软弱黄土围岩段隧道施工概况及技术措施.ppt

1、软弱黄土围岩段隧道施工概况及技术措施黄土隧道是指修建于黄土体内的隧道。相对于一般岩石而言，黄土强度低，遇水软化或湿陷，所以，黄土隧道施工中极易发生洞内坍塌和地表沉陷等问题。我国黄土地区自西向东主要分布在新疆、青海、甘肃，宁夏、陕西、山西、河南、河北、山东、内蒙古、辽宁，吉林等地，总面积达631000km2，占国土面积的6.6%左右。湿陷性黄土对工程建设的影响很大，主要分布在黄土层的表层，以新黄土及新近堆积的黄土为主，其厚度一般在20m以内。由于黄土隧道分布广，施工难度大，建成后出现问题多，我国从上世纪60年代起，铁路系统和公路系统先后进行了数十项专题研究，并取得了富有成效的科研成果，为我国成功

2、建设大量黄土隧道奠定了基础。1.1.工程概况工程概况 太平隧道为甘肃平（凉）至定（西）高速公路第11合同段的控制性工程，位于甘肃省会宁县境内。本隧道为分离式隧道,上行线全长862m，位于主线SK251+905SK252+767段。下行线全长885m，位于主线XK251+887XK252+772段。2.2.地质情况地质情况 隧址区揭露的地质从上到下依次为:一般新黄土、饱和黄土和泥岩，一般新黄土土质均匀，稳定性好，分布在隧道进口端，饱和黄土软塑，不均匀，稳定性差，主要分布在隧道出口端，泥岩分布在隧道洞身。3.黄土围岩衬砌设计情况 隧道暗埋进洞时设一环长20米89大管棚超前注浆支护。在洞内围岩较差地

3、段，拱顶设8米长89大管棚超前注浆支护，搭接长度为2.75米，斜插角为5度，环向间距为40cm。在围岩较好地段，每榀拱顶设42小导管超前注浆支护，斜插角为15度，环向间距为35cm。一次衬砌内设20a型工字钢支撑，间距75cm，采用50cm厚C25混凝土模筑。二次衬砌为35cm厚钢筋混凝土，仰拱采用85cm厚钢筋混凝土。4.4.软弱围岩段施工概况软弱围岩段施工概况及技术措施及技术措施4.1 4.1 总体施工概况总体施工概况太平隧道于太平隧道于20192019年年4 4月开月开始施工，上行线从进口端始施工，上行线从进口端单口掘进，上行线围岩较单口掘进，上行线围岩较好，于好，于20192019年年

4、1010月顺利贯月顺利贯通，施工方法为上下导坑通，施工方法为上下导坑留核心土法，较常规的方留核心土法，较常规的方法。法。下面主要介绍下行线在施工中遇到的问题及解决的办法，下行线从出口端单口掘进，在施工到XK252+680断面时，此时距贯通还剩40米，围岩出现大的变化，出水量明显增大，主要在左侧拱腰部位，经量测每昼夜达30多方。掌子面从拱顶往下2米-4米范围为饱和黄土，呈软弱状。根据实际地质情况来看，该段围岩基本都处于饱和软弱黄土层。在施工过程中掌子面左侧发生塌陷，向核心土方向挤压有1米多，采用在塌陷处打设导管并挂网喷射混凝土进行封闭.并对整个掌子面进行了喷射混凝土封闭，掌子面暂时停止了施工，继

5、续施工下导坑及仰拱，4.2 4.2 地表沉陷及处置地表沉陷及处置 2019年11月28日在XK252+648XK252+687段洞顶，发现地表出现沉陷裂缝，裂缝呈椭圆形，纵轴线长39m，横轴线长34.5m，沉陷区域偏向隧道的左侧，沉陷区的裂缝左侧距隧道中线19.5m，右侧距隧道中线15m。裂缝宽度310cm，同时可看见地表有明显的下沉，下沉约220cm。在沉陷区的外围同时出现一道12cm的环向裂缝，裂缝的最前端延伸到XK252+692.7。整个沉陷区域呈漏斗状，中间低，四周高，沉陷区域拱顶埋深25米。此时掌子面初期支护桩号为XK252+680，仰拱施工桩号为XK252+665，二次衬砌施工完成

6、桩号为XK252+650。n n 地表沉陷后通过对洞内初期支护的观察及对地表的观测，发现洞内初期支护无变化和破坏，同时对初期支护的安全稳定性进行了验算，结果是初期支护完全能够满足拱顶土体的核载要求。n n 地表沉陷区域通过几天的观测也没有继续下沉的迹象，随趋于稳定状态。为确保洞内结构的稳定性，对一衬加强了临时支护，并为了安全停止了洞内的一切施工。n n 针对沉陷情况我们分析其原因，主要是隧道洞身开挖后，将山体原有的水脉切断，使得大量的地下水涌向洞身部位排出后，山体的固有平衡被破坏。随着地下水继续渗流排出，地应力会持续减小，地下水在黄土的空隙、裂隙中 流动时形成空洞，随着地下水潜蚀作用不断的进行

7、，土中空洞会由少变多，由小变大，引起饱和黄土地层的竖向压缩变形，直接导致了上部一般新黄土的原状大孔隙垂直节理结构被破坏，最终导致地表沉降变形。设计院有关专家和代表通过对现场的详细勘查和了解，决定对沉陷区域采用地表注浆的处置办法，主要目的是在沉陷区域洞身左侧地下形成一道止水帷幕墙，阻断地下水的来路，同时对左侧软弱围岩进行加固，确保隧道下一步施工的安全。注浆方案为：在XK252+640XK252+694段洞身左侧，距洞身1.5米外设三排注浆孔，梅花形布置，间距为1米，孔深16-33米，中间孔注水泥黄土浆，两边注水泥水玻璃浆。地表注浆平面示意图n n注浆效果:在注浆的过程中，有部分浆液从一衬缝隙和掌

8、子面围岩裂隙流出，通过观察掌子面处的出水量明显减少，能减少原来的四分之三。通过开挖掌子面发现，原来左侧塌陷处的松散体已被固结，同时在掌子面原来有裂隙的地方可以看到水泥浆固结体，说明地表注浆起到了一定的作用。围岩内浆液固结体n n4.3 4.3 4.3 4.3 进口端施工情况进口端施工情况进口端施工情况进口端施工情况n n 由于下行线出口端已由于下行线出口端已经停止施工，经与业主经停止施工，经与业主及监理研究从进口端进及监理研究从进口端进行掘进，在进口端明洞行掘进，在进口端明洞及明洞回填完成后于及明洞回填完成后于20192019年年6 6月底开始开挖，月底开始开挖，由于进口端围岩特别差，由于进口

9、端围岩特别差，洞身整个断面基本上都洞身整个断面基本上都处于饱和黄土中，且渗处于饱和黄土中，且渗水量也大，围岩软弱，水量也大，围岩软弱，极易坍塌，为了控制下极易坍塌，为了控制下沉量和保证施工的安全沉量和保证施工的安全性，决定采用双侧壁法性，决定采用双侧壁法进行施工。进行施工。双侧壁法施工n n 双侧壁法的优点是先墙后拱，开挖断面小，能有效地控制拱顶的下沉量，施工比较安全。缺点是工作面小，大型机械无法操作，只能人工进行，施工进度缓慢。n n 侧壁高度按3米控制，每榀进尺50cm，由于围岩极易坍塌掉块，每榀拱架安装好后，及时采用15cm厚挂网喷射混凝土进行封闭，然后再进行50cm厚的模筑混凝土施工。

10、n n 在刚开始掘进的4米范围内，围岩渗水量比较小，还比较顺利。n n l l但在继续往里掘进时，围岩的渗水量逐渐增大，由原来的慢渗变成了流淌，挖出来的土质很快就会变成流塑状，同时掌子面处坍塌严重，每次开挖完后要及时对掌子面进行挂网喷射混凝土封闭，但有时喷射混凝土也起不到作用，只能采取用砂袋码砌的办法才能挡住。挖出的土很快变成流塑状洞内集水池l l 在掘进到在掘进到7 7米多的时候，发米多的时候，发现侧壁临时支护（刚拱架喷现侧壁临时支护（刚拱架喷射混凝土）出现开裂现象，射混凝土）出现开裂现象，同时地表下沉严重，当时开同时地表下沉严重，当时开挖面正好处于仰坡的第一个挖面正好处于仰坡的第一个台阶处

11、，观察发现整个核心台阶处，观察发现整个核心土有向洞外方向滑动的迹象，土有向洞外方向滑动的迹象，发现这种情况后，立即停止发现这种情况后，立即停止了掌子面的施工，一方面对了掌子面的施工，一方面对侧壁临时支护进行了加强，侧壁临时支护进行了加强，另一方面从洞外拉土进来堆另一方面从洞外拉土进来堆到核心土前面，对核心土起到核心土前面，对核心土起到阻挡作用。到阻挡作用。地表仰坡裂缝l l 鉴于以上情况，如果继续往前施工的话，存在着很大的安全隐患，经与业主及设计方研究暂停该端掌子面的施工，再从另一端即下行线出口端进行掘进。l4.4 4.4 出口端施工情况出口端施工情况l l 在经过一系列准备工作后，于2019

12、年9月底又开始从出口端进行掘进，当时掌子面桩号为XK252+680，由于该端进行了地表注浆处理，围岩情况比以前有所改善，因此开挖采用上下台阶留核心土法，每榀开挖进尺60cm，从揭露的围岩情况来看，上台阶拱顶下1米为饱和黄土，其余为强分化泥岩，含水量大。l l下台阶为完整的泥岩，围岩中原来的裂隙已被水泥浆填充，围岩稳定性较好，掘进比较顺利，为控制拱顶下沉量，在上台阶施做了临时仰拱，临时仰拱采用20a工字刚做支撑，浇筑50cm厚的C20混凝土。l l但当掘进到但当掘进到XK252+693XK252+693时，在时，在XK252+680-+685XK252+680-+685段一衬左侧向洞内发生挤压变

13、形，变形范围为左段一衬左侧向洞内发生挤压变形，变形范围为左侧拱顶到拱脚，右侧完好，最大变形量有侧拱顶到拱脚，右侧完好，最大变形量有12cm12cm。l l发现该问题后，立即停止了掌子面的施工，并对发现该问题后，立即停止了掌子面的施工，并对掌子面进行了封闭。掌子面进行了封闭。变形处变形处n n4.5 4.5 出口端变形段处出口端变形段处理措施理措施n n4.5.14.5.14.5.14.5.1、紧急处置措施：、紧急处置措施：、紧急处置措施：、紧急处置措施：n n（1）、架设临时支撑，采用200mm和150mm的钢管呈扇形状，对XK252+680-+690段一衬全部进行临时支撑加固。临时加固支撑n

14、 n（2 2）、临时支撑架好后，在左侧拱脚处垂直向下）、临时支撑架好后，在左侧拱脚处垂直向下打设打设4 4米长米长89mm89mm的钢管，利用下部泥岩相对较的钢管，利用下部泥岩相对较高的强度，对拱脚起支撑作用，间距按高的强度，对拱脚起支撑作用，间距按50cm50cm控制控制n n4.5.24.5.2、变形段的加固措施、变形段的加固措施n n（1）、从XK252+677处向掌子面方向往拱背打设一环长15米89mm的管棚，施作范围为左侧拱脚到拱顶，间距按40cm控制，使其穿过塌陷区域。对大管棚进行注浆，利用前端已经浇注的初支和后端稳定的土体作支撑，使管棚作起到支撑梁的作用，以便对变形区域的进一步下

15、滑趋势起到阻止作用。（如下示意图所示）。变形区大管棚加固示意图（2 2）、大管棚施作完成后，在）、大管棚施作完成后，在XK252+680+685XK252+680+685段内再施作两环注浆小导管，段内再施作两环注浆小导管，每环长度每环长度6 6米，间距米，间距40cm40cm，角度按，角度按4040控制。目控制。目的是进一步加固沉陷变形区域松散的围岩体。的是进一步加固沉陷变形区域松散的围岩体。n n（3 3）、在左侧拱腰处每榀拱架打设两根）、在左侧拱腰处每榀拱架打设两根89mm89mm长长8 8米的锁脚钢管并进行注浆，对拱部起进一步的米的锁脚钢管并进行注浆，对拱部起进一步的支撑作用。支撑作用。

16、n n 在完成以上加固工作后，要将二衬跟进，二衬施在完成以上加固工作后，要将二衬跟进，二衬施工从工从XK252+650XK252+650开始到开始到XK252+678XK252+678处，每节按处，每节按8 8米控制，继续往前在进入变形区域后，下台阶及米控制，继续往前在进入变形区域后，下台阶及仰拱每施工完仰拱每施工完3 3米，二衬就跟进米，二衬就跟进3 3米，米，(二衬台车原二衬台车原来为来为8 8米长，现拆成米长，现拆成4 4米），同时拆除米），同时拆除3 3米范围的米范围的临时支护。临时支护。n n 如此施工直到二衬施工至如此施工直到二衬施工至XK252+687XK252+687处，此时处

17、，此时二衬距掌子面的距离为二衬距掌子面的距离为6 6米，通过按照以上方案的米，通过按照以上方案的施工，安全穿过了沉陷变形区。施工，安全穿过了沉陷变形区。n n 4.6 4.6 下一步的掘进下一步的掘进及贯通方案及贯通方案n n4.6.14.6.1施工方法施工方法n n 此时距贯通还有此时距贯通还有2424米，掌子面的围岩情米，掌子面的围岩情况为：从拱顶往下况为：从拱顶往下4 4米米范围为饱和软弱黄土，范围为饱和软弱黄土，渗水量比以前增加，渗水量比以前增加，4 4米以下虽然是泥岩，米以下虽然是泥岩，但含水量较大，稳定但含水量较大，稳定性差。性差。n n为确保施工的安全性，掌子面开挖采用四台阶法为

18、确保施工的安全性，掌子面开挖采用四台阶法进行，第一台阶高进行，第一台阶高3 3米，第二、三台阶高均为米，第二、三台阶高均为1.51.5米，第四台阶高米，第四台阶高2.92.9米。米。开挖顺序图n n每榀进尺按每榀进尺按60cm60cm控制，上台阶每掘进控制，上台阶每掘进3 3米多后即米多后即停止，然后架设临时支撑，进行中台阶及下台阶停止，然后架设临时支撑，进行中台阶及下台阶的施工，全部采用人工开挖，同时跟进的施工，全部采用人工开挖，同时跟进3 3米二衬，米二衬，使二衬和掌子面间的距离始终保持在使二衬和掌子面间的距离始终保持在4-54-5米左右。米左右。准备安装拱架上台阶开挖中台阶施工下台阶施工

19、n n4.6.2 4.6.2 拱顶下沉量的控制拱顶下沉量的控制n n 由于围岩软弱，控制下沉由于围岩软弱，控制下沉量就成了多台阶开挖的关键，量就成了多台阶开挖的关键，上台阶每施工完一榀，就架上台阶每施工完一榀，就架设一环竖向和斜向的临时支设一环竖向和斜向的临时支撑，每个台阶的拱脚处两侧撑，每个台阶的拱脚处两侧都打设四根都打设四根4 4米长的米长的42mm42mm锁脚钢管，上台阶锁脚钢管，上台阶在遇到拱脚特别软的地方，在遇到拱脚特别软的地方，就在拱脚处斜向下梅花形布就在拱脚处斜向下梅花形布置打设置打设7 7根根4 4米长的米长的42mm42mm钢管，将钢拱架底端置于钢钢管，将钢拱架底端置于钢管上

20、，经采取以上办法后，管上，经采取以上办法后，通过测量发现拱顶下沉量很通过测量发现拱顶下沉量很小。小。n n当施工到当施工到XK252+700XK252+700时，距贯通还有时，距贯通还有1212米米（对面桩号为（对面桩号为XK252+712XK252+712），此时），此时施做最后一环大管棚，施做最后一环大管棚，管棚长管棚长1818米，间距米，间距30cm30cm，使其搭接到对，使其搭接到对面一衬上面一衬上5 5米多，为了米多，为了有效控制管棚的角度和有效控制管棚的角度和方向，管棚施工前在拱方向，管棚施工前在拱部施做一套拱，安装上部施做一套拱，安装上导向管，能够很好地控导向管，能够很好地控制钻

21、头的钻进方向。制钻头的钻进方向。套拱管棚施工n n该环管棚左侧从拱顶打设到下台阶，右侧打设到中台阶。左侧下台阶管棚施工右侧施工完的管棚n n 大管棚施工完成后，按上述同样的方法进行掘进，大管棚施工完成后，按上述同样的方法进行掘进，直至贯通。直至贯通。n n5 5、总结、总结n n 通过对本隧道的施工，得出对于软弱黄土围岩通过对本隧道的施工，得出对于软弱黄土围岩隧道在施工中一定要注意以下几点：隧道在施工中一定要注意以下几点：n n (1)(1)、要根据围岩的实际情况，选择合理的开挖、要根据围岩的实际情况，选择合理的开挖方法。方法。n n（2 2）、对于饱和黄土隧道的施工，在采用多台阶）、对于饱和

22、黄土隧道的施工，在采用多台阶法施工时，一定要做好临时法施工时，一定要做好临时n n支护工作，可以较好地控制拱顶下沉量，且能保支护工作，可以较好地控制拱顶下沉量，且能保证施工安全。证施工安全。n n（3 3）、各工序间的衔接一定要紧凑，尽量减小开）、各工序间的衔接一定要紧凑，尽量减小开挖暴露面，一衬必须要及时成环，同时二衬要跟挖暴露面，一衬必须要及时成环，同时二衬要跟紧，使一衬和二衬间的距离控制在最短。紧，使一衬和二衬间的距离控制在最短。n n（4 4）、做好监控量测工作，出现安全隐患后，要）、做好监控量测工作，出现安全隐患后，要及时采取措施进行排除，在确保安全的情况下才及时采取措施进行排除，在

23、确保安全的情况下才能继续施工，切勿抱有侥幸心理。能继续施工，切勿抱有侥幸心理。n n（5 5）、要做好洞内的临时排水，不要让水浸泡拱）、要做好洞内的临时排水，不要让水浸泡拱脚处。脚处。黄土是第四系堆积的陆相沉积物，是半干旱气候条件下形成的并有针状孔隙、垂直节理的特殊土。按形成时代和结合工程建设的特点，常将黄土分为老黄土和新黄土；非湿陷性黄土和湿陷性黄土等。黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构受到破坏而发生显著下沉现象的，称其为湿陷性黄土。开始出现湿陷时的压力，称为湿陷起始压力，湿陷起始压力一般有随深度而渐增的趋势。黄土受水浸湿后在自重压力下发生湿陷的，称自重湿陷性黄土；在自重压力下浸湿不发生湿陷，但在附加压力下发生湿陷的，称非自重湿陷性黄土。含水量对黄土的力学性质有重要影响，进而影响隧道的稳定性。黄土含水量可以分为三个等级，针对不同黄土含水量采用不同的支护、加固措施。谢谢