隧道课题研究应用报告Word格式文档下载.docx

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隧道全长408m，进出口里程为DK626+672～DK627+080，全隧均在右偏曲线上，双线线间距4.6m，隧道纵坡为单面上坡，坡度2.3‰。

设计行车速度250km/h，重型轨道有砟道床。

进出口均采取接长明洞，洞门采取斜切式洞门。

采取出口独头掘进，弃碴用作路基填料。

隧道穿越一座孤峰山体，进出口基岩破碎，坡面危岩落石分布；

洞身基岩为灰岩，节剪发育，水质无侵蚀，埋深较浅。

进出均采取接长明洞（进口明洞长25m，出口明洞长60m）和洞顶设置0.4×

0.6mM10浆砌片石截水天沟，边仰坡采取锚喷和骨架护坡进行防护，在天沟外侧5米处采取防护网进行山体危岩落石防护。

隧区隶属低山溶蚀峰丛地貌，地形起伏大，高程125～210m，相对高差20～85m，山体坡面植被发育，关键为松树，自然坡度10o～45o,局部为陡壁。

基岩零星出露。

隧道进口段傍山而行，存在一定地形偏压。

隧区内地表水不发育，地下水类型关键为孔隙水，基岩岩溶裂隙水，测区地下水位低，大部分钻孔无水位。

雨季下暴雨时可能发育管道水，隧道施工可能存在短时涌水涌泥现象。

1.3关键研究内容及研究目标

1.3.1关键研究内容

（1）岩溶地域隧道特点

（2）洞身开挖方法

（3）隧道超前地质预报

（4）岩溶处治技术

（5）监控量测实施

1.3.2研究目标

经过研究，处理和掌握岩溶地域隧道施工关键技术和关键工艺问题，尤其是研究岩溶综合探测预报技术应用，以提升预报精度。

针对岩溶类型、规模制订系统可靠处治方法，确保隧道施工。

掌握和积累在该条件下隧道施工经验。

锻炼一批技术人才，并将指导以后类似工程施工。

同时填补企业在此方面空白。

2岩溶地域特点及岩溶隧道施工中常见病害

2.1岩溶定义

岩溶（karst）译喀斯特。

源于前南斯拉夫一个地名。

岩溶指可溶性岩石，尤其是碳酸盐类岩石（如石灰岩、石膏等），受含有二氧化碳流水溶蚀，有时并加以沉积作用而形成地貌。

往往呈奇特形状，有洞穴、石芽、石沟、石林、溶洞、地下河也有峭壁。

此种地貌地域，往往奇峰林立。

通常指岩石裸露、草木不生、含有洞穴、落水洞、地下河而缺乏地表河流和湖泊地域。

是地下水对可溶性块状石灰岩溶蚀结果。

2.2岩溶形成条件

促进喀斯特发育条件是︰

1.含有可溶性岩层；

2.含有溶解能力和足够流量水；

3.地表水有下渗，地下水有流动路径。

三者缺一不可！

2.3形成过程

地表水在运动过程中对所经过沉积物或岩石有着关键侵蚀作用，既包含水动力作用下碎屑物搬运，又包含水对岩石或沉积物化学溶蚀作用，还包含碎屑物在搬运过程中磨蚀作用。

喀斯特地貌就是地下水对碳酸盐岩侵蚀作用结果。

在水流作用下，形成陡峭海岸、弯曲沟壑、高高冰蚀悬谷、气势磅礴大峡谷。

“滴水穿石”也是水化学侵蚀作用写照。

溶洞形成是石灰岩地域地下水长久溶蚀结果。

石灰岩关键成份是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大。

这种现象在南斯拉夫亚德利亚海岸喀斯特高原上最为经典，所以常把石灰岩地域这种地形笼统地称之喀斯特地形。

2.4形态（表现形式）

1）地表水沿灰岩内节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。

2）地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超出100m深后形成落水洞。

3）从落水洞下落地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。

4）随地下洞穴形成地表发生塌陷，塌陷深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。

5）地下水溶蚀和塌陷作用长久相结合地作用，形成坡立谷和天生桥。

6）地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水溶蚀作用在旧日溶洞和地下河之下继续进行。

云南路南石林是上述第一阶段（溶沟阶段）产物，这里自然风光因阿诗玛姑娘感人传说而变得格外旖旎。

桂林象鼻山，则是原地下河道出露地表形成。

在广西境内，常常可看到这种抬升到地表以上溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。

因为岩溶发育控制原因错综复杂，发育形态千姿百态，和岩溶发育不均衡性和不规则性，给岩溶隧道施工带来一系列困难：

富水高水压地段隧道衬砌设计极难把握，施工中突水、突泥对施工安全和进度造成很大威胁。

专长隧道岩溶问题是中国外隧道施工中重大难题。

多年来，中国在铁路、公路、水工隧道施工中均碰到了岩溶突水、突泥、顶板溶洞充填物陷落冒顶、底板塌陷等问题。

国外在欧洲阿尔卑斯山隧道及其它部分越岭隧道也发生过类似问题。

中国在西南修建贵昆、成昆、襄渝铁路等均碰到大量岩溶问题。

贵昆铁路梅花山隧道施工中碰到地下河及大型溶洞，最终只有在隧洞中修隔水墙，阻截暗河。

襄渝铁路大巴山隧道在经过寒武统石龙洞灰岩含水层时，忽然揭露一溶洞引发突泥、突水事故，最大涌水量15万方/天，中止施工3个月。

京广铁路大瑶山隧道岩溶突水形成泥石流，给营运造成长久危害。

京珠高速公路石门坳隧道右线在施工过程中，因对前方地质资料掌握不足，开挖碰到溶洞灾难，引发大涌水造成停工等一系列损失。

广安-重庆高速公路华鉴山隧道施工中多处发生岩溶突水突泥，引发两条地下河灌入。

渝怀铁路圆梁山隧道发生特大岩溶涌水，对施工造成极大影响。

经过以上实际施工隧道情况，岩溶隧道施工关键问题归纳以下：

1、隧道施工中突泥、突水问题；

2、隧道施工中顶板溶洞充填物陷落冒顶；

3、隧道施工中底板塌陷。

以上三种情况均在XX隧道中出现，其中底板塌陷采取了高压旋喷桩加固，避免了仰拱底沉陷。

岩溶隧道施工中处治标准总结归纳以下：

绕、截、排、堵（填）越和分部开挖，强支护相结合标准，同时配以超前地质预报和围岩监控量测。

2.6.1绕施工绕行

施工中碰到特大和一时难以处理溶洞，为使工程不陷入停顿，能够经过设计院组变更绕行经过。

XX隧道为一座孤山不存在特大溶洞，此方法没有用到。

2.6.2截：

拦截地表水

当地表自然沟床，汇水洼地发觉有溶穴、漏斗等情况为隧道地下水补给起源，且补水量随季节改变，则采取拦截方法。

施工中在洞口处设置了环形天沟。

2.6.3排：

引排地下水

当隧道掘进碰到溶洞有流水时，宜排不宜堵。

首先调查水源、涌水量、流向等，引排为主，截引相结合，将地下水排出洞外。

XX隧道地下水量不大。

2.6.4堵（填）

对于隧道施工中出现溶洞体积不大，且无大量渗水，采取此方法。

可注浆、压注混凝土、吹沙填充等方法。

此方法为XX隧道关键处理溶洞方法。

2.6.5越

当溶洞较大时，可采取梁拱跨越。

2.6.6分部开挖，强支护

施工中基础上采取三台阶七步开挖法，做到了分部开挖和强支护。

2.6.7地质预报

项目部请湖南中大设计院为我XX隧道做地质预报检测工作，有效预报前方掌子面地质情况。

而且是多个预报方法相结合，关键有：

地质调查法、地震波、地质雷达、超前探孔。

2.6.8围岩监控量测

监控量测是隧道安全眼睛，项目部成立了专门监控量测小组，实际现场人员有3人，配齐相关测量设备如全站仪、收敛仪、地质罗盘等。

监控量测结果有效指导了施工，同时也有效提供了岩溶地质条件下，处理溶洞等帮助很大。

3Ⅴ级围岩开挖方案制订

铁路软弱围岩大断面隧道采取何种施工法是施工中必需优先考虑原因之一,Ⅴ级围岩开挖中最常见两种工法就是三台阶七步开挖工法和CRD开挖工法,其中三台阶七步法在很多大断面隧道中得到了成功应用,很好地处理了弱软围岩隧道施工中很多技术难题,如郑西客运专线、离石隧道、明月山隧道、包家山隧道、金寨隧道等。

CRD法在厦门翔安海底隧道等工程得到成功应用。

两种方法因工序不一样而各有优缺，怎样依据隧道工程特点及工程地质找出最好开挖方法，以求达成提升施工工效，这是隧道技术人员不停研究课题。

课题小组在施工前结合其它隧道工程对三台阶七步开挖法和CRD开挖方法进行了系统研究，总结出两种开挖方法优行缺点。

3.1三台阶七步开挖工法优缺点

所谓三台阶七步开挖工法就是将隧道断面分为上中下3个台阶,各台阶间保持一定距离进行开挖和支护,关键是经过减小开挖断面方法达成控制变形和确保围岩稳定一个开挖方法。

3.1.1施工工序

1）利用上循环架立钢架施作超前支护;

2）弱爆破分部开挖1部,同时每循环进尺一次,掌子面喷5cm厚混凝土封闭;

3）分部施作1部周围早期支护;

4）滞后于1部一段距离,弱爆破左右交错开挖2、3部,喷5cm厚混凝土封闭掌子面,施作早期支护;

5）滞后于3部一段距离,弱爆破左右交错开挖4、5部,施作早期支护;

6）分台阶开挖6部;

7）开挖7部,立即封闭早期支护,施作该段内作Ⅷ部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充应分次施作）;

8）依据监控量测资料分析,待早期支护收敛后,利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅸ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.1.2优点

1）充足利用关键土支撑作用,掌子面稳定,易于控制大坍塌;

2）分台阶作业,工序简练,开挖、支护、拱架加工等不一样工班间易于配合和形成流水作业。

3.1.3不足之处

1）每一台阶净空不足,尤其上台阶,狭窄空间对人工和机械操作干扰很大;

2）对每一台阶开挖,全部会造成较大沉降变形,不利用变形控制;

3）受每一台阶所必需长度所限,仰拱距开挖面较远（通常全部在25m以上）,不能立即封闭成环。

3.2CRD工法优缺

所谓CRD工法就是将隧道断面分部上下左右4个部位进行开挖,并经过临时支护和临时仰拱对每一分部立即闭合成环,以此提升开挖面自稳能力，确保开挖过程稳定和安全。

3.2.1施工工序

1）利用上一循环架立钢架施作隧道超前支护;

2）开挖1部土体;

3）立即施作早期支护及临时支护,打设钢架锁脚锚杆,安设横撑;

4）1部施工至合适距离后,开挖2部,接长钢架,施作早期支护及临时支护;

5）滞后合适距离如上步骤,开挖3、4部土体,施作早期支护及临时支护,使之封闭成环;

6）4部施工至合适距离后,开挖5部,接长钢架,施作早期支护及临时支护;

7）滞后合适距离,开挖6部土体,施作早期支护,使之封闭成环;

8）分段拆除临底部侧壁临时支护,拆除长度依据监控量测结果分析后确定,一次拆除长度小于10m,施作7部仰拱二次衬砌及隧底填充;

9）分段拆除剩下临时支护;

10）利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅷ部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.2.2　优点

1）利用临时仰拱支撑,立即封闭成环,能有效控制围岩变形;

2）每一分部断面较小,利于隧道结构稳定,同时因其高度较大,又利于机械和人工作业。

3.2.3不足之处

1）临时支撑多,工序繁杂,上道工序对下道工序制约较多,不一样分部间干扰较大,不利于现场施作和实施;

2）临时支撑花费材料多,其拆除既费时又不利于隧道稳定。

3.3开挖方法确实定

XX隧道Ⅴ级围岩段从DKDK626+697～DK626+840段，长143米，Ⅴ级围岩开挖断面146m2，设计采有CRD法开挖。

经课题小组对XX隧道Ⅴ级围岩段工程物点、工程地质及水文地质考证及和以往类似工程对比，本隧道Ⅴ级围岩段关键风险事件为局部溶洞涌水突泥和洞内塌方。

采取三台阶七步开挖法充足利用关键土支撑作用,掌子面稳定,易于控制大坍塌，工序简练,开挖、支护、拱架加工等不一样工班间易于配合和形成流水作业。

施工中把加强地质预报工作、控制仰拱到掌子面距离及边墙开挖间距做为施工中控制关键。

4超前地质预报方案制订

4.1超前地质预报作用

因为岩溶隧道地质条件极其复杂，并受工期及现在勘察手段所限，原勘察单位为查清岩溶发育规律做了大量而细致工作，但和隧道施工关系最亲密管道岩溶发育深度、具体位置、大小、充填情况等却难于查清，为了预防、降低灾难性地质带来损失，隧道施工期间进行施工地质超前估计预报是十分必需。

隧道工程施工期间进行超前地质探测预报由来已久，国外如英、美、法、日、德等国均已将此列入隧道工程建设关键内容。

在设计各勘察阶段，基础采取钻探和大量地球物理勘探相结合方法，隧道施工期间，关键采取水平探孔法。

在中国，隧道工程超前探测预报研究始于20世纪50年代中期，在岩溶发育灰岩地层中修建隧道工程，施工中应采取综合超前探测预报方法，坚持隧道洞内探测和洞外地质勘测相结合、地质方法和物探方法相结合、多个物探方法相结合、辅助导坑和主洞探测相结合，开展多层次、多手段综合超前地质预报。

对多种预报手段探测到信息进行综合对比分析，尽可能正确地及早判定隧道工程将经过溶洞、暗河等不良地质，指导和修正工程设计，修正和确定施工方案和方法。

4.2超前地质预报标准

为确保隧道施工安全、优化设计、实现信息化施工，项目部成立超前地质预报领导小组，项目部总工任组长，对全隧实施超前地质估计预报，并将其纳入正常施工工序进行管理。

经过超前地质预报，估计可能引发隧道地质灾难不良地质体位置、规模和性质，并依据地质预报结果，提出对应技术方法和可行性提议，降低地质灾难发生机率，确保隧道工程施工人员和设备安全，进而降低工程成本。

4.3制订预报方案

经过课题小组依据设计文件、招标文件要求，并结合对XX隧道工程特点、工程地质及水文条件研究，决定本隧道采取地质调查法为主，并结合钻孔及综合物探手段进行综合超前地质预报。

结合本隧道工程特点和工程地质，水文地质条件，超前地质预报工作关键预报以下内容：

1）不一样岩性接触带位置，接触带岩体破碎程度，地下水赋存情况；

2）岩体破碎程度，地下水赋存情况；

3）隧道受岩溶地下水影响程度及岩溶形态类型，位置，大小等；

4）隧道内围岩等级改变趋势。

施工前首优异行长距离预报对掌子面前方100米范围内不良地质性质、位置、宽度和影响隧道施工长度进行宏观预报，跟据长距离预报结果并结合地质调查法揭示地质条件及部分炮眼加深2-3米探测情况，为开挖指明工作面前方概略地质轮廓，揭示前方不良地质和围岩等级改变。

对围岩异常处，增设φ75超前探孔、地质雷达、红外探测等短距离预报方法，更正确地预报工作面前方15-30米范围内可能出现地层、岩性情况，预报掌子面及其周围围岩中实见多种不良地质体向掌子面前方延伸情况，较正确预报工作面前方15-30米范围内可能地下水涌出情况。

施工中将超前地质预报工作纳入正常施工工序进行管理，经过超前地质预报工作，核实和估计掌子面前方地质条件，立即调整工程方法，确保施工及结构安全。

以下是本隧道超前地质预报关键技术手段及其特点以供综合采取时参考。

4.4采取预报方法特点

1、地质素描法

利用地质理论和作图法，将隧道所揭露石灰岩地层岩性、地质结构、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、溶洞发育情况等正确统计下来并结合己有勘测资料，进行隧道开挖面前方地质条件预报。

该方法不占用施工时间、设备简单、不干扰施工、出结果快、预报效果好、费用低、而且为整个隧道提供了完整地质资料,但对操作人员地质知识水平要求较高,通常正确性难以确保。

2、超前水平钻孔

用钻探设备向掌子面前方钻探，直接揭示隧道掌子面前方几十米地层岩性、岩体结构、结构、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度等资料，比较直观，还可经过岩芯试验取得岩石强度等定量指标，适适用于已经基础认定关键不良地质区段。

但在复杂地质条件下预报效果较差，极难估计到正洞掌子面前方小断层和贯穿性大节理，和隧道轴线平行结构面和钻孔和钻孔之间地质情况也反应不出来。

优点是能够直观、正确地预报地质情况,也能够起到其它辅助施工作用;

缺点是费用比较昂贵,占用隧道施工时间长。

3、加深炮孔

加深炮孔是在掌子面钻眼时候，为了确定下一循环围岩情况而打探测炮眼，深度为目前循环进尺2-3倍长度，和超前地质钻孔相比,它含有设备简单、操作方便、费用低等优点，能够探测出溶洞、泥槽等，也能够提前探测地下涌水，流沙等。

对岩溶地域隧道施工安全很关键。

4、红外探水

红外线探水法是利用地下水活动会引发岩体红外辐射场强改变,红外探水仪经过接收岩体红外辐射场强,依据围岩红外辐射场强改变幅值来确定隧道掌子面前方或洞壁四面是否有隐伏含水体。

优点是仪器小巧轻便,操作简单,可实现全空间全方位探测,能估计隧道外围空间及掘进面前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水结构,资料分析简练、快速、直观。

缺点是只能探测出探测点前方30m范围内有没有水,至于水量大小、水体宽度及具体位置等则难以说清,也就是说现在红外探测只限于定性阶段。

5、地震波反射法

地震波反射法适适用于极软岩至极硬岩任何地质情况。

能预报掌子面前方100～350m范围内地质情况,围岩越硬越完整预报长度就越大。

对隧道施工干扰小。

它可在隧道施工间隙进行,即使专门安排此项工作,也只需30min左右。

提交资料立即：

在现场采集数据第2天即可提交正式结果汇报。

预报正确性:

其预报地质体距离掌子面位置是依据24个爆破孔和接收器之间弹性波速度平均值和地质体反射波抵达接收器时间来确定,因为弹性波速度差异而造成地质体预报位置和实际情况有所差异。

预报精度:

它所能反应出地质体宽度是依据采样间隔和岩体弹性波速度来确定,如采样间隔取80μs,弹性波速度为5000m/s,则能预报出地质体宽度为0.4m。

预报断层、弱硬岩接触面等面状结构反射信号较为显著,而预报溶洞等点状地质体则不尽如人意,因其预报原理和计算模型是以平面为计算依据,对宽度小于0.4m小型溶洞反应不显著。

6、地质雷达

地质雷达利用高频电磁在不一样电性界面上反射特征进行探测预报。

隧道内通常金属构件比较多，地质预报要求仪器应有一定预报长度，所以用于超前地质预报地质雷达天线应使用低频屏蔽开线。

在地表探测5～30m范围内地下地层或地质异常体（溶洞、断裂、空隙等）反射信号比较显著;

灰岩地域隧道铺底前采取中～低频率天线可作为探明隧底隐伏岩溶洞穴手段。

采取高频率天线进行隧道混凝土衬砌质量无损检测比较理想。

仪器密封性差,易造成仪器损坏,操作起来费时费力,探测距离短,效果不好。

隧道内环境条件和地质雷达理论基础———半无限空间不吻合,加之洞内钢拱架、钢筋网、锚杆、钢轨等金属构件影响,探测结果通常不太理想。

5岩溶处治技术

5.1出口段DK627+020～DK627+080岩溶段施工

隧道掘进口明洞部位开挖后，地质呈石林状图：

石峰之间夹着塑状粉质粘土，造成地基软硬不均。

为预防基底沉陷及地基不均匀下沉，需对粘土部分进行加固处理。

5.1.1超前地质预报结果

隧道出口段地表基岩零星出露，地表灰岩溶槽、溶隙发育呈峰丛、峰林状，经钻探隧道DK627+015-DK627+055段为一竖井状溶洞塌陷，内填充物均为硬塑状粉质粘土，下伏基岩为石灰岩和硅质岩互层，弱风化V级次硬岩，岩体破碎，自稳能力差。

明洞开挖完成后，采取地质雷对隧底进行估计，依据现场工程地质情况，此次地质超前预报采取地质雷达法，对以开挖完明洞隧底进行估计预报。

依据雷达波统计结合现场地质情况分析溶洞最深处于基底裂隙极为发育，岩体破碎，自稳能力差，未见其它不良地质。

提议：

基底承载力不足，提议加强基底处理，确保工程质量。

5.1.2处治方案

依据地质预报揭示地质情况，DK627+020～DK627+052明洞段两侧开挖采取基底外1米放坡开挖。

DK627+030～DK627+050段溶洞发育至隧底20米下以范围内，基底采有φ60旋喷桩进行地基加固，桩间距1米，交错部署，旋喷桩加固至基岩面以下1m，注浆材料采取一般硅酸盐水泥外加2%-3%氯化钙做为速凝剂，水灰比采取1:

1～1.1:

1；

DK627+016～DK627+030段溶洞发育在隧道仰拱范围内，采取同级混凝土进行基底换填和回填。

在塌陷体范围隧道两侧采取50公分粘土隔水层，顺地表排水。

1、施工关键设备有：

高压旋喷钻机、拌浆桶、压浆泵、发电机等。

2、施工过程

高压旋喷桩是利用钻机把带有特殊喷嘴注浆管钻进至土层预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液经过钻杆下端喷射装置，向四面以高速水平喷入土体，借助液体冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭到破坏，和此同时钻杆一面以一定速度旋转，一面低速渐渐提升，使土体和水泥浆充足搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀含有一定强度圆柱体（称为旋喷桩）。

施工时首先用钻机引孔，再用旋喷机喷射，即先把浆液管下到预定加固范围最深点，然后自下而上进行高压喷射注浆切割土体，将开孔和灌注桩体同时进行，一次成桩，其工作步骤为：

1）钻机就位：

钻机需平置于牢靠坚实地方，钻杆对准孔位中心，水平位置偏差不超出5cm，竖直度控制在1%桩长内。

2）钻孔下管：

钻孔目标是将注浆管顺利置入预定位置，在下管过程中，需预防管外泥砂堵塞喷嘴，确保下管顺利，下管过程中同时输送压缩气流，直至注浆喷头下到预定位置（预定加固范围最深点）。

3）制浆：

本项目旋喷桩喷射注浆材料采取42.5级一般硅酸盐水泥，水灰比按设计要求严格控制为1：

1。

4）试管：

当注浆管置入土层预定深度后应用清水试压，