公路隧道软弱围岩施工技术 及塌方处理施工案例分析

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1 公路隧道软弱围岩施工技术 及塌方处理施工案例分析
主讲人：张靖 二O一四年十一月 陕西 西安

2 目 录 一、公路隧道软弱围岩施工技术 二、公路隧道软弱围岩塌方及大变形处理施工案例分析 工程实例一 乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术
目 录 一、公路隧道软弱围岩施工技术 二、公路隧道软弱围岩塌方及大变形处理施工案例分析 工程实例一 乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术 工程实例二 钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术 工程实例三 芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术

3 一、公路隧道软弱围岩施工技术 1 软弱围岩的含义 目前，人们普遍采用的软弱围岩定义为地质学描述的范畴，即地质软岩和工程软岩。 地质软岩
1 软弱围岩的含义 目前，人们普遍采用的软弱围岩定义为地质学描述的范畴，即地质软岩和工程软岩。 地质软岩 地质软岩指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，是天然形成的复杂的地质介质。 工程软岩 工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程软岩强调软岩所承受的工程力荷载的大小， 强调从软岩的强度和工程力荷载的对立统一关系中分析、把握软岩的相对性实质。

4 一、公路隧道软弱围岩施工技术 2 软弱围岩的变形特征 围岩变形是评价隧道围岩稳定性的重要指标。 隧道开挖后，围岩变形大致经历三个阶段：
2 软弱围岩的变形特征 围岩变形是评价隧道围岩稳定性的重要指标。 隧道开挖后，围岩变形大致经历三个阶段： 弹性变形阶段 弹性变形与塑性变形共存阶段 以蠕变为主，蠕变、塑性变形共存阶段 坚硬围岩以弹性变形和塑性变形为主，而软弱围岩则以塑性变形和蠕变变形为主。软弱围岩的变形特征主要包括： 1、变形量大； 2、变形速度快； 3、变形时间长； 4、围岩扰动范围大； 5、径向变形特征明显； 6、压力增长快。

5 一、公路隧道软弱围岩施工技术 3 软弱围岩施工主要技术问题
3 软弱围岩施工主要技术问题 在软弱围岩地质条件下，其变形的终极结果是造成掌子面坍塌、拱顶坍塌以及各种异常现象。从隧道开挖后的围岩变形看，经常出现一下的力学现象： 1、拱顶坍塌 2、掌子面失稳 3、底鼓现象严重 4、长时间的持续变形；或者变形不收敛 5、初期支护严重变形 6、在富水条件下出现涌水等

6 一、公路隧道软弱围岩施工技术 4 软弱围岩施工主要技术对策
4 软弱围岩施工主要技术对策 在软弱围岩施工中，根据隧道开挖后可能产生的力学现象及变形方式，采取相对应的技术对策： 1、采取预支护方法 2、采取控制地表下沉及拱脚下沉的技术对策 3、采取控制掌子面后方位移的对策 4、采取控制地下水的技术对策 5、采取位移量测、超前地质预报等等技术对策

7 一、公路隧道软弱围岩施工技术 5 软弱围岩施工主要技术方法 控制掌子面先行位移 1、超前短支护 （小导管、插板等） 2、超前长支护 3、管棚
5 软弱围岩施工主要技术方法 控制掌子面先行位移 1、超前短支护 （小导管、插板等） 2、超前长支护 3、管棚 控制掌子面挤出位移 1、留核心土 、掌子面喷射混凝土 3、掌子面锚杆 控制掌子面后方位移 1、喷射高性能混凝土 、高承载力锚杆 3、高规格钢支撑 、多重支护 控制拱脚下沉 1、临时仰拱 、扩大拱脚 3、拱脚补强 控制地表下沉 1、地表注浆 、地表垂直锚杆补强 3、仰拱及早封闭及拱脚补强锚杆

8 一、公路隧道软弱围岩施工技术 6 软弱围岩施工动态管理
6 软弱围岩施工动态管理 弄清楚隧道开挖后出现何种变形或者根据掌子面前方地质条件预判围岩出现何种变形，是控制隧道开挖后变形的前提条件，只有这样才能更好的采取有效措施控制变形。 1、掌握隧道开挖后围岩和支护构建动态的“动态数据”； 地质及支护状态观测、周边位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、锚杆轴力及抗拔力量测、围岩内部位移、围岩压力、钢支撑内力及外力、喷射混凝土轴向应力、复合式衬砌围岩压力及接触压力等。 2、判断掌子面前方地质条件 超前探孔、利用弹性波进行掌子面前方探测（HSP、TSP、反射图法等）

9 目 录 一、公路隧道软弱围岩施工技术 二、公路隧道软弱围岩塌方及大变形处理施工案例分析 工程实例一 乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术
目 录 一、公路隧道软弱围岩施工技术 二、公路隧道软弱围岩塌方及大变形处理施工案例分析 工程实例一 乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术 工程实例二 钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术 工程实例三 芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术

10 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
1 乌沙隧道边仰坡垮塌基本情况 1.1 乌沙隧道基本概况 乌沙隧道为分离式双向四车道，左线起讫桩号ZK ～ZK ，长645m，右线起讫桩号YK ～YK ,长695m。隧道围岩级别多为Ⅳ、Ⅴ级，明挖区段围岩级别为Ⅴ级。出口段仰坡坡度设计为1:0.3，采用挂网喷射混凝土进行坡面防护。 1.2 边仰坡坍塌基本情况 隧道出口K 边仰坡开挖过程中，仰坡出现滑塌现象。左线仰坡滑塌至截水沟位置；右线局部滑塌，仰坡坡口线以上4米左右出现山体裂缝，与隧道行车方向垂直，宽约2~4cm。经过后期发展，裂缝已经发展至距离洞口70m左右位置，裂缝最长约60m，最宽约1m左右。

11 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
1.3 边仰坡工程地质情况 地形地貌特质 项目区地形起伏较大，隧道边仰坡北高南低，地面坡度15º~40º，相对高差60m。隧道边仰坡后缘为沾毛山陡壁，前缘发育一大型冲沟，整个边仰坡为一单斜地形，在平面上大致呈圈椅状，沿路线方向长约100m，垂直路线宽115m，面积7910m2。 隧道出口段因开挖形成两个路槽，路槽之间及两侧形成路堑边坡，高约8~12m。 地层结构特征 隧道边仰坡坡体覆盖松散层以粉质黏土、角砾为主，厚度0.5~3.5m。粉质黏土多呈黄褐色，硬塑，土质不均，局部夹碎石、角砾，偶见块石，表层0.3m含植物根系，为耕植土。受断层F7影响，岩石节理裂隙非常发育，多泥质充填，岩体破碎。 变形特征 隧道出口仰坡开挖，使得右侧边坡左面临空，加之隧道仰坡垮塌牵引，右侧边坡坡面多处出现裂缝，主要有四条大裂缝，均依地形呈圆弧状，且大多与隧道仰坡裂缝相接。裂缝已发展至距坡脚70m左右位置，裂缝最长约60m左右，最宽约1m左右，错坎高达1.5m。隧道边仰坡坡面裂缝遍布，错坎纵横，坡面临时截水沟大部分已破坏，失去了功能。

12 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
2 边仰坡垮塌的成因机制 地形地貌 项目区为单面斜坡地貌，坡度较陡，坡脚为一大型冲沟，这为边坡的垮垮塌动提供了有利的地形条件。 地层地质 项目区地质条件较为复杂，断层F7从边坡后通过，全~强风化薄层状砂泥岩互层节理裂隙非常发育，雨水易软化，完整性、自稳性差。复杂的地质条件为坡体滑动提供了宏观的有利条件和地质背景。 降水/地下水 项目区位于亚热带湿润季风气候区，气候温和、热量丰富，雨水充沛。特别是经历2010年初大旱，岩土体干裂失水，而下半年连续降雨，降雨强度和降水量大，不仅增大滑体容重，而且由于滑体孔隙多，有利于降水入渗到坡体中，受到下部泥岩隔阻，孔隙水和裂隙水极易汇集。在地下水的作用下，岩土体含水量增加、软弱泥岩软化，抗剪强度大大降低，降低坡体的稳定性，产生滑动。 边坡开挖 隧道出口仰坡的开挖，改变了自然坡体的平衡状态，使坡体原有支撑丧失，临空面加大，为边坡的垮塌、滑动提供了空间，使坡体的稳定性降低，大致边坡沿软弱泥岩夹层产生滑动和变形。

13 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
仰坡垮塌的成因机制: 复杂的地形、地质条件，松散破碎的易滑地层，不利的软弱结构面等是边坡变形滑动的重要原因；降雨入渗、地下水作用和人工边坡开挖时边坡垮塌形成的主要外因。内外因共同作用下，形成边坡灾害，正向滑坡方向发展。 边仰坡垮塌的性质及分类: 根据现场勘察成果，坡体的变形、开裂的范围为隧道仰坡及右侧边坡，剪出口在现明洞开挖坡脚附近。该坡体已明显发生变形，后缘出现拉张裂缝，前缘垮塌。综合分析认为该段边坡是由工程开挖扰动诱发的不稳定边坡，深层中型边坡垮塌。

14 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
3 边仰坡的稳定性分析与评价 按照《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）定性评价，乌沙隧道仰坡和右侧边坡已产生了明显的变形，处于不稳定（滑动）状态。乌沙隧道出口段仰坡和右侧边坡稳定性计算成果如下表。 经综合分析，判定乌沙隧道出口仰坡和右侧边坡在正常工况、非正常工况Ⅰ的状态下，均处于欠稳定~不稳定状态。 边坡 计算剖面 工况 稳定系数（Fs) 隧道仰坡 Ⅰ-Ⅰ， 正常工况 0.99 非正常工况Ⅰ 0.97 Ⅲ-Ⅲ， 0.98 0.96 仰坡右侧边坡 Ⅳ-Ⅳ， 1.02 1.00

15 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
4 隧道边仰坡垮塌处理施工技术 为了保证乌沙隧道出口段仰坡的稳定，对出口段隧道隧道明暗交界处的坡脚采用抗滑桩和桩间挡板进行支挡，并对仰坡采用钢管桩和联系梁进行防护；根据隧道仰坡变形特征，调整施工支护的管棚参数，采用80cm厚双层管棚进行隧道支护；在仰坡后缘外侧设置50*50cm截水沟，采用M7.5浆砌片石砌筑。 乌沙隧道边仰坡坍塌综合治理平面布置图

16 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
4 隧道边仰坡垮塌处理施工技术 乌沙隧道出口边仰坡垮塌治理工程施工顺序 钢管桩施工 截排水工程 夯填裂缝 抗滑桩施工 桩间挡板施工 套拱施工 管棚施工 明洞施工

17 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
5 主要工艺施工技术及质量控制 1、钢管桩应先根据钢管桩平面图的控制点做表确定钢管桩布置范围，再按分区，按间距进行放样。沿坡面的坡率应根据地形变化进行平整，以保证整体工程的美观。 2、钻孔时在松散覆盖层中采用干钻，岩层中可适量加水，以保证注浆效果，防止孔塌孔或者堵孔，也可以边钻孔边下钢管。 3、钢管采用Ф108，壁厚6mm，节长3m，6m。在钢管桩顶3.0m一下设10mm梅花形注浆孔，间距40cm。钢管连接接头采用厚壁箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm。 4、钻孔注浆采用425号水泥浆液，水泥采用普通硅酸盐水泥。注浆压力的初压为0.5～1.0mpa，终压2.0Mpa。施工中如遇边坡有滑动迹象，需加速施工进度，可采用速凝和早强砼。 5、注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数通过现场试验按实际情况确定，以利施工和保证工程质量。 6、注浆结束标准：进浆量小于20～25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10min以上。 5、桩孔开挖中，在围岩松软破碎和存在滑动面的节段，应在护壁内顺滑坡方向用临时横撑加强支护，并注意观察其受力情况及时进行加固。当发现横撑受力变形、破损而失效时，孔下施工人员要立即撤离，采取必要措施后方可继续施工。 4、如围岩松软破碎或有渗水时，分节应减至0.5m且分节不应设于土石界面及滑带（面）处。 3、开挖应采用分批跳桩开挖，分批灌注成桩。开挖中核对滑带（面）情况，如其实际位置与设计出入较大时，应通过变更设计处理。 1、抗滑桩平面位置应按桩位坐标放样。必要时设置滑坡变形的观测设施。 2、整平孔口地面，做好桩区地表截排水及防渗工作，孔口地面加筑适当高度的土埂，孔口应设维护栅和孔口罩盖，必要时孔口应该设遮雨棚。 6、桩孔挖深达到设计深度后，结合滑带（面）情况现场核定桩底高程，当桩底为倾斜岩层时，桩底应凿成水平状或台阶状。 钢管桩 抗滑桩

18 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
5 主要工艺施工技术及质量控制 1、采用C25砼套拱作管棚导向墙，套拱在明洞轮廓线以外施作，套拱内埋设8品I20b工字钢，工字钢与管棚钢管焊接成整体。并于预埋C钢板焊接。 2、管棚平面方向与路线轴线平行钢管施工的径向误差不大于20cm。 4、隧道纵向同一横断面内的钢管接头不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1m。 5、注浆采用分段注浆。采用425号水泥浆，水泥浆水灰比1:1，注浆压力的初压为0.5～1.0Mpa，终压2.0Mpa。注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以利施工和保证工程质量。注浆结束：进浆量≤20～25L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10min以上。注浆结束后采用1:1水泥砂浆充填钢管。 1、由于该段仰坡坡面裂缝较多，应尽快实施截水沟和夯填裂缝 2、由于地址条件的复杂性和勘查钻孔的局限性，应加强信息化施工，坚持动态设计的原则，加强桩孔开挖过程的地质编录，发现局部滑面与勘查设计不符时，及时进行设计优化和调整。 3、应保证隧道两侧抗滑桩桩身达一定强度后，再进行套拱的施工。 4、根据勘察，目前该边坡处于变形发展过程中，一旦发生大规模整体滑动，将极大增加智力难度和费用。必须对边坡地表监测和巡查，确保施工安全。同时加快施工进度，尽快稳定边坡，以免造成更大损失。 5、在施工中必须采取必要的合理的切实可行的安全保证措施，确保施工安全。 管棚 其他控制事项

19 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
6 边仰坡垮塌综合治理效果评价 1、地表位移监测 为了检验坍塌综合治理方案实施的效果，设置了8个地表位移监控临时监测点，每14d观测一次，将水平位移和沉降分别绘制s—t曲线和△h—t曲线，位移观测过程中如果出现陡增时加密监测并加强巡视，发现异常情况及时反馈。N6监测点坐标成果表见下表，水平位移、沉降曲线见下图。 管棚 观测次数 观测日期 时间间隔 X(m) Y(m) H(m) ΔX(m) ΔY(m) Δf(m) Δh(m) 初始观测 / 1 14 0.005 0.003 0.0058 0.002 2 28 0.007 0.0086 3 42 0.0099 0.006 4 56 0.009 0.0114 5 70 0.012 0.008 0.0144 6 84 7 114 0.013 0.0158 8 128

20 工程实例一（乌沙隧道出口段边仰坡垮塌处理施工技术）
6 边仰坡垮塌综合治理效果评价 2、洞身开挖支护监控量测 乌沙隧道出口段开挖并进行初期支护之后，对拱顶下称及周边收敛进行监控量测，判断其出口段边仰坡坍塌对隧道该段的稳定性是否产生影响。下图是对ZK 断面拱顶下称和周边收敛进行监控两侧后回执的累计时程曲线图。 管棚 3、坍塌体综合治理取得了显著效果，坍塌体已经稳定，该段隧道围岩的拱顶下沉及周边收敛也趋于稳定。 4、从乌沙隧道出口段边仰坡垮塌治理分析可以得出，地形地貌、地质条件、大气降水和地下水、边坡开挖等四个方面是导致乌沙隧道边仰坡坍塌的主要原因。 5、钢管桩、抗滑桩、双层大管棚及截水沟对处理该类问题有较好效果，施工技术及质量控制也是其关键因素，为解决该类问题具有一定的指导和借鉴意义。

21 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
1 钟公隧道穿煤段大变形基本情况 1.1 隧道基本概况 钟公隧道起点位于江西省赣州市会昌县白鹅乡七工村附近，终点位于赣州市于都县禾丰镇石迳村附近，双向4车道分离隧道，其中左洞起止桩号为K67+605～K71+785，长4180米，右洞起止桩号为K67+605～K71+790,长4185米，属于公路特长隧道。 管棚

22 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
2 钟公隧道穿煤段大变形基本情况 钟公隧道大变形变形特征 管棚 大变形特征 1、变形量大：拱顶下沉量最小为32.83cm，最大为 cm，隧道衬砌破坏严重，多次出现二衬撕裂破坏现象； 2、变形速率高：收敛速率最大为137mm/d，最小为40 mm/d。在隧道锚喷支护后，隧道的收敛速率仍可达到16mm/d，且收敛速率降低不显著。 3、变形持续时间长：由于软弱煤层有低强度和流变性的特点，在钟公隧道穿煤段掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，导致钟公隧道穿煤段变形破坏的持续时间很长；且施工的扰动对隧道的变形有很大的影响。 4、破坏程度不同：从隧道周边破坏程度来看，不同部位变形破坏的程度是不同，它是由于软弱煤层的各向异性和地应力大小及方向的不同而导致的。因为地应力的大小和方向不同，对支护结构产生的荷载效应不同，从而导致荷载效应大的部位破坏程度大，反之，破坏程度小。

23 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
3 钟公隧道穿煤段大变形变形机理 围岩岩性的影响 钟公隧道穿煤区段岩层主要由强风化粉砂岩和泥岩组成，这对于围岩稳定性较为不利。由第三章知：钟公隧道穿煤段岩体为碳质泥岩夹煤，单轴抗压强度Rc=25.6 MPa，岩体基本质量指标BQ=173，岩体完整性系数0.32，属于典型的软岩，完整性较差，对于隧道围岩的稳定性有很大的影响。由粘性土的抗剪强度计算公式得钟公隧道穿煤段岩土的抗剪强度为0.052MPa，钟公隧道煤岩抗剪强度值低，即很大程度的降低了隧道围岩稳定性，导致了隧道围岩塑性变形和塌方等工程问题。 地应力的影响 钟公隧道穿煤段围岩压力状况：钟公隧道穿煤段左、右洞施工现场分别选了8个断面埋设振弦式土压力计，对现场采集的16个断面数据进行分析整理，钟公隧道穿煤段围岩属中地应力，就是中地应力将软岩从母岩中慢慢挤出，引起岩体流变而产生的大变形现象。 围岩岩体结构的影响 钟公隧道区位于华南褶皱系的腹部，南岭东西向复杂构造带东段北侧与武夷山新华夏系隆起褶皱带系缘交接复合部位。该隧道区围岩受地质构造影响程度严重，弱风化及微风化段节理、裂隙发育，空间组合关系上不利于围岩的稳定，围岩受地质构造影响程度较为严重，造成钟公隧道穿煤区段围岩非常不稳定，容易出现塌方、掉块和大变形等现象，依据其特点认为该大变形属于浅表生改造型大变形。 管棚

24 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
3 钟公隧道穿煤段大变形变形机理 地下水的影响 钟公隧道水系发育，同时工程区内分布有溶洞、溶隙、且裂隙发育，地下水的作用表现显著。根据地质调查，钟公隧道区内的地下水主要有第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种。钟公隧道穿煤区段位于隧道出口，该区段地层主要由亚粘土及碎石、角砾以及碎石块等组成，孔隙度较大，有利于地下水的贮存，第四系松散岩类孔隙水含量较丰富。一般水位埋深在1.05～3.58m，单井涌水量35.78～133.76m3/d，渗透系数5.55～68.68m/d，富水性中等。 工程施工因素 钟公隧道施工初期，是采用三台阶七步法进行施工，势必在每一台阶施工时，由于隧道围岩释放应力，会产生二次应力重分布，而净空不足,特别是上台阶,狭窄的空间对人工和机械操作干扰很大，影响施工效率，延长了临空面加固时间，在隧道围岩二次应力重分布和地下水的共同作用下，加大了围岩的变形量；在中、下台阶的开挖时,由于再次出现应力重分布现象，必然造成隧道围岩较大的沉降变形， 支护参数不足 钟公隧道软弱煤层段由于岩层风化破碎，围岩自稳能力太差，从而使围岩的重力、围岩应力，围岩抗力等决大部分都作用于支护结构上，支护结构参数的选取对围岩变形起着至关重要的控制作用。 施工初期，钟公隧道软弱煤层段的初期支护参数明显不足。 管棚

25 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
4 钟公隧道穿煤段大变形施工技术 4.1 改进三台阶七步法开挖方式 管棚 钟公隧道施工初期，采用三台阶七步法施工，由于其多次出现扰动拱脚和不能及时封闭成环的原因，加上钟公隧道穿煤段软岩，它具有可塑性、崩解性、流变性和易扰动性等力学特点，造成了大的沉降和收敛问题，经研究提出了改进三台阶七步法的施工方法。 改进三台阶七步法经过钟公隧道穿煤段的施工应用，发现该方法的核心土和临时仰拱等措施保证了软弱围岩开挖断面的安全和稳定，避免了多次接拱脚造成的突变下沉等不利因素，施工过程非常顺利，取得了良好的工程效果，表明该方法的应用是成功的。 具体方法如下：

26 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
4 钟公隧道穿煤段大变形施工技术 4.1 改进三台阶七步法开挖方式 管棚 ①在隧道施工中，架设钢架时要充分利用上循环进行超前支护的工作； ②对1部进行开挖时，必须采用弱爆破的掘进方式，每次循环必须在开挖面喷射5cm厚的混凝土对掌子面进行封闭； ③对1部周边的围岩按照设计图纸进行初期支护； ④在与1部施工掌子面相距一定的距离，开始对2部进行开挖工作，并架立钢横支撑和临时仰拱，来确保上台阶尽早的封闭成环，让隧道围岩尽早处于稳定状态； ⑤在临时仰拱的保护下，距2部掌子面一定距离开始进行3部（左半幅）的开挖和连接长钢架的工作，在左侧初期支护施工时，必须同时喷射5cm厚的混凝土在右侧围岩上，进行临时封闭，来确保隧道围岩的稳定。 ⑥在对4部（右半幅）的开挖时，必须连接长钢架，右侧初期支护的最佳时机是3部施工到一定距离且横撑已拆除的时候。 ⑦5部的开挖、仰拱的施工和仰拱的填充等施工工序必须紧跟在4部施工的后面进行。

27 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
4 钟公隧道穿煤段大变形施工技术 4.2 支护体系 管棚 钟公隧道大变形防治的关键是合理的支护方案和施工方法。合理的支护方案在恰当的施工方法的执行下，可以有效控制围岩大变形，减少围岩大变形带来的经济损失，钟公隧道的大变形主要发生在Ⅴ级围岩。 重视强预支护 大变形隧道的特点之一是变形速率大，这说明隧道在开挖后会迅速产生变形，导致围岩结构不断恶化，自承能力不断下降；加强超前管棚、超前小导管等预支护，从而使围岩开挖瞬间即就受到预支护的强有力控制。 加强初次支护 与一般的隧道相比较，大变形隧道的初次支护应该具有更高的强度，使围岩变形过程处于较高支护力，从而实现围岩变形的可控性， 及时施加二次衬砌 大变形隧道的二次衬砌施加的时机要比一般隧道早，当初次支护和围岩变形位移达到一定值时，就要进行二次衬砌，给围岩施加强有力的支护，促使围岩稳定。

28 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
4 钟公隧道穿煤段大变形施工技术 4.3 预留变形量的合理确定 由于大变形隧道的最终变形量大，所以要有足够的预留空间来保证变形后的隧道空间，以满足工程需要。在已修建的大变形隧道中预留空间一般为200～800mm不等，大部分都300～500mm之间。隧道断面、围岩性质、地应力和地下水环境是确定预留变形量的主要依据，同时也要考虑施工技术的影响，通常是根据工程的具体情况来确定预留变形空间。

29 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
4 钟公隧道穿煤段大变形施工技术 4.4 局部换拱施工方案 （1）依据试验检测中心的断面扫描结果，来确定换拱范围。 （2）换拱前先施作线路左侧φ65mm注浆管，注浆管长度为10m，注浆管纵向间距1.5米，位于拱脚处斜向下30度，与初期支护焊接牢固，以保证落底的施工安全。 （3）φ65mm注浆管施工完毕后，在隧道内沿线路左侧起拱线附近施工φ42×5mm环向注浆小导管，环向注浆小导管每榀工字钢3根，每根长度3.5米，环向间距90cm，梅花型布置。 （4）进行上导坑侵限工字钢的更换。上导坑施工时拱脚部位采用干硬性混凝土夯实，厚度20cm左右，增强拱脚工字钢的地基承载力。 （5）上导坑更换侵限的4-6榀工字钢后，再进行中导坑换拱，最后进行下导坑的落底封闭施工，及时施作仰拱及仰拱回填。 （6）在换拱时，必须加强监控量测，加密观测点，抽换完成后，加密观测点，每3m一道，进行连续观测，变形达到要求后，方可进行下段施工。

30 工程实例二（钟公隧道穿煤段大变形处理施工技术）
5 钟公隧道穿煤段大变形处理效果 钟公隧道穿越煤系地层段采取上述措施之后,经现场监控量测，发现 ZK 断面拱顶累计下沉曲线、下沉速度分别见图7-17、图7-18：在前24天拱顶下沉量基本呈线性增长趋势，下沉速度远大于0.15mm/d；随后拱顶下沉量缓慢增加，下沉速度呈现直线减小趋势，至第38天下沉速度开始小于0.15mm/d。最终累计下沉量137.5mm，最终拱顶沉降速率为0.0mm/d，拱顶趋于稳定。水平收敛量与时间的关系曲线、水平收敛速度见图7-19、图7-20：水平收敛累计值为8.8mm，收敛速度由1.5mm/d减小到0.0mm/d，小于0.2mm/d，水平收敛也趋于稳定。 ZK 断面拱顶下沉量与时间关系曲线 ZK 断面拱顶下沉速率与时间关系曲线

31 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
1 芦家山一号隧道洞内塌方基本情况 1.1 隧道基本情况 芦家山一号隧道全长2514m，双向六车道，建筑限界净宽14.0m，净空限界高度5.0m，最大开挖面积147.1m2，属于大断面隧道，内轮廓线考虑结构受力有利及便于施工，衬砌断面内轮廓线采用三心圆方案，设计时速80km／h。隧道衬砌结构按新奥法原理设计，采用复合式衬砌结构形式。 管棚 1.2 塌方情况 按照设计图纸该段为Ⅳ级围岩,超前支护为Ф25锚杆，I18钢拱架支护。图纸提供的地质资料显示：该处两组微张性节理发育，岩体呈碎石状镶嵌结构，围岩稳定性稍差，洞室开挖会有滴水、线性流水现象，遇贯通裂隙会有股水，洞室开挖顶部易坍塌，处理不当可能发生大坍塌，侧壁会有小坍塌。经现场查看，坍塌下的岩石为强风化沉积岩，成粉碎状。坍塌呈连续性，坍体不断扩大。 塌方现场图（塌方桩号为ZK ）

32 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
2 芦家山一号隧道洞内塌方处理方案 2.1 径向注浆 对ZK ～124范围内，进行径向注浆，采用ф50×5小导管，梅花形布置，间距为1.0m，单根长为5.0m。具体的注浆工艺见附件《注浆小导管施工工艺》。另外为了确保施工安全，对ZK ～ZK 段的上半断面钢拱连接处增加8根Ф22锁脚锚杆。 管棚

33 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
2 芦家山一号隧道洞内塌方处理方案 2.2 全帷幕纵向注浆 在实施前，要先施作止浆墙，止浆墙采用C25砼灌模浇筑，厚度为80cm，止浆墙布置在ZK ～ZK （具体位置可以根据现场实际情况适当调整）。另外在施工止浆墙的时候要考虑预留砼灌注管道，保证止浆墙与岩堆之间的空隙，能用砼进行填充密实。 管棚

34 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
2 芦家山一号隧道洞内塌方处理方案 2.2 全帷幕纵向注浆 注浆前，要做好充分的准备，按要求须在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆液的充填率、注浆量、浆液的配合比、凝结时间、浆液扩散半径及浆液终压等指标。注浆材料采用1：1的水泥浆，按照设计要求，在注浆封孔时采用水泥～水玻璃双浆液。水泥采用425普通硅酸盐水泥，水玻璃的浓度为35Be，，模数为2.4，水泥浆水玻璃浆液的体积比为1：0.6～1：0.8。注浆压力要求初压达到0.5～1Mpa，终压达到1～2 Mpa。 管棚

35 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
2 芦家山一号隧道洞内塌方处理方案 2.3 大管棚施工 径向和纵向注浆结束后，按照设计要求施工一环ф89×8大管棚支护，管棚长度为20m，环向间距为40cm，外插角控制在10°～15°。 管棚 （1）梁拱效应：管棚因为前端嵌入围岩内，隧道开挖前后端与套拱一体，隧道开挖进行初期支护后，管棚与钢拱架、系统锚杆、喷射混凝土等形成一体，从而形成纵线支撑梁；环向与钢拱架等初期支护联为拱形承重结构，二者构成环绕隧道轮廓的厚筒状结构，可以有效抑制围岩变形、松动和垮塌。 （2）强化围岩效应：管棚钢管上一般按照梅花形间距钻6~8mm的小孔，打设后在钢管中压注水泥浆，注浆初压一般是0.5~1MPa，终压一般为2~2.5MPa，注入的水泥浆经钢花管孔眼中压出，并在一定的压力作用下注入到钢管周围松散、节理发育的围岩中，从而形成复合稳定的固结体，使周围的围岩力学性质得到改变，提高围岩的弹性模量和强度，稳定性增强，可以有效预防围岩坍塌和地表下沉。

36 工程实例三（芦家山一号隧道洞内塌方处理施工技术）
2 芦家山一号隧道洞内塌方处理方案 2.4 塌腔回填 对腔部采用流态粉煤灰填充。同时填充的粉煤灰做为缓冲层，确保后期运营期间的安全，其技术指标为：粉煤灰：水泥：水：=0.9:0.10:x,其中水泥掺量为10％左右，水根据流动性添加，流态粉煤灰密度为0.95～1（砼约为2.3～2.4之间）。 管棚 3 芦家山一号隧道洞内塌方处效果 该段塌方采用上述方案处理后，顺利通过了塌方段落，且围岩变形监控量测数据显示，围岩稳定，实践证明该方案在该类塌方处理中能起到很好的效果。

37 管棚 谢谢大家，请各位专家批评指正！