护刚度大,非常适用于掌子面自稳能力差的松散土层或上部有动荷载的土层段。通过管内压浆使加固区形成环状硬壳,与钢管形成整体,能承受上部及前方土柱的巨大压力,对防止软弱围岩初期松驰、土压增大及土体塌落有良好效果。

2、超前小导管

其做用类似长管棚,虽然没有长管棚的支护强度高,但更灵活,更便于实施,是超前支护施工中最常用工程措施。同钢支撑相结合使用,效果更佳。最适合于裂隙发育的强卸荷围岩、破碎带等地段。

3、超前锚杆

超前锚杆对掌子面上方围岩起锚固作用,是加固掌子面围岩的一种工程措施。适用于裂隙较发育的硬岩隧道。

4、围幕注浆

主要适用于地下水发育地段,可能会引起突水涌泥或地下水特别大时,可能造成地表水流失时。

5、地表注浆

浅埋地段,为预防地表沉陷、塌方通天而采取的一种工程措施。根据地质情况,砂性土、粘性土隧道采用劈裂注浆工艺施工,对碎石土,或破碎带采用渗透注浆工艺施工。

(二)施工措施:

1、短开挖弱爆破

短进尺,指一次开挖的距离要短,以减少围岩变形临空面。在爆破时,要用浅眼、密眼,应用控制爆破技术,努力保护围岩,降低爆破扰动层厚度,充分利用围岩的自然成拱原理自稳。

2、分部开挖

分部开挖法是将隧道全断面分成几个部分开挖的施工方法。常用的方法有双侧壁导坑法、中隔壁法、三台阶七部法等。

分部开挖因减少了每个开挖断面的一次开挖跨度,能够显著增强坑道围岩的相对稳定性,且易于及时支护,因此适应于围岩软弱、破碎严重或设计断面较大的隧道中。

3、早封闭

快、强支护:每步开挖后要及时进行初期支护,强初期支护为钢支撑喷锚结构,尽快使钢拱架闭合成环。快衬砌:衬砌工作须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成环。

三、工程实例

(一)粉质粘土、全风化正常斑岩隧道

向莆铁路道德山隧道进口端(FDK522+565-FDK526+600)进洞后围岩为粉质粘土,褐黄色,硬塑,下伏石英正常斑岩,肉红色。全风化段,围岩初经开挖时强度较高,用风镐凿都很困难,见图4-1。遇水后围岩强度迅速降低,用锹就能挖动,见图4-2;

随着渗水量的增大,围岩由可塑到流塑状态,见图4-3,掌子面不能自稳,采用预留核心土和透水性材料反压核心土,同时周边安设排水管,引流一采用双侧壁导坑法开挖,钢支撑和临时钢支撑锚喷支护,超前支护措施为大管棚和局部超前小导管顺利通过,见图4-4。

(二)凝灰岩破碎带隧道

向莆铁路道德山隧道F5断层范围为英安质凝灰熔岩、凝灰岩破碎带,采用小导管超前4-5,采取三台阶七步法,辅以超前小导管安全通过,三台阶法第一台开挖,见图4-6。

(三)软岩隧道

沙子垭隧道,工程区位于五峰背斜南翼,并紧邻该背斜核部,工程区部位为单斜构造,岩层走向70°-80°,倾向sE,倾角30°-45°,隧道走向:257°15′1″。

从桩号K192+680至K193+506,岩质为粉砂质页岩夹砂岩,少量碳质页岩;局部结构面发育,有泥及碳质页岩填充;岩石呈层片状,有光泽,遇水软化,用手极易扳断,是典型的软岩隧道。经围岩量测,开挖后变形较大,拱部采取超前小导管和超前锚杆超前支护,加强初期支护为钢支撑,台阶法短进尺开挖顺利完成施工任务,见图4-7上台阶开挖;和图4-8钢支撑施工。

(四)土夹石且大量涌水隧道

黑河塘水电站cⅡ一1标引水隧洞工程,0+830-1+250m为磨房沟过沟段,沟谷切割深,覆盖层结构复杂,由冰川冻融泥石流堆积的含孤块碎石土组成,岩体风化卸荷相对较强,完整性差,加之沟内常年流水,受沟水补内外排水相结合,并在枯水季节顺利通过磨房沟。

四、施工注意事项:

(一)软岩隧道施工应坚持”预支护、短开挖、少扰动、强支护、早封闭、实回填、严治水、勤量测”的原则。

(二)施工排水很重要:尽可能将隧道外之水拦截于隧道之外,洞内也要有组织引排水,防止围岩因水的作用而软化,防止在水的作用下软弱夹层随水流失,造成岩体松驰而塌方。

(三)长管棚施工注意管棚方向控制。超前小导管宜穿人钢支撑施作。为保证注浆质量,在注浆管管尾焊球阀,注浆压达到设计或停止注浆时将球阀关闭,再卸掉注浆管。

(四)做好起前地质预报:主要采取TSP超前地质预报、水平超前探孔、监控量测、地质钻探等手段获得地质资料,指导施工。

五、结束语

岩石隧道施工方法篇3

【关键词】软弱地质围岩；隧道施工；工艺；研究

一、前言

作为一种特殊性较强的施工环境，软弱地质围岩隧道施工工艺在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究，将会更好地提升软弱地质围岩隧道施工的实践水平，从而有效优化该项工作的整体效果。

二、软弱围岩工程地质特性

软岩，主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层，人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。普遍具有内磨擦角小，粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。一般南方地区软土含水量偏大，扰动易液化呈液态流动，北方地区软土含水量较小，失水后易呈固态流动，扰动易崩坍。北方地区软土浸水饱和，极易流失并很快失去承载力。围岩是指受隧道开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩两大类。按照围岩级别划分，软弱围岩多划分为Ⅳ～Ⅵ级围岩。软弱围岩一般有以下突出特点：

1.岩石强度低。

根据我国《工程岩体分级标准》、《铁路隧道设计规范》等规范标准，一般将单轴饱和抗压强度低于30MPa的岩石称为软质岩或软岩。软质岩主要包括未成岩的岩石、已风化的岩石以及含有软弱矿物的岩石。典型岩石有泥岩、砂岩、千枚岩、炭质板岩及绢云母片岩等。

2.岩体破碎。

受地质构造影响严重的坚硬岩石也可称为软弱围岩。若硬质岩石受到强烈的构造运动影响，导致节理、裂隙、断层等结构面发育，造成围岩强度降低、自稳性变差。

3.围岩赋存环境差。

隧道围岩一旦赋存于富水、高地应力等不良地质环境中将极易引起涌水、塌方等地质灾害。赋存于这些不良地质环境下的围岩也可称为软弱围岩。

三、软岩隧道变形机理

由于隧道开挖不可避免要对围岩产生扰动，隧道开挖打破了原有的应力平衡状态，会出现应力重新分布和动态调整。由于软岩强度低、对工程扰动及其敏感，在受拉和受压条件下将产生塑性区，使围岩和支护结构产生变形。软弱围岩隧道开挖后突出表现在围岩松弛压力大，初期支护承受压力大。

按照结构力学的基本原理，我们不妨把隧道初期支护看作是由锚杆、钢筋网、喷射砼、钢架等支护手段组成的复合体。该复合体是具有一定强度和刚度的承载结构。软岩隧道的开挖过程同时也是扰动围岩对初期支护结构的逐级逐次加载过程。当作用在初期支护上的围岩扰动荷载未超出结构本身的极限承载力的时候，结构将处于稳定状态，同时支护结构会因为荷载的不断增加发生变形。一旦围岩扰动产生的荷载超出初期支护结构极限承载力，支护结构将会失稳破坏，突出表现在钢架扭曲、喷层开裂掉块，结构变形出现突变等。

由以上分析可以看出，软弱围岩大变形是指在隧道开挖形成凌空面以后围岩受自重应力及构造应力的影响发生朝向隧道净空的变形。这是复杂应力条件下软弱围岩本身固有的特性，属于客观因素。隧道支护结构大变形是指由于支护参数、施工方法选择不当，结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力而出现大变形和结构破坏，属于主观因素。

四、软弱围岩地质隧道富水区防排水研究

隧道通过区，围岩为全风化砂岩夹泥岩，炭质页岩，属强透水层，围岩风化程度十分严重，遇水后产生脱落坍塌并且初期支护完成后，隧道渗淋水又十分严重，对初期支护反复冲蚀，这样就对初期支护的强度造成了较大的影响，给施工也带来了极大的安全隐患，并且因地下水的不断作用，使初期支护沉降速度超出规范要求（大于0.5mm/d，峰值达0.8mm/d），虽然预留量根据实际测设采用35cm，但沉降速度仍有不可控的趋势，而且渗水分散不集中，造成洞内积水，因此就基岩裂隙水的基本情况，现场选择以超前泄水，注浆加固堵水的施工方案。主要采用超前水平探孔远距离超前集中泄水，4.0m注浆小导管对初期支护进行注浆加固堵水，使初期支护背后形成加固拱堵水，施工中开挖临时排水沟引排。

通过实践施工的效果来看，当隧道施工通过富水区段时，针对基岩裂隙水秉承着以超前泄水，注浆堵水的原则，采用超前水平孔超前泄水，小导管注浆进行堵水的方法，可以极大地降低施工难度，保证施工安全顺利地进行。隧道富水区段的施工优化设计，在实践中应该针对实际情况，在原防排水系统设计的基础上，进行对富水区段的专项优化设计，以确保富水区段安全高效的施工作业，及减少隧道工程施工期间的潜在隐患。

五、施工方法

1.开挖断面的判断

围岩应力以及变形调整时，会出现围岩失稳破坏现象，这种现象对围岩硬度强的岩石影响不大，但是对于软弱围岩来讲，这样种破坏对其的影响将是非常严重的，所以在软弱围岩隧道施工时，必须要对围岩的应力以及变形情况进行了解，掌握其变化的规律，使其结果不影响软弱围岩的稳定性。在实际施工中，要根据围岩的应力以及变形的规律，选择相应的开挖方式，开挖的进尺度等。

2.提高超前支护的质量

由于软弱围岩的变形快，所以在实际施工中，软弱围岩变形会发生在掌子前不远处，所以必须对其进行超前支护否则将会出现坍塌现象。在软弱围岩隧道施工中，超前支护是为了更好地控制掌子前的变形现象，这也是软弱围岩隧道施工的重要环节。

3.开挖方式的选择

在对软弱围岩隧道进行开挖时，应该选择大尺度且开挖时少分布的方式进行。在传统的隧道施工中，多数都是多分布、每一次开挖的进度都较短，这样便造成循环的频率大，造成临时的支护多，使得工程变得复杂，最后导致施工工期延长。将预支护工作做好，在开挖时便可以减少分布，并将开挖的进尺度加大，这样可以减少开挖的循环次数，减少支护面施工，提高施工速度，极大地缩短工期，同时还可以降低施工的复杂程度。在对隧道进行施工时，简化施工步骤，提高施工安全是目前应该重视的研究方向。

4.增强管制

对隧道开展建筑过程中，因为其特殊具备的工作环境，因此在开展建筑时地区环境不好，工作空间不大，对建筑施工将产生一定的影响。因此在开展建筑过程中，要在保证顺利的建筑时间和速度的状态下，对建筑环节开展科学的布置，把每一个建筑程序进行质量监测。在运用设备的建筑环节中，充分使用设备的性能，进而提升项目建筑时间。并且还要开展建筑项目的安全监管，防止安全事故的出现。

六、结束语

通过对软弱地质围岩隧道施工工艺的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多想影响因素的掌控，有关人员应该从软弱地质围岩的客观实际情况出发，充分利用优势条件，研究制定最为符合实际的隧道孙施工工艺实施策略。

参考文献

[1] 周建福.浅析软弱围岩隧道快速施工技术[J].西部探矿工程.2010（06）：7-9.

[2] 雷军.5号斜井软硬岩交替地段快速施工技术研究[J].铁道标准设计.2012（09）：18-19.

[3] 曲永新.软岩与软弱夹层[M].北京：地质出版社.2012年.

岩石隧道施工方法篇4

【关键词】隧道施工；塌方；新奥法；运用；

一、前言

隧道是高等级公路跨越山区的重要通道，但因山区地形复杂、地质条件多变而极易发生地质灾害，其中塌方是隧道施工中遇到的地质灾害常见的一种，因此怎样预测塌方和处理塌方是一个重要的课题。本文从沐尘隧道的地质构造特点和发生塌方的经过阐述新奥法在隧道塌方处理中的运用。

二、地质构造描述

沐尘隧道位于龙游县南部，地表植被发育，地势南高北低。该地区整体地貌属中低山地貌类型。隧道

附近主要出露前震旦纪变质岩，晚侏罗世火山岩、白垩纪侵入岩及第四纪上更新统坡洪积层。

1、前震旦纪变质岩（pt1-2j）

前震旦纪变质岩，变质程度较深，归属为陈蔡群。变质岩以黑云片麻岩、变粒岩、黑云斜长变麻岩为主，次为黑云片岩、二云片岩等。变质岩易风化，表部全风化、强风化层厚度较大，地势平缓。沐尘隧道进口段有变质岩分布，经鉴定，确定为“石英绢云母岩”。岩石呈灰白色，由于受褶皱断裂、侵入体的影响，构造形态复杂，节理裂隙发育，但岩质坚硬，属硬质岩石。

2、白垩纪侵入岩

白垩纪侵入岩为火山强烈活动末期的产物，并且多次侵入之特征，为沐尘隧道分布最广的岩石，占出露总面积的80%以上，侵入岩岩性可分为二长岩（ηK）和花岗岩（γK）两种。二长岩 ：分布于沐尘隧道一带，呈肉红色、灰红、灰褐色，主要矿物成分为钾、斜长石晶体粒大，最大可达2cm以上，新鲜二长岩质坚硬，属硬质岩一极硬岩。节理裂隙呈“X”型分布，裂隙间距约0.5米以上，呈密闭状，少数微张。但二长岩遇水易呈现球状风化，地表残坡积层、全风化层分布广，厚长大。本侵入体围岩为陈蔡群变质岩，两者呈侵入接触关系。

3、第四纪上更新统洪残直积层

主要分布于沐尘隧道出口段及隧道主体表层。岩性特征：灰黄色、褐黄色，亚粘土，稍湿-湿，松散-中密状，局部含10-15%碎石。碎石成分为熔结凝灰岩、二长岩等，碎石大小一般0.6-15cm，少数达30-40cm，呈次棱角-棱角状。

4、地质构造

沐尘隧道所处构造单元为华南褶皱系丽水-宁波隆起区，基底为陈蔡群、八都群和龙泉群之变质岩，断裂构造较发育，变质岩褶皱强烈，变质程度深，燕山期火山岩活动强烈，火山机构发育。断裂通过K21+428附近，断裂倾向SE，倾角较陡，约75～800，挤压带宽约10米左右，两层地层为pt1-2j之变质岩，岩石受断裂影响，节理裂隙较发育―极发育。

三、发生塌方的临近前兆及预测

在隧道施工中断层破碎带塌方是最常见的塌方，且塌方都会有些前兆，因此可以采取一些手段进行预测与分析，预测的手段主要是长期、短期超前地质预报。发生断层破碎带的主要前兆有：

1、节理组数的急剧增加，临近断层破碎带时节理组数可多达6―12组。

2、临近断层破碎带时出现牵引褶曲或牵引褶皱。

3、临近断层破碎带时，有时会出现由弧形节理组成的小型施卷构造或反倾节理。

4、临近断层破碎带时，一般岩石的强度都明显降低。

结合沐尘隧道地质勘察资料描述和掌子面地质预报显示，在左线K21+865附近有断裂带存在，并且围岩节理组数急剧增加，出现反倾节理和碎裂岩，因此我们在爆破时减少了用药量，采用短进尺的方法，并及时初喷砼封闭围岩。

四、塌方的发生及塌方处理

1、当开挖至K21+867时，掌子面右侧围岩节理急剧增加，岩层里含有泥质胶结，固结程度较差，呈断层破碎带的迹象（见断层示意图）。为保证围岩的稳定，在掌子面立了一榀钢拱架，在右侧靠近破碎带的地方斜向打3.0M长的系统锚杆，在拱部间距1M打3.0M长的超前锚杆，并及时喷砼封闭围岩，停止开挖。我们将这些情况上报指挥部、驻地监理办和设计单位，业主代表、驻地监理工程师、设计代表到现场勘察后认为在K21+867右侧遇到了断层，围岩条件极差，极可能出现塌方，必须采用“弱爆破、短进尺、强支护、勤量测”的原则进行施工。短进尺后发现，在右侧有两条交错的断层出现，并且长度不短，及时喷砼封闭，但由于围岩稳定性急剧下降，围岩岩质很差，呈泥岩体状态，右侧出现局部塌方。

2、为了防止掌子面再次塌方，在塌方段立即进行强支护处理（见塌方示意图及支护结构图）。处理方案为：（1）洞身架立钢拱架，在拱部打超前锚杆，铺挂金属扩张网，及时用喷射砼封闭围岩。（2）在右侧打加长系统锚杆，锚杆与钢拱架连接。（3）在右侧靠近钢拱架的地方用浆砌片石砌筑一道厚度为40CM的墙体。（4）塌方体空洞内用片石砼回填密实，再用喷射砼封闭，墙体砌筑与片石砼回填协调进行，保证回填砼与围岩良好的结合。每进尺一炮都立即进行强支护处理，一直到K21+876断层破碎带才结束。进行强支护后在塌方段及相应部位都布了点进行围岩收敛量测，连续观测了半个月，量测结果表明围岩收敛，逐渐趋于稳定，说明塌方段岩体得到了较好的控制，围岩基于稳定状态。

五、新奥法在隧道塌方处理中的运用

1、新奥法是应用岩体力学原理，以维护和利用围岩的自稳能力为基点，将锚杆和喷射砼结合在一起作为主要支护手段，以便控制围岩的变形与松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，形成以锚杆、喷射砼和隧道围岩为一体的承载结构，共同支承山体压力。通过对围岩与支护的现场量测，及时反馈围岩的支护复合体的力学动态及其变化状况，为二次支护提供合理的架设时机，对于软弱岩层，为使围岩形成力学上十分稳定的中空状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构。在沐尘隧道K21+867-K21+876塌方段中我们构筑了一个超前锚杆+钢拱架+系统锚杆+金属扩张网+喷射砼+片石砼的支护结构，大大提高了围岩的自锚稳定性，为减少塌方发挥了较大的作用。

2、整个支护结构充分发挥了自身的作用，超前锚杆和系统锚杆使外部围岩和深部围岩结合在一起抵抗围岩压力，在喷层中敷设钢筋网加大了喷层的抗减力，防止了围岩的风化。锚杆、钢拱架和喷层形成了一个强大的支承体系，使得围岩更加稳定。

3、新奥法施工强调对地质预报数据及量测数据的分析和应用，地质预报主要掌握岩层的走向及节理发育程度，K21+865掌子面的地质预报显示该段围岩的节理组数剧增至8-10组，围岩不稳定。量测技术主要收集隧道收敛位移值、拱顶下沉量等数据，塌方段加强支护后的量测数据显示该段围岩变形趋于稳定。因此在隧道施工中充分利用新奥法的优点，合理选择支护结构，加强量测工作和坚持用量测指导施工对于防范隧道塌方及处理塌方都有积极的意义。

六、结束语

沐尘隧道在施工中，由于超前地质预报对围岩的稳定性做了准确地判断，从而大大增加了施工的安全系数，减少了塌方面积。利用新奥法原理及时对软弱岩层进行加固，从而提高了围岩的整体稳定性，确保了工程的质量。并且大大降低了施工的难度，将损失降至了最小程度，达到降低工程成本的目的。

参考文献：

岩石隧道施工方法篇5

（广东鸿高工程建设集团有限公司，广东 东莞　523000）

摘　要：我国经济的发展，科技的进步，为隧道施工带来了极大的机遇，隧道施工技术相比之前提升了一个台阶。隧道施工作为整个工程的重点环节，必须保证施工技术达到预期的效果，而光面爆破技术是隧道施工的关键，此项技术决定着隧道施工是否能够正常进行，施工完毕后是否能够正常使用，因此爆破技术是隧道施工的重中之重。本文主要阐述了光面爆破在隧道施工中的应用。

关键词 ：光面爆破；隧道施工；爆破设计

中图分类号：U455.6

文献标志码：A

文章编号：1000-8772（2015）08-0174-02

收稿日期：2015-02-10

作者简介：蒋嘉（1966-），男，湖南娄底人，本科，工程师。研究方向：公路隧道施工技术及现在管理。

隧道施工难度比较大，危险系数很高，需要采用不同的方法对其进行施工。但是，一般的施工方法会在一定程度上破坏围岩，降低其稳定性，形成一种比较严重的超欠挖现象。对于这种情况，采用光面爆破技术能够对爆破范围进行有效控制，保持围岩的稳定性。光面爆破技术能够对周边眼的爆破参数进行必要的调整，使爆破形成一种贯通的破裂缝，内围岩体裂解，并向临空面抛掷。这种爆破能够在很大程度上降低裂缝，使爆破后的岩石有一个较为清晰的轮廓，方便对隧道实施下一步施工方案，使隧道施工顺利进行。

一、工程概况

由山东省公路建设（集团）有限公司承建的东莞高速公路东莞段（含清溪支线）第九合同段，全线长3.899Km，其中走马岗隧道位于东莞市樟木头镇附近，设计为时速100Km 分离式双向六车道隧道， 净空14.75*5.0m， 起止桩号为： 左线ZK21+157 ～ ZK24+300， 长3143m； 右线YK21+170 ～ YK24+305，长3135m。本工程为从（化）至（东）莞高速公路全线控制性工程。

二、工程地质

断层造成岩层破碎并产生大面积较厚的残坡积层，降低隧道的级别，影响隧道围岩稳定性。

WF2 断裂构造：WF2 断裂构造位于主线

ZK21+660 ～ ZK21+670、YK21+675 ～ YK21+685 段， 倾向约101°，倾角约69°，视宽度约4 ～ 5 米，影响范围约35 米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎。

WF3 断裂构造：WF3 断裂构造位于主线

ZK22+020 ～ ZK22+030、YK22+015 ～ YK22+025 段，倾向约131°，倾角约77°，视宽度约3 ～ 4 米，影响范围约90 米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎，富含裂隙水。

WF4 断裂构造：WF4 断裂构造位于主线

ZK23+060 ～ ZK23+070、YK23+060 ～ YK23+070 段，倾向约121°，倾角约71°，视宽度约2 ～ 3 米，影响范围约60 米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎，富含裂隙水。

WF5 断裂构造：WF5 断裂构造位于主线

ZK23+360 ～ ZK23+370、YK23+370 ～ YK23+380 段，倾向约98°，倾角约72°，视宽度约2.5 ～ 4 米，影响范围约55 米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎，富含裂隙水。

WF6 断裂构造：WF6 断裂构造位于主线

ZK23+485 ～ ZK23+495、YK23+490 ～ YK23+500 段，倾向约109°，倾角约70°，视宽度约0.5 ～ 1.5 米，影响范围约75米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎，富含裂隙水。

WF7 断裂构造：WF6 断裂构造位于主线

ZK23+935 ～ ZK23+945、YK23+870 ～ YK23+880 段，倾向约22°，倾角约69°，视宽度约0.8 ～ 2.5 米，影响范围约165米，受断裂影响，岩石节理发育，岩体破碎，富含裂隙水。

本隧道进出口地质条件基本相同。进出口洞口覆盖粉质粘土、全风化岩层，围岩为粉质黏土、全风化岩，土质松软，岩石破碎，孔隙较大，稳定性差，透水性差，且处于地下水位以上，对洞口稳定有一定影响。隧道洞口施工应注意暴雨期间雨水对洞口地面的冲刷破坏作用，宜采取截流、疏排措施，在洞顶设置截水沟，隧道洞口下坡处设置横向截水沟。

三、爆破设计

（一）参数选择

光面爆破主要是把周边眼一定范围内的岩石爆破下来，使岩石壁有一个规则的轮廓，并且在最大程度上使半边眼痕迹进行保留，爆破与药物的密度(q)、最小抵抗线(w) 有很大关系，规则轮廓主要和炮眼间距(E)、相对距离(m=E/W) 有很大关系，半边眼痕迹主要和不偶合系数(D=d 炮眼/d 炸药) 有很大关系。具体关系见表1。

（二）掏槽形式及装药结构

隧道爆破技术的关键因素是掏槽，假如掏槽失败，周边眼不能形成理想的临空面，爆破就会使残眼加深，大大降低了炮眼的利用率，所以，在此基础上应当选择适合具体环境的掏槽形式。一般情况下采用的掏槽形式主要有中空直眼掏槽和楔形掏槽两种。周边眼装药采用Ф25 光爆药卷间隔装药，导爆索连接。

四、光面爆破在隧道施工中的应用

（一）洞身施工的方法

由于受到隧道环境和地质设计的影响，应使用新奥法对其进行施工爆破，这种方法遵循“少扰动、紧封闭”的原则。不同级别的围岩根据情况不同，采用不同的施工方法，比如，Ⅲ级围岩使用台阶施工法。对整个施工通过TSP 地震波对地质情况进行针对性地探测，并选择与之相应的施工方法。

（二）施工工艺与方法

根据隧道爆破计划，在对爆破试验进行围岩选择时，应选择与隧道岩石相似的围岩（围岩具体分级见表2），并对设备进行维护、准备各种合适的材料。在实际隧道施工过程中，由于侧壁导坑断面相对比较多，提高了支护的复杂性。由于中壁导坑断面相对比较少，极大加快了施工的速度，降低了支护的复杂性。

1. 施工前的准备: 爆破施工前，准备好需要的材料、必要的设备，各种工具，最为重要的是应严格选择围岩，以便为爆破试验做好充分准备，最大程度上保证爆破试验的效果，使爆破施工的隐患降到最低。

2. 测量画线: 爆破方向的确定是非常重要的，采用经纬仪进行方向的确定和标高的控制，用一定量的红油漆对开挖面的中心线和轮廓线进行必要的绘制，在300 m 左右处对中心线和轮廓线进行定位，并标识出炮孔的位置，炮孔位置误差应小于5cm。

3. 钻孔: 确定炮眼的位置后，对其进行必要的钻孔，钻孔位置的误差应降低到最小。在钻孔之前，应保证隧道轴线和保钻杆两者的平衡，并对墙和拱顶进行必要的调整。周边眼的直径也有规范，一般是钻孔直径的10 倍左右。必须要保证钻杆外插角大于30 度，与此同时，开挖台阶小于3 cm。掏槽眼时，还需要对角度、眼间距和深度进行必要的控制。

4. 清孔装药: 装药前应对孔进行必要的清理，采用高压风枪对其进行彻底的清理。用木塞堵住底眼，预防淤孔。

5. 连网起爆: 爆破技术采用连网起爆中的复式网络连接，对雷管进行必要的分段，对装置雷管的胶布进行必要的包扎。

对导爆管的要求相对较高，一般情况下使导爆管的自由端处于10cm 处。

6. 通风系统: 还需要对起爆后的环境进行通风排烟，起爆后由于药物燃烧生成的物质会对环境产生了一定的污染，需要开启通风系统，保持作业空间环境的良好。

7. 清理石块: 根据专业人员的要求，采用钢钎清理爆破面出现的危险石块，并对其进行喷水除尘。

五、结束语

由上文可以看出，光面爆破技术在很大程度上能够对隧道起到顺利施工的作用。在光面爆破中，爆破系数对爆破的稳定和岩层稳定也具有非常大的参考价值，通过对隧道施工技术的分析和研究可以得出，爆破技术的成功与否和爆破参数有很大关系，爆破参数是爆破成功的一个重要因素，所以，需要根据具体环境，对爆破系数进行正确地评估，选择合适的爆破参数。想要使爆破达到比较理想的效果，就必须对各种因素进行分析和研究，根据地理环境和参数进行安全施工。

参考文献：

[1] 谭庆令. 光面爆破技术在隧道施工中的应用[J]. 科技风,2012(24):138-139,146.

岩石隧道施工方法篇6

关键词：概述；隧道塌方的原因；类型；措施和依据

中图分类号：U45文献标识码： A

一、概述

在公路、铁路大断面隧道开挖施工中，由于自然地质条件、设计措施及施工工法、施工质量等因素，常会发生塌方、突水、突泥事故，给隧道施工带来极大危害。塌方以其高发性、高危性严重威胁着工程设备和人员安全 ，防塌、治塌工作已经成为隧道施工的首要问题。国内大部分在建或已建的隧道均发生过不同程度的塌方，特别是近期铁路、公路的快速建设中多次出现隧道塌方事故，2011年3月云南迪庆香格里拉在建公路肯古隧道塌方19人被困幸被救出，2011年4月兰新铁路小平阳隧道塌方造成12人死亡等等……。事故的频发促使我们必须从源头上去分析事故产生原因，有针对性地采取有效措施规避风险，才能保障隧道施工人员的生命财产安全。

二、隧道塌方的类型

1地质原因造成的隧道塌方

地质要素是造成隧道塌方的重要要素之一，不一样的地质条件会造成不一样的塌方事故。地质要素主要包括变质岩体、断层带、溶洞、滑坡、泥石流等，当隧道在这些地区进行施工建设时，必须要对当地的地质条件进行深人分析，稍有不慎 就会造成严峻的塌方事故。

2.地下水渗漏造成的隧道塌方

当隧道上方或许隧道周围的岩石中存在很多地下水时，就容易造成严重的塌方事故。地下水的存在影响了岩石的稳定性和安全性，降低了岩石强度，使隧道的耐压性逐渐下降，隧道结构面的稳定性下降，从而较易造成塌方事故。

3.地压造成的隧道塌方

地压主要包括偏压、滑坡及高地应力区等，其很容易造成隧道周围的岩体出现松动、开裂等现象，使完整坚硬岩体发生岩爆、隧道挤出性破坏现象，造成隧道主体结构的不稳定，从而造成隧道的塌方事故。

4.设计和施工不当造成的隧道塌方

在隧道建造前，规划单位没有根据施工现场的实践情况对隧道的结构、施工办法、施工流程进行合理规划，施工计划不符合施工现场实践。在施工过程中，施工单位的施工办法不当，不符合施工标准，如:该挂设钢筋网的地方没挂网混凝土厚度缺乏、支承结构的数量缺乏等。爆炸过程中爆炸参数计算不正确，炸药数量不正确，导致隧道周围岩石的不稳定。因为隧道施工环境区别比较大，造成隧道塌方的因素各种各样，因此相关单位必须在施工中不断进行分析和总结，这样才能最大程度地避免隧道塌方事故的发生。

三、隧道塌方的形态

1.局部塌方

局部塌方多发生在隧道的顶部，由于施工过程中破坏了岩石的整体结构，岩石的稳定性逐渐降低，容易造成岩石滑移的现象。在实际中，这种塌方的规模比较小，在N类及l类以上的硬岩结构中比较容易发生。

2.拱形塌方

拱形塌方多发生在层状岩体或者碎块岩体的隧道中，地层比较松软的地区也容易出现这种塌方情况。这种塌方多发生在隧道的顶部和侧壁，塌方高度在4-20m发生塌方的规模较大。

3.膨胀土隧道塌方

近年来，因为膨胀岩土而造成隧道塌方的案例不断增多，膨胀土围岩具有较高的初始应力简单发生开裂、坍塌现象。尤其是在隧道建设过程中膨胀土围岩遭到损坏，初始应力得到开释，围岩强度下降，简单发生变形。膨胀土围岩还具有遇水膨胀，失水缩短的特色，这两种情况都会造成膨胀土围岩的不稳定性，使岩体局部遭到损坏，岩体逐步损失支撑力，导致岩体构造损坏，造成严峻的塌方事故。

4.软岩变形隧道塌方

软岩是一种特定环境下的具有显著塑性变形的岩石的总称。软岩主要包括泥岩、赫土岩、粉砂泥岩等，这些岩石的强度低、孔隙度大、胶结程度差，当隧道周围岩体承受的压力逐步加大时，软岩的稳定性就会下降，容易造成塌方。软岩的变形速度较快，具有激烈的流变性，一旦发生塌方事故就会非常严峻，因而必须思考软岩变形对隧道造成的影响。

5.岩爆形成的塌方

岩爆现象通常发生在高地应力岩体区域。在开挖隧道时，围岩在短时间内发生脆性损坏，原先蓄积在岩体中的能量瞬间得到开释，使岩石发生爆裂现象。这样就容易造成岩石构造的改变，导致岩石的掉落现象。花岗岩、片麻岩、玄武正长岩等岩石类型很容易发生岩爆现象，在施工过程中应格外注意这样的区域。

四、塌方的处理措施和依据

1.为了避免地表沉陷形成的塌方事故，应对地表沉陷进行科学处理。当隧道开挖结束后，对地表进行及时回填，一同浇筑混凝土，对地表的缝隙进行填堵，同时还应在道路两侧开挖排水沟，避免呈现积水。对于呈现涌水的地点，及时设置挡土墙，并向塌方空泛内充填水泥浆、水玻璃。另外，为了保证良好的防水作用应对塌方区域周围的岩体都进行水泥浆浇灌工作，对呈现塌方的区域进行管棚支护，用钢筋进行联接。

2.对膨胀岩土产生的塌方进行处理是一项艰巨的工作，尤其是当岩体发生连续性断裂的同时会在很多未知的区域发生不一样程度的岩石坍落现象，为塌方事故现场的处理形成很多麻烦。在处理事故过程中，应先用坍塌的岩石对空泛进行添补，直至达到拱顶的设计标高，对于剩余的空泛，挑选轻质材料进行填充。回填工作结束后，设置管棚钢架支持，钢架之间进行焊接处理。管棚钢架支持设置结束后对塌方部位进行混凝土浇筑，在修正工作过程中，及时监测岩体的变化，避免岩体呈现二次事故。针对膨胀岩体遇水膨胀，失水缩短的特征，特别是在含水量丰盛的施工区域，在施工前应对当地的地质情况进行充分的调查分析，对岩体结构和水文情况进行详细了解，削减岩体在使用过程中呈现事故的概率。在施工过程中应实时监测岩体情况，避免岩体向隧道内膨胀坍塌。

3.塌方的处理有必要建立在对塌方正确认识的基础上，假如计划不妥或失败，不光致使更大的经济损失，并且可能造成人员伤亡，故通常的处理原则是先稳固后方，避免塌方扩大，然后以安全的后方为依托或保护再向前进行处理。其原则能够总结为:“小塌清，大塌穿”，即对小塌方(塌方的落体未堆满开挖掌子面)能够先用喷发混凝土关闭塌穴，待塌穴围岩基本安稳后，整理塌方体然后进行初期支护，待初期支护安稳后回填塌穴，对大塌方(塌方的落体堆满开挖掌子面)先用喷发混凝土关闭塌方掌子面，待塌穴围岩基本安稳后，在塌方段打设超前注浆小导管或中管棚贯穿塌方段落，进行注浆对塌方段进行固结，待塌方体固结后在超前支护的保护下对塌方段再逐榻开挖，进行初期支护，直至穿过塌方体，在塌方段留下注浆口对塌穴用砂浆泵送回填。依照上述处理原则，塌方发生后，拟定处理措施，对隧道洞口实施安全管控，无关人员不得进入洞内，组织专人对洞塌方区处理，以保证安全。

结束语

隧道开挖时如呈现大面积塌方事故会为后续施工带来严重影响，不光延误了工期，耗费了很多的工程资金，还为未来隧道的运用带来了潜在的安全隐患。因而，施工单位有必要加强对隧道塌方缘由的剖析，尽可能扫除各种造成塌方的因素，保证隧道的工程质量。

参考文献：

岩石隧道施工方法篇7

关键词：山岭隧道 围岩等级 初期支护 参数

围岩的分级与自稳能力

1、1围岩的分级

根据《公路隧道设计规范》（JTDG70-2004），我国根据岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标值BQ综合进行初步分级；对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值，按修正后的岩体基本质量指标值[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。

表1公路隧道围岩分级

围岩级别 围岩或土体主要定性特征 围岩基本质量指标BQ或修正的围岩基本质量指标[BQ]

Ⅰ 坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨后层状结构 ＞550

Ⅱ 坚硬岩，岩体完整，块状或后层状结构

较坚硬岩，岩石完整，块状整体结构 550~451

Ⅲ 坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构

较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构 450~351

Ⅳ 坚硬岩，岩体破碎，破碎结构

较坚硬岩，岩体较破碎~破碎，镶嵌碎裂结构

较软岩或较硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整~较破碎，中薄层状结构 350~251

Ⅳ 土体：1 压密或成岩作用的粘性土及砂性土

2 黄土（Q1、Q2）

3 一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块土

Ⅴ 较软岩，岩体破碎

软岩，岩体较破碎~破碎

极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构 ≤250

Ⅴ 一般第四系的半干硬至硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾及黄土（Q3、Q4）

非粘性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构

Ⅵ 软塑状粘土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等

注：本表不适合用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。

1、2围岩自稳能力

根据新奥法施工的指导思想，围岩是有自稳能力的，之所以垮塌是因为围岩的自稳能力不够，因此在施工过程中就要想法设法帮助围岩提高自稳能力，达到自稳的目的。

根据相关研究分析表明，影响围岩自稳能力的原因主要有四大类：1、围岩的岩石性质和岩体结构通过围岩的强度来影响围岩的稳定性，是影响围岩稳定性的基本因素；2、岩体的天然应力状态，即是岩体的自重应力、构造应力、变异及残余应力在某一个具体地区以特定方式作用的结果；3、褶曲和断裂破坏了岩层的完整性降低了岩体的力学强度，一般说来，岩体经受的构造变动的次数愈多，愈强烈，岩层的节理裂隙就愈发育，岩体的稳定性也就愈差。因此地质构造也是也是影响围岩自稳能力的原因之一；4、围岩中地下水状态一般可以分三级，即干燥、有渗水、潮湿，地下水对岩石有溶解作用和软化作用，因此围岩岩体中地下水赋存条件与活动状况，既影响围岩的应力状态又影响围岩的强度，进而影响隧道围岩的稳定性。

正是由于以上影响围岩自稳性的种种原因，先进的新奥法隧道施工确立了四大基本原则：1、少扰动――在进行隧道开挖时，尽量地减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间；2、早喷锚――开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态；3、勤量测――以直观、可靠的测量方法和测量数据来准确评价围岩（围岩加支护）的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法；4、紧封闭――一方面采取喷射混凝土等防护措施，另一方面更为重要的是适时对围岩施作封闭支护，从而阻止围岩的变形，使支护和围岩都进入良好的状态。

表2隧道各级围岩自稳能力判断

围岩级别 自稳能力

Ⅰ 跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方

Ⅱ 跨度10~20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方

跨度10m，可长期稳定，偶有掉块

Ⅲ 跨度10~20m，可稳定数日~1个月，可发生小~中塌方

跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块移及小~中塌方

跨度5m，可基本稳定

Ⅳ 跨度5m，一般无自稳能力，数日~数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中~大塌方

埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏

跨度小于5m，可稳定数日~1个月

Ⅴ 无稳定能力，跨度5m或更小时，可稳定数日

Ⅵ 无稳定能力

注：①小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30m³。

②中塌方：塌方高度3~6m，或塌方体积30~100m³。

③大塌方：塌方高度＞3m，或塌方体积＞100m³。

初期支护参数与围岩等级的关系

2、1山岭隧道初期支护参数

表3两车道隧道初期支护的设计参数

围岩级别 初期支护

喷射混凝土厚度/cm 锚杆 钢筋网 钢架

拱部、边墙 仰拱 位置 长度/m 间距/m

Ⅰ 5.0 局部 2.0

Ⅱ 5~8 局部 2~2.5

Ⅲ 8~12 拱、墙 2~3 1~1.5 局部@25×25

Ⅳ 12~15 拱、墙 2.5~3 1~1.2 拱、墙@25×25 拱、墙

Ⅴ 15~25 拱、墙 3~4 0.8~1.2 拱、墙@20×20 拱、墙、仰拱

Ⅵ 通过实验、计算确定

注：有地下水时，可取大值；无地下水时，可取小值。宜选格栅钢架。

表4三车道隧道初期支护的设计参数

围岩级别 初期支护

喷射混凝土厚度/cm 锚杆 钢筋网 钢架

拱部、边墙 仰拱 位置 长度/m 间距/m

Ⅰ 8 局部 2.5

Ⅱ 8~10 局部 2.5~3.5

Ⅲ 10~15 拱、墙 3~3.5 1~1.5 局部@25×25

Ⅳ 15~20 拱、墙 3~4 0.8~1 拱、墙@25×25 拱、墙

Ⅴ 20~30 拱、墙 3.5~5 0.5~1 拱、墙@20×20 拱、墙、仰拱

Ⅵ 通过实验、计算确定

注：有地下水时，可取大值；无地下水时，可取小值。宜选格栅钢架。

2、2围岩等级与初期支护参数的关系

2.2.1Ⅰ、Ⅱ级围岩与初期支护参数的关系

由于Ⅰ、Ⅱ级围岩是由坚硬岩或较坚硬岩组成，岩体为巨厚层状结构或块状整体结构，因此，Ⅰ、Ⅱ级围岩的应力为均匀的径向分布，设计参数中隧道截面的几何形状为圆形时较为合理，并选择合理的隧道跨度。当隧道跨度为20m时，Ⅰ级围岩的自稳能力较好，开挖的隧道在无支护的前提下能够保持长期的稳定；隧道跨度为10~20m时，Ⅰ级围岩的自稳能力较好，开挖的隧道在无支护的条件下可长期稳定。Ⅱ级围岩的自稳能力较Ⅰ级围岩差，开挖的隧道可以基本稳定，当隧道的跨度为10m时，Ⅱ级围岩开挖的隧道在无支护的条件下可长期稳定。故而Ⅰ、Ⅱ级围岩的喷射混凝土厚度（以两车道隧道初期支护参数为例，以后数据均以两车道隧道初期支护参数举例）分别为5cm和5~8cm，锚杆也只是在拱部锁脚处等进行局部安设，长度分别为2m和2~2.5m。当隧道的内轮廓线开挖后及时安设锚杆和喷射第一层混凝土进行初期支护，并辅助以监控量测，一般初期支护就足以维持Ⅰ、Ⅱ级围岩基本稳定。因为围岩坚硬，自稳性好，所以Ⅰ、Ⅱ级围岩在初期支护中无需设置钢架网片和格栅钢架等型钢钢架，可以节约材料从而降低工程造价。

2.2.2Ⅲ级围岩与初期支护参数的关系

Ⅲ级围岩是由坚硬岩、较坚硬岩或较软硬岩层组成，岩体结构较破碎或者岩体较完整，块状、中厚层状。因此Ⅲ级围岩的水平围岩压力很小而以垂直围岩压力为主。设计参数中宜采用直墙式衬砌结构，其拱部可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。当隧道跨度在10~20m时，Ⅲ级围岩可基本稳定数日~1个月；当隧道跨度在5~10m时，可稳定数月；跨度在5m时，可基本稳定。因此Ⅲ级围岩的喷射混凝土厚度为8~12cm，锚杆是在拱、墙位置打入系统锚杆，长度为2~3m，间距为1~1.5m，局部节理裂隙比较发育的岩面上还可以挂设@25×25的钢筋网片。Ⅲ级围岩的初支完成后，应及时进行监控量测，并在围岩变形达到稳定后及时施作二次衬砌，以维持隧道围岩的长期稳定。Ⅲ级围岩中几乎也可以不用设置钢架支撑，降低成本。

2.2.3Ⅳ级围岩与初期支护参数的关系

Ⅳ级围岩是由岩体结构较破碎或者中薄层状态的坚硬岩、较坚硬岩较软岩或者压密、成岩作用的粘性土及砂性土、黄土（Q1、Q2）、一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土组成。所以Ⅳ级围岩的设计参数比较灵活，宜采用动态设计，即是根据适时监控量测所得出的准确数据来及时调整开挖方法和初期支护参数，在施工实践中不断完善设计理论。Ⅳ级围岩的隧道施工中，因为围岩自稳能力有限，一般还需辅助超前锚杆临时支护进行配合，衬砌宜采用曲墙式衬砌来抵抗较大的水平压力。隧道的跨度在5m时，一般无自稳能力。因此Ⅳ级围岩的喷射混凝土厚度为12~15cm，锚杆是在拱、墙位置打入系统锚杆，长度为2.5~3m，间距为1~1.2m，拱、墙处挂设@25×25的钢筋网片，拱墙处设置钢架支撑，宜选用格栅钢架，从而完成Ⅳ级围岩的的初期支护。

2.2.4Ⅴ级围岩与初期支护参数的关系

Ⅴ级围岩是由岩体结构破碎、松散状的较软岩、软岩、极破碎岩或者一般第四系的半干硬性至硬塑的粘土及稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、砾土等松散结构组成，无自稳能力。因此Ⅴ级围岩的设计参数也应该适时根据监控量测的数据及时进行调整和改变。当隧道跨度小于5m时，有较短期的稳定性，所以在Ⅴ级围岩的隧道开挖过程中，及时对开挖完的隧道轮廓线进行初期支护显得尤为重要，当然，在开挖前辅助以超前锚杆临时支护也是必不可少的，且在开挖过程中宜采用三台阶临时仰拱法等保险系数较高的开挖方法从而以策万全。因此Ⅴ级围岩的喷射混凝土厚度为15~25cm，锚杆是在拱、墙位置打入系统锚杆，长度为3~4m，间距为0.8~1.2m，拱、墙处挂设@20×20的钢筋网片，拱墙及仰拱处设置钢架支撑，从而使钢架支撑封闭成环以更好地抵抗Ⅴ级围岩巨大的变形量对初支系统产生的应力，钢架支撑宜选用格栅钢架，从而形成Ⅴ级围岩的的初期支护。

2.2.5Ⅵ级围岩与初期支护参数的关系

Ⅵ级围岩是由软塑状粘土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等组成的，无自稳能力。因此Ⅵ级围岩的隧道开挖宜采用双侧壁导坑法施工。其初期支护主要包括钢支撑、钢筋挂网、系统锚杆、适当厚度的喷射混凝土等几项，钢支撑宜采用工字钢或钢格栅。

结束语

由于隧道围岩等级的不同，隧道初期支护的各项参数也有相应的变化，很明显的就是围岩越差，相应投入的材料也越多，施工方法和施工工艺也越复杂。但是不管怎样，根据监控量测数据，以动态的初支参数对应着动态的围岩等级变化，最终都是要发挥围岩的自承能力，这就是新奥法隧道施工的核心内容。

参考文献：

《公路隧道设计规范》（JTDG70-2004）

《工程地质分析原理》[M]张倬元 北京 地质出版社 1981

《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009)

《隧道工程》 覃仁辉、王成、杨其新 重庆大学出版社 2002

岩石隧道施工方法篇8

关键词：隧道工程 围岩定级 对比分析 岩溶

0 引言

在石灰岩地区修建高速公路时，岩溶问题是不容忽视的。岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。此区域的隧道建设应考虑岩溶的危害，评价其影响程度，才能决定合适的衬砌结构形式和溶洞处理措施。

1岩溶区域隧道围岩分级的思考

1.1隧道围岩分级的一般思考

围岩分级是将隧道围岩稳定性等级由好到坏分为Ⅰ~Ⅵ六级，采用定性、定量、定性与定量相结合的3种方法进行。由于规范没有对岩溶影响设置专门的条文，石灰岩地区在确定隧道围岩分级时，如何考虑岩溶作用受主观认识影响较大。

通常情况下，隧道衬砌结构设计是根据围岩级别、使用要求和施工条件来考虑的，通过工程类比和结构计算综合分析确定。不同级别的围岩对应的隧道初期支护参数和二次衬砌的支护参数是不同的，往往围岩的一个级别差异对应隧道延米工程造价的差异达万元以上，合理确定隧道围岩级别是控制隧道工程投资的关键因素。

1.2岩溶地区隧道围岩分级要考虑的因素

如何定性考虑岩溶对隧道围岩级别的影响，笔者认为先要明确岩溶的发育的阶段和岩溶目前对隧道的危害程度。

岩溶的形成必须具备四个基本条件：即可溶性岩石、可溶岩能提供水渗透和运移空间、具有溶蚀能力的水流、水流必须具有流动性。岩溶的发育演化一般可划分为如下三个阶段：

1) 形成阶段：只要满足前述洞穴发育的四个基本条件，即可开始形成洞穴。在这个洞穴形成的初期阶段，洞穴空间规模一般较小，多呈孔隙状，人们无法进入，主要表现为溶蚀现象。

2) 发展阶段：随着参与洞穴发育的水流流量流速的增加，洞穴空间逐渐扩大，发 展成为人能进入具有一定规模的通道系统，主要表现为溶洞和地下暗河。

3) 衰亡阶段：由于地壳抬升，洞穴逐渐脱离地下水位进入包气带，失去了进一步 发展的动力条件，主要表现为崩塌现象显著，钟乳石类次生化学沉积大量发育，洞穴空间逐步壅塞减小。

岩溶对隧道的危害主要分为四种类型：

1）洞穴的存在使隧道全部或部分悬空，将极大地降低隧道的使用安全可靠度；

2）岩溶水特别是当CO3-等可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧道结构带来的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；

3）洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的结构稳定；

4）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，也是造成隧道结构不稳定的原因。

1.3岩溶地区围岩分级建议

对于主要处于形成阶段的岩溶，由于其对岩石的整体稳定性影响小，基本可以不考虑影响，主体围岩是几级就可划定为几级，但是应在地质文件中指出其范围，并做适当描述。

对于发展阶段的岩溶，如果隧道与其大型地下洞室相交或地下暗河相交，就不能按常规办法确定围岩级别，只能指出溶洞(暗河)与隧道相交长度及其大小而不能分类，因为标准的衬砌结构是无法适用于千变万化的溶洞形态的，但是靠近溶洞、暗河区域，在围岩分级上应考虑其影响在适当长度范围调整围岩级别。

对于衰亡阶段的岩溶，基本原则同发展阶段的岩溶，如果隧洞在洞穴堆积物中通过距离较长，性质较单一，也可定为Ⅵ级围岩，Ⅵ级围岩的结构衬砌设计、施工方案只能是初步设计，应通过实验、小范围验证才可铺开实施。

2 岩溶地区隧道衬砌结构设计思考

2.1岩溶地区隧道一般衬砌结构特点

岩溶地区隧道一般衬砌结构宜应按岩溶处于形成阶段来考虑，施工中虽然可能遇到各式各样的小溶沟、小溶槽，但是对结构的整体稳定性不构成威胁，不需要调整隧道衬砌设计参数，只需要进行局部地段的小沟槽充填物清除、同时增加少量回填工程量及过水管道的设置。

隧道遭遇到小溶沟、小溶槽时所增加的工程数量可以在设计期间大致估算出一个基本范围，工程量出入不会很大。

2.2岩溶地区隧道一般衬砌结构要注意的问题

要考虑岩溶的发展性、地下水流的腐蚀性这两个主要因素。

虽然岩溶的发展变化十分缓慢，但究竟在发展，隧道设计如果不根据已有存在的溶蚀现象预留适当的过水管道，而是强行用衬砌阻断水源，可能使衬砌结构承受额外水压，导致结构的安全系数降低，这点要有充分认识。

同时地下水含中CO2浓度较大，具有较强的腐蚀性，隧道初期支护必须考虑防腐蚀的问题，采用防腐蚀混凝土材料，隧道防水层材料也要相应增加检测指标，保证在CO2饱和浓度下的耐久性。隧道的二次衬砌可不采用防腐蚀混凝土，但是洞内用于排除围岩渗水的中央水管、水沟也须有防腐蚀考虑。

2.3隧道特殊衬砌结构

有资料表明，当溶洞不具有坍塌条件的完整顶板，其厚度大于等于洞跨度的1/2时或当溶洞节理裂隙发育，且胶结不良，具有坍塌条件的不完整顶板，其厚度大于等于洞高度的5倍时且无明显渗、漏水的情况下可以不处理而直接通过该溶洞。换个说法就是此时洞内采用路基或桥梁方案过溶洞，而不需要施作初期支护和二次衬砌，可称为洞内无衬砌结构。

采用无衬砌结构时，发现洞内存在明显渗、漏水情况时，应考虑棚洞或明洞结构，用以保护溶洞内道路行车安全。

3岩溶地区隧道溶洞处理

3.1溶洞处置的主要原则

隧道遭遇到发展和衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞、暗河时，应逐个溶洞逐个处理，不必要寻找标准的设计，设计中的通用原则为确保隧道的衬砌结构有足够的安全保证、在可预见期内洞穴的稳定性有保证、原有水流通道不会被阻断、方案比较经济适用。

3.2溶洞处理主要方式

隧道过溶洞处置方式有内增设边墙梁及行车梁、托梁、支墩、悬壁梁承托纵梁、拱桥、加大隧道净空宽度跨度跨越岩溶或对隧道周边岩体进行封闭、注浆加固、支顶加固、加强衬砌等。

3.2.1溶洞跨越处理

当溶洞规模较大、溶洞内充填物松软，基础处理工程修建困难、耗资巨大，或者溶洞虽小但水流较大时，可根据具体条件采用相应的梁跨、板跨等形式跨越岩溶地段。

此方式一般采用钢筋混凝土梁跨越，梁体采用抗侵蚀混凝土。当隧道衬砌断面需要开挖围岩才能满足净空要求时，应先开挖围岩，再施工跨越结构，以确保安全，同时应注意不同受力结构间的断缝设置及连接措施设置。

3.2.2封闭处理

已停止发育的干溶洞，在考虑有效的过水通道后，可采用混凝土、浆砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。

3.2.3锚杆、钢管加固处理

为防止洞穴岩壁或顶板坍塌，在清除松动岩石困难的情况下，可采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体。此时隧道衬砌应考虑抗冲击措施，一般是采用明洞衬砌，衬砌顶部设置回填体，其表面设置护面结构，回填体以上空间的溶洞洞壁采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土封闭支护；若溶洞较大，可设置横向钢轨横或设人字形钢轨栅架。

3.2.4支顶处理

当隧道穿过的溶洞由碎、块石及淤泥土充填，充填物的松散密实程度不一时，隧道底部应考虑采用钢筋混凝土底板，清除底板下松散体，回填碎石，并在底板下加设钢筋混凝土桩进行支顶。

4.岩溶水处理的思考

4.1岩溶水的处理原则

对岩溶水的处理通常原则是以“排”为主，截、堵、排、防相结合的综合处理措施，笔者认为应该是以“通”为主，截、排、堵相结合的综合处理措施。“通”是指尽量保持原有过水通道，不能因为隧道的修建发生大的变化;“截”是指截断原有地下水通道，改走其他通道；“堵”是封死相交的地下水通道；“排”是特指引入隧洞，通过排水沟排走；“防”是指防止地下水进入隧道即可。

岩溶水处理的较大工程措施有泄水洞和涵洞两类，采用泄水洞排水属于“排”和“截”的范围，采用涵洞过水属于“通”和“截”的范围。

4.2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，施工中要采用超前钻孔探测，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。

4.3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。

在采用此方案时要正确考虑涵洞过水断面，一般应按丰水季节流量考虑。

5其他要考虑的问题

5.1洞穴堆积物及地表塌陷处置

洞穴堆积物的特点是松软、下沉量大、强度低、稳定性差。当隧道必须穿越洞穴堆积物地段时，可采用桩基、换填、注浆等加固岩体的处理措施。

隧道中地下水渗流排泄，导致岩溶地面塌陷，使地质环境遭到破坏，造成隧道开挖时坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通过岩溶地段时的地面塌陷形成过程和突然发生所参与的力是相当复杂的。施工中可采用化学注浆和管棚支撑开挖，同时从地表高压注浆，固结塌陷松散体，避免出现突泥现象。

5.2设计阶段工程量估算

要准确估算隧道遭遇大型溶沟、溶槽时的工程量是困难的，不同的溶洞形态、位置有不同的方案，各方案的工程量差异很大，这些只能在工程的预备费用中考虑。

如果在隧道勘察阶段已经明确可知隧道必然遭遇到的大型溶洞数量、类型及位置，可提前进行预设计，尽可能使工程量估算有个参考范围，作为调整预备费用费率的参考。

6 结语